Устройство для определения состояния технического объекта Советский патент 1990 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного контроля технического состояния объектов.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства в процессе определения запаса работоспособности технических объектов.

Сущность изобретения заключается в том, что вначале определяют первую граничную точку X области G, затем определяют запас работоспособности 1 по величине расстояния между точками Х и Хм После определения первой граничной точки XJ определяют граничные точки области G внутри гиперсферы с радиусом (. При нахождении граничной точки области G, лежащей внутри гиперсферы с радиусом R , определяют запас работоспособности по величине расстояния 1 с 11 между точками Х и X,, Затем определяют граничные точки области G, лежащие внутри гиперсферы с радиусом и т.д. В связи с тем, что объемы гиперсфер значительно меньше объема области G,% происходит повышение быстродействия процесса оценки запаса работоспособности. Быстродействие процесса повышается при увеличении размерности пространства контролируемых парамет- ров.

На фиг. J изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - блок варьирования параметров; на фиг. 3 - блок

СП СП

Ч

2

е

допускового контроля; на фиг, 4 - блок определения минимальных сигналов; на фиг. 5 - график, поясняющий работу предлагаемого устройства; на фиг. 6 - блок определения функции качества.

На фиг. 1-6 и далее по тексту прняты следующие обозначения:

X ; - текущее значение i-го (i

1, п) параметра; п - число параметров;

Qi

41JBJ-. Ч, Т,М) - с

Qi«n, J

мах соответственно минимальное

и максимальное допустимые значения j-й функции качестj X)

М - число функций качества (работоспособности) ;

- текущее значение j-й функции 20 качества (функции работоспособности) ;

область возможных значений параметров, определяемая неравенствами:

Р 25

X

1 «У11П

(

(О

гДе xi™in

х;

1max

- соответственно минимальное и максимальное допустимые значения 1-го параметра; М - область допустимых значений

параметров,

под которой поднимается множество значений параметров, при которых выполняется следующее условие:

(2)

- область работоспособности;

X

(г)

- -я граничная точка области G ,2.., ).

Под параметрами в общем случае понимаются параметры комплектующих элементов, напряжения источников питания, параметры входных сигналов окружающей среды.

Принцип работы устройства состоит в реализации зависимости всех параметров, определяющих работоспособность многомерного технического объекта, от одного дополнительного параметра в соответствии с уравнением

(3)

fl; f}(Xin±at),

где Xj - некоторое заданное (расчетное или номинальное) значение параметра-J.n);

Х. „ес

d

t - безразмерный параметр, изменяющийся от 0 до бесконечности;iа,В - постоянные (в частности,

- а - р 1).

Совокупность уравнений (3) представляет собой параметрическое зада- ние прямой (луча), исходящей из точки Х„-Х,„Xnr) €G.

Координаты граничных точек области G определяются по выражению

X(-(KX{n±at).

(Г)

где t - решение уравнений: Рф - Qw:«s

Ч {/ хгмах Здесь:

(4)

(5) (6)

0

5

0

5

0

5

50

5

( ) Qtoax (Q(mox QM mat)

Q - (QI,...,QJ,...,QM); jf ( Уп

Устройство содержит блок 1 варьирования параметров, блок 2 датчиков параметров, блок 3 определения функций качества, блок 4 допускового контроля, блок 5 определения минимального сигнала, к второму одномерному входу которого подключен первый одномерный выход блока 1, одномерный выход блока 4 соединен с первым одномерным входом блока 1, с вторым одномерным входом которого соединен первый одномерный выход блока 5 вычислений минимального сигнала, второй одномерный выход последнего соединен с одномерным входом блока 6 индикации. На схеме обозначен технический объект 7. Второй многомерный выход блока 1 и многомерный вход блока 2 датчиков параметров соединены соответственно с многомерным входом и многомерным выходом.

Блок 1 содержит двоичный п-разряд- ный счетчик 3, где п - число параметров, п делителей напряжения, тзътоп- ненных на потенциометрах 9«i (,n), ключевые элементы 10 и 11, сумматор 12, узел 13 вычитания, источник 14 регулируемого постоянного напряжения, генератор 15 линейно изменяющегося напряжения, элемент J6 задержки, входы 17.1 для установки в нуль и 17.2 запуска, шину Земля 18, элементы ИЛИ 19.1 и 19.2.

51557546

Блок 4 содержит М логических элементов 20, где М - число функций качества (условий работоспособности,- выходных параметров), элемент И 21, нуль-орган 22, при этом каждый логический, элемент 20 включает два узла 23 и 24 вцчитания, два элемента 25 и 20 памяти, два диода 27 и 28 и две линии 29 и 30 установки начальных значений (шины),

БЛОК 5 содержит узел 31 вычитания элемент 32 памяти, элемент 33 ИЛИ, элемент И 34, вход установки начальных значений и нуль-орган 35,

Блок 3 включает сумматоры 36, 37 и 38, узлы 39, 40 и 41 умножения, узел 42 деления.

Устройство работает следующим образом.

В блоке 4 в элемент памяти 26 по шине 30 записывается минимальное значение , а з элемент памяти 25 по шине 29 - максимальное значение QiroaK ФУНКЦИИ качества.

В блоке на делителе 9.1 устанавливается нормированное значение,

порциональное X.,v , где X;u - номинальное (реальное)значение 1-го параметра (, ,n, n - число параметров) .

В исходном состоянии в счетчик 8 по входу 17.1 записывается ноль. Так как содержимое всех разрядов счетчика навно нулю, то появляются единичные сигналы на нулевых выходах всех разрядов счетчика 8, которые подаются на управляющие входы ключевых элементов 1 1.

3 элемент 32 памяти блока 5 записывается число L, пропорциональное расстоянию между противоположными вершинами области Р.

Г

Затем в момент времени в блок 1 по входу 17.2 через элемент ИЛИ 19,1 подается сигнал на вход генератора 15, выходной сигнал которого поступает на вход сумматора 12, на вход вычитаемого узла 13 (в частности, ) и на второй вход блока 5 На другие входы узлов 12 и 13 подается напряжение 1I0 ((J PXj (X) с выхода источника 14. Выхо дной сигнал сумматора 12 U0+at подается на информационные входы.ключевых элементов И, на управляющие входы которых поданы единичные сигналы с нулевых выходов всех разрядов счетчика 8.

Выходной сигнал узла 13 U0-at

0

подается на информационные входы ключевых элементов 10.

Сигнал с выхода сумматора 12 через открытые ключевые элементы 11 прикладывается к делителям 9 напряжения. При этом с их выходов снимаются сигналы p(X;H-at), где |3 - коэффиQ цнент пропорциональности (в частности ft )) Эти сигналы подаются на соответствующие входы технического объекта 7 непосредственно или через соответствующие преобразователи (не

5 показаны).

Сигналы с выхода блока 1 изменяют параметры технического объекта 7 и тем самым изменяют его функцию качества Q:(,M). Геометрическая интерпретация изменения параметров X приведена на фиг. 5. Датчики, входящие в блок 2, преобразуют выходныр сигналы объекта 7 в унифицированный электрический сигнал и подают его на входы

5 блока 3.

При необходимости в блоке 3 осуществляют также математическую обработку выходных параметров объекта 7 для формирования функций качества.

0 Такая ситуация возможна в случае, когда измеряют, например, значения тока, напряжения и угла фазового сдвига, являющиеся выходными параметрами объекта, а функцией качества

5 может быть значение активной и реактивной мощности.

Выходные сигналы блока 3 подаются на входы блока 4. 3 блоке 4 значение каждой функции качества Qjподается

0 на вход соответствующего логического элемента 20. В логическом элементе 20.J значение Qj подается на вход + узла 24 и на вход - узла 23. На другой вход узла 24 подается сигнап

5 выхода элемента 26. Выходной сигнал узла 24 (Qj-Q j „,;„) 0 через диод 28 подается на соответствующий вход элемента И 21. На другой вход узла 23 с выхода элемента 25 подается

0 сигнал QjmQy Выходной сигнал узла 23 (Q )b 0 через диод 27 подается на соответствующий вход элемента И 21. Если одновременно выполняются условия:

:j««. (J 1 M) то выходной сигнал элемента И 21, равный логической единице, подается на вход нуль-органа 22,

В момент времени (r1 , когда

. Wf соответствует граничной точке X, на фиг.5), сигнал элемента И 21 будет равен нулю. При этом выходной сигнал нуль-органа 22, не равный нулю, подается на первые входы блоков 5 и 1 (фиг.1), В блоке 5 сигнал с выхода генераГенератор 15 работает до момента времени С Г, когда технический объект 7 будет находиться на границе области работоспособности (см. точку Х на фиг. 5).вПри этом расстояние между точками X и X п будет пропорционально л . В блоке 5 производится сравнение значений 1, 1 . Так как

тора 15 U,f(t:) блока 1 подается на вхоцд , то значение 1( в элементе 32 вычитаемого узла 31 и на третий вход памяти блока 5 стирается и записывает- элемента И 34. На вход уменьшаемого узла 31 подается сигнал L с выхода

элемента 32. Выходной сигнал узла 31

технического состояния объекта 7 (например, в третьем, четвертом, см. фиг. 5) значение выходного сигнала

лу 1, но технический; объект при этом не будет находиться на границе области G. В момент равенства сигнася значение 1%. Затем процесс изменения состояния счетчика 8 и варьирования значений первичных параметров Uj( L-Ur(t) подается на первый вход 15 повторяется согласно таблице, элемента И 34 и на вход нуль-органа 35,В определенном цикле определения

Выходной сигнал нуль-органа 22 блока 4 в блоке 5 подается на второй вход элемента И 34. В момент совпадения сигналов на входах элемента И Чд 20 генератора 15 Ur(t) будет равно ранее на его выходе появляется сигнал, рав- записанному в элементе 32 памяти чис- ный Ur(t) Ur(ty), который через элемент ИЛИ 33 записывается в элемент . 32 памяти. Выходной, сигнал элемента 32 памяти.подается на вход блока 6 25 Л0в с элемента 32 памяти и генератора индикации, где фиксируется. В данном 15 на входах узла 31 его выходной случае в блоке 6 запоминается сигнал сигнал будет равен нулю. При этом

срабатывает нуль-орган 35, выходной

, .сигнал которого подается на второй

Выходной сигнал нуль-органа 22 30 вход блока 1. В блок 1 данный сигнал блока 4 в блоке 1 подается на соот-подается на соответствующий вход элеветствующий вход элемента ИЛИ 19.2,мента ИЛИ 19.2.

выходной сигнал которого устанавлива-Затем процесс оценки технического

ет выходной сигнал генератора 15 рав- состояния проводится аналогично опи- ным нулю. Одновременно выходной сиг- санному. Процесс оценки технического нал элемента ИЛИ 19,2 подается насостояния проводится в циклах,

вход элемента 16 задержки. Через вре- в результате оценки в элементе 32 па- мя Ј появляется сигнал на его выходе, мяти блока 5 и, соответственно, в который подается на счетный входблоке 6 индикации отобразится число,

счетчика 8 и на вход элемента ИЛИ дд пропорциональное минимальному рассто- 19.1. 3 счетчик 3 записывается едини- янию между точкой XH и точками , ца. При этом на единичном выходе пер- лежащими на лучах, проходящих через вого разряда счетчика 8 появляетсях и под углами ±45° к координатным

сигнал логической единицы, а на ну- ОСям Х„, Хг.,.Хп.

45

I,, пропорциональный расстоянию между точками Хц и X

Генератор 15 в каждом цикле оценки технического состояния работает в течение времени, пропорционального запомненному в элементе 32 памяти значению 1, которое является минимальным

левом выходе - сигнал логического нуля.

Сигнал логической, единицы с единичного выхода первого разряда счетчика 8 подается на управляющий вход

ключевого элемента 10.1. Сигнал с вы- расстоянием между точкой Х„ и обла- хода элемента 16 задержки через эле-СТЬ 0 с. Такой режим работы генератомент ИЛИ 19.1 подается на вход запуска генератора 15, включая его.в работу. При этом к . делителю 9.1 будет приложен сигнал (UQ + at), а к делителям 9.2,...,9.п - сигнал (U0 - at). С выхода делителя 9.1 снимается сиг- . нал jf, /5 (), а с выхода делите- нератор 15 от схемы. Счетчик 3 уста- ля 9.1 (i-2,n) - сигнал |р; /(U0-at). навливают в нуль. При этом на управ55

ра 15 позволяет повысить быстродействие процесса определения технического состояния объекта.

Возможно также процесс оценки тех-, нического состояния проводить в два этапа. На первом этапе отключают геГенератор 15 работает до момента времени С Г, когда технический объект 7 будет находиться на границе области работоспособности (см. точку Х на фиг. 5).вПри этом расстояние между точками X и X п будет пропорционально л . В блоке 5 производится сравнение значений 1, 1 . Так как

, то значение 1( в элементе 32 памяти блока 5 стирается и записывает

технического состояния объекта 7 (например, в третьем, четвертом, см. фиг. 5) значение выходного сигнала

генератора 15 Ur(t) будет равно ранее записанному в элементе 32 памяти чис- Л0в с элемента 32 памяти и генератора 15 на входах узла 31 его выходной сигнал будет равен нулю. При этом

лу 1, но технический; объект при этом не будет находиться на границе области G. В момент равенства сигнагенератора 15 Ur(t) будет равно ранее записанному в элементе 32 памяти чис- Л0в с элемента 32 памяти и генератора 15 на входах узла 31 его выходной сигнал будет равен нулю. При этом

ОСям Х„, Хг.,.Хп.

Генератор 15 в каждом цикле оценки технического состояния работает в течение времени, пропорционального запомненному в элементе 32 памяти значению 1, которое является минимальным

расстоянием между точкой Х„ и обла- с. Такой режим работы генератонератор 15 от схемы. Счетчик 3 уста- навливают в нуль. При этом на управ

ра 15 позволяет повысить быстродействие процесса определения технического состояния объекта.

Возможно также процесс оценки тех-, нического состояния проводить в два этапа. На первом этапе отключают ге91557546

е входы ключевых элементов 11 ы сигналы логической единицы с ого выхода каждого разряда счет8. Все делители 9 оказываются юченными параллельно выходу сумвв н р ,с в к к х к бл п я вх к вх р зн г у

матора 12 на напряжение Ue. Затем изменяют последовательно коэффициенты в делителях 9. 1, 9.2..., 9п и сигнал У; (,п), снимаемый с выход делителя 9.1, Варьирование коэффициента осуществляется как уменьшением величины Xj, так и ее увеличением до тех пор, пока объект не выйдет на границу области G. Граничные точки, полученные на первом этапе, обозначе tn

ЧП

ны X з . При этом также определяются расстояния между граничными точками и точкой Хи, Эти расстояния сравниваются между собой, и значение минимального расстояния записывается в элемент 32 памяти для оценки технического состояния объекта на втором этапе.

1

1

П р имечание. Если Q, (,n), то i-й первичный параметр изменяется по закону Jf, (X|H-at), если , то - по закону $; |5(X, M + + at).

Формула изобретения 50

1. Устройство для определения состояния технического объекта, содержащее блок датчиков параметров, блок определения минимального сигнала,

блок индикации и блок допускового контроля, выход которого соединен с первым входом блока определения минимального сигнала, первый выход кото10

10

0

5

5

0

рого подключен к входу блока индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства путем уменьшения области поиска, в устройство введены блок варьирования параметров и блок определения функции качества, выход блока допускового контроля соединен с первым входом блока варьирования параметров, второй вход которого подключен к второму выходу блока определения минимального сигнала, второй вход которого связан с выходом блока варьиро- ,с вания параметров, выход блока датчиков параметров соединен с входом блока определения функции качества, выход которого подключен к входу допускового блока контроля, группа выходов блока варьирования параметров и группа входов блока датчиков параметров являются соответственно выходами и входами устройства для подключения контролируемого технического объекта, вход для установки в О блока варьирования параметров и вход начальных значений блока определения минимального сигнала являются соответствующими установочными входами устройства.

2. Устройство по п. чающееся тем, рьирования параметров содержит п делителей напряжения, п ключевых элементов первой и п ключевых элементов второй групп, n-разрядный двоичный, счетчик, источник регулируемого пос тоянного напряжения, генератор линейно изменяющегося напряжения, сумматор, узел вычитания, два элемента ИЛИ и элемент задержки, выход генератора линейно изменяющегося напряже-v ния соединен с входом первого слагаемого сумматора и с входом вычитаемого узла вычитания, выход источника регулируемого постоянного напряжения связан с входом второго слагаемого сумматора и с входом уменьшаемого узла вычитания, выход сумматора подключен к информационным входам ключевых элементов второй группы, управляющие входы которых соединены с нулевыми выходами соответствующих ячеек п-раз- рядного двоичного счетчика, единичные выходы которых связаны с управляющими входами соответствующих ключевых элементов первой группы, информационные входы которых подключены к выходу узла вычитания, выходы ключевых элементов первой и второй групп

0

5

0

, 1, о т л и - что блок ва

11155

соединены с входом соответствующего делителя напряжения, вход установки в О n-разрядного двоичного счетчика является входом блока для установки в О, а счетный и первый входы первого элемента ИЛИ подсоединены к выходу элемента задержки, второй вход второго элемента ИЛ подключен к входу блока Пуск, выход первого элемента ИЛИ соединен с входом запуска генератора линейно изменяющегося напряжения, вход установки в О которого и вход элемента задержки подсоединены к выходу первого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами блока, выход генератора линейно изменяющегося напряжения явля-- ется выходом блока, а выходы делителей напряжения образуют группу выходов блока,

6

12

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок определения минимального сигнала содержит узел вычитания, нуль-орган и последовательно соединенные элемент И, элемент ИЛИ и элемент памяти, выход которого связан с входом уменьшаемого узла вычитания, выход которого подключен к первому входу элемента И и к информационному входу нуль-органа, первый вход элемента ИЛИ подключен к входу блока установки начальных значений, первым входом блока является

второй вход элемента И, вторым входом служат объединенные третий вход элемента И и вход рычитаемого узла вычитания f первым выходом ядпяется выход элемента памяти, а .вторым выходом выход нуль-органа.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного контроля состояния технических объектов. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства. Устройство содержит блок варьирования параметров, блок датчиков параметров, блок определения функции качества, блок допускового контроля, блок определения минимального сигнала и блок индикации. Повышение быстродействия обеспечивается сокращением количества переборных операций за счет уменьшения объема области, в которой осуществляется поиск граничных точек области работоспособного состояния объекта. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

ока, 9

На 8хоаы едока 7 физ.2

0 imln

Фиг. 5

35

()

-1Ц

37

(frfrJT

1Л i.-t.

tii Ci

tt-l

ftftmo- uccmu

i тая

«7

38

(H)() игин

42

б