Устройство для контроля радиоэлектронных объектов Советский патент 1992 года по МПК G06F11/30 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для оценки технического состояния контролируемого объекта и прогнозирования момента вывода его на профилактику.

Известно устройство для контроля радиоэлектронных объектов, содержащее датчики параметров, коммутатор, нормализатор, АЦП, накопитель, два за датчика коэффициентов, два блока умножения, два накапливающих сумматора,.три ключа, задатчик эталонов, сумматор, индикатор, генератор тактовых импульсов и делитель частоты.

Недостатком известного устройства является сравнительно большое потребное число измерений для достижения необходимого уровня достоверности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для контроля радиоэлектронных объектов, содержащее датчики параметров, коммутатор, нормализатор, АЦП, накопитель результатов измерения, первый и второй задатчики коэффициентов, первый и второй блоки умножения, первый и второй комбинационные сумматоры, первый и ёторой накапливающие сумматоры, ключи с первого по третий, задатчик эталонных значений параметров, индикатор, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, схему сравнения и блок сметчиков.

Недостатком данного устройства является большое потребное время для производства необходимых вычислений в каждом цикле обработки, что связано главным образом с наличием таких длинных операций, как умножение.

Цель изобретений - ускорение работы устройства при контроле объектов за счет сокращения времени, затрачиваемого на вычислительные операции в каждом цикле контроля.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля радиоэлектронных объектов, содержащее группу датчиков параметров, коммутатор, нормализатор, аналого-цифровой преобразователь, накопитель результатов измерений, задатчик коэффициентов расчета граничных значений параметра, первый и второй комбинационные сумматоры, первый и второй накапливающие сумматоры, задатчик коэффициентов расчета экстраполированного значения параметра, блрк умножения, ключи с первого по третий, задатчик эталонных значений параметра, индик;атор, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, схему сравнения, блок счетчиков, введены.коммутаторы со второго по шестой, четвертый ключ, третий накапливающий сумматор, что позволяет ускорить работу устройства за счёт сокращения времени, затрачиваемого на вычислительные операции в каждом цикле контроля.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - диаграмма Синхронизации работы блоков устройства.

Устройство содержит группу 1 датчиков параметра, первый коммутатор 2, нормализатор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, накопитель 5 результатов измерений, задатчик б коэффициентов расчета граничных значений параметра, третий накапливающий сумматор 7, второй комбинационный сумматор 8, первый накапливающий сумматор 9, задатчик 10 коэффициентов расчета экстраполированных значений параметра, блок 11 умножения, второй накапливающий сумматор 12, перв Ый ключ 13, задатчик 14 эталонных значений параметра, первый комбинационный сумматор 15, второй ключ 16,.индикатор 17, генератор 18 тактовых импульсов, делитель 19 частоты, схему 20 сравнения, третий ключ 21, блок 22 счетчиков, второй 23, третий 24, четвертый 25, пятый 26 и шестой 27 коммутаторы и четвертый ключ 28.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1ё и делитель 19 выполняют функции синхронизатора устройства. Синхронизатор вырабатывает сигналы {А} AI;

А2,..., Ае, AL; Ci, €2,..., Cj,... Cm; {S} Si, 82

83, которые задают последовательность обработки информации о параметрах системы и синхронизируют работу узлов устройства, где Lи т ;оответственно число контролируемых объектов и параметров. Синхронизатор выполнен на микросхемах KMQKT2, КР590КН2. Нормализатор 3 осуществляет представление различных электрических величин контролируемых объектов в определенный масштаб напряжения и реализуется на операционном усилителе с изменяемц1М коэффициентом усиления. Коэффициент усиления автоматически устанавливается управляющими сигналами {А}, {С} в интервале действия сигнала Si. Изменение коэффициента усиления производится комг(|утацией резисторов цепи обратной связи усилителя. АЦП 4 преобразует напряжение(токи)с выхода нормализатора в цифровой двоичный код.

Работа устройства осуществляется в реальном масштабе времени, циклически, с периодом опросов объектов То. Каждый из периодов То состоит из периодов опроса параметров Tnj, J 1 ,m. Таким образом, контроль множества объектов и параметров осуществляется на основе принципа временного разделения. В результате этого с выхода коммутатора 2 может поступать информация в текущий момент времени не более чем от одного физического датчика, выполняющего функции измерителя какоголибо параметра одного из объектов.

Цифровой двоичный код, снимаемый с выхода АЦП и несущий информацию об измененном значении одного из параметров, поступает на накопитель 5 и первый накапливающий сумматор 9. В блоках 6-9, 20-28 с использованием метода последовательного анализа после каждого очередного измерения осуществляется проверка двух гипотез: Нр - параметр в допуске. Hi - параметр вышел за пределы допуска. В результате проверки для J-ro параметра на т-м шаге (испытании) формируется сумма

I

(1)

ic/

где Utj - результат 1-го измерения |-го параМетра, и проверяется условие

(2)

Ajm Ц Rjm.

В выражении (2) значения Ajm и Rjm являются линейными функциями от m и рассчитываются по формулам

Ajm Bij -l-m B3J,

. (3) Rim В2 -f m Вз,

o2

J

fn Пв2 -HBIJ 1 -a

) a

ПВ2 + HBIJ

B3J

2

где ( -дисперсия ошибок измерения;

а-допустимая вероятность ошибок 1го рода (если отклоняется гипотеза Но в то время, когда она истинна);

/3 - допустимая вероятность ошибок 2-го рода (если принимается гипотеза Но в то время, когда истинна конкурирующая гипотеза Hi);

Пв1) - первый верхний порог j-ro параметра (предельно допустимое значение, при непревышении которого объект функционирует с высокой эффективностью);

Пв2 второй верхний порог -го параметра (предельно допустимое значение, превышение которого равносильно неработоспособности объекта).

При проведении проверки условия (2) формируется одно из трех возможных/решений: если Ajm , то принимается гипотеза Но, если Rjm , то принимается гипотеза Hi, если Ajm U / Rjm, то испытания продолжаются. (5).

Если параметр характеризуется не только верхними, но и нижними порогами (допусками), то расчет ведется по выражениям (1)-(4) за исключением того, что в выражениях (4) значения HBIJ и FlBaj должны быть заменены соответственно на значения nHij и Если верхние и нижние пороги симметричны относительно номинального значения параметра UH, то необходимость в параллельных расчетах для обоих порогов отпадает,

В первом накапливающем сумматоре 9 по каждому из контролируемых параметров формируются суммы в соответствии с выражением (1). которые поочередно при помощи шестого коммутатора 27 выдаются на схему 20 сравнения. В данной схеме производится сравнение в соответствии с выражением (2), причем значения Ajm и Rjm на нее поступают через четвертый ключ 28 с выхода второго комбинационного сумматора 8, 5 где они формируются в соответствии с выражением (3).

Значения Вij, B2J и Вз предварительно рассчитываются в соответствии с выражением (4) и вводятся в качестве констант в

0 задатчик 6 коэффициентов расчета граничных значений параметра. Таким образом, блок 6 по существу представляет собой постоянное запоминающее устройство (работающее только на считывание информации)

5 с минимально необходимым объемом памяти Зтп1 ячеек. При очередном шаге испытания j-ro параметра выбор соответствующих значений Bij и Baj осуществляется при помощи пятого коммутатора 26. а значения Bsj - при помощи четвертого коммутатора 25. Для одновременного формирования значений Ajm и Rjm в соответствии с выражениями (3) второй комбинационный сумматор 8 может состоять из двух

5 независимых самостоятельнь1х частей, работающих параллельно. Результаты суммирования Ajm и Rjm в этом случае должны быть записаны в два независимых выходнь1х регистра, входящих в состав блока 8, В этом

0 случае целесообразно построение схемы 20 сравнения в виде двух независимых самостоятельных частей, каждая из которых параллельно во времени проверяет одно из условий двойного неравенства (2). Такая ор5 ганизация блоков 8,28 и 20 позволяет сокраI тить затраты машинного времени в этих блоках на проверку каждого из параметров примерно в 2 раза по сравнению с тем случаем, когда в каждом из названных блоков

0 нет дублирования однотипной аппаратуры и обработка каждой из двух величин производится последовательно во времени. В третьем накапливающем сумматоре 7 формируются произведения, но не путем вь15 полнения длинной арифметической операции умножение над многоразрядными числами, как это имеет место в известном устройстве, а путем использования соотношения

0 i Вз| (М)- B3J + B3J. (6)

что стало возможным благодаря тому, что I прйжлмает только целочисленные значения i 1,m. Таким образом, блок 7 может состоять из b m однотипных независимых секций

5 (по общему количеству контролируемых параметров), в каждой из которых происходит накопление значений IВз1 путем суммирования значения Вз с содержимым предыдущего шага.

Итак, каждая секция третьего накапливающего сумматора 7 выполняет роль дискретного интегратора, содержимое которого линейно возрастает от шага к шагу.

Блок 22 счетчиков осуществляет подсчет числа шагов (испытаний) m по каждому из параметров и определяет моменты приема значений Вз для -го параметра, Кроме того, блок 22 Ьсуществляет обнуление j-й секции третьего накапливающего «сумматора 7 в случае принятия гипотез Но или Hi выражение (5). Число счетчиков, входящих в блок 22, равно L-m, они могут быть выполнены на микросхемах К176ИЕЗ, K164VIE1. K176V1E17. Разрядность п каждого счетчика определяется из соотношения

п 1од2тмакс.

где m - максимально допустимое число ша,гов (испытаний), после которого должно быть принято решение. Как вход, так и выход блока 22 счетчиков связаны соответственно с блоками 20 и 7 через третий и второй коммутаторы (блоки 24 и 23), которые управляются, синхронизатором устройства (блоки 18 и 19) и обеспечивают подключение -й секции блоков 22 и 7 при контроле J-ro параметра.

Результат решения с выхода схемы 20 сравнения через третий ключ 21 подается на индикатор 17. Если решение связано с принятием одной из гипотез (Но или Hi), сигналы с выхода схемы 20 поступают через третий коммутатор 24 на вход сброса блока 22 счетчиков для обнуления содержимого соответствующего счётчика, а также на вход блока 9 для обнуления содержимого первого накапливающего сумматора по контролируемому 8 текущий момент параметру.

Накопитель 5 производит запись и хранение значений последних N измерений по каждому из m параметров всех L объектов контроля. Накопитель содержит L-fft-N ячеек памяти. Записью и считыванием слов в накопителе управляют сигналы {А}, {С}, St и $2 Делителя 19. Результаты измерений из наког1ителя 5 поступают в качестве первого сомножителя на блок 11 умножения, с помощью которого а также с помощью второго задатчика козффициентов 10 (второго сомножителя) и второго накапливающего сумматора 12 производится расчет экстраполированного значения j-ro параметра Oja в соответствии с выражением

и,:

aia -Uij. i 1,N.j 1,m,

1Э

где aia - коэффициент экстраполяции результата i-ro измерения.

Значения коэффициентов а|э для каждого i-ro измерения рассчитываются предварительно на основании выражения

3(N -b2)(N+3)-f2l(4N + )-ИО 1 (N-l)(N-2);

Второй за датчик 10 коэффициентов служит для записи и хранения коэффициентов а1э и выполняет функции полупостоянного запоминающего устройства емкостью N слов.д

Значения Uja через первый ключ 13 поступают на первый комбинационный сумматор 15, где рассчитываются величины и знаки отклонений Aj экстраполированных значений параметров Ujs от их номиналов

(UHJ

А Uj3 - UH.

Значения номиналов UH) хранятся в задатчике эталонов 14 и по сигналам {А}, {С} делителя 19 частоты выдаются на первый комбинационный сумматор 15 на вход второго слагаемого. Задатчик эталонов является постоянным запоминающим устройством емкостью L-т ячеек памяти.

Индикатор 17 используется для визуальной оценки результатов контроля. С этой целью цифровые величины, поступающие на его входы с блоков 21 и 16, преобразуются в аналоговые величины и хранятся в течение времени не менее То. По каждому параметру на индикаторе отображается номер параметра, верхние и нижние допуски отклонения от номинала, текущие отклонения экстраполированного значения от номинала, итоговое заключениео нахождении параметра в допуске или не в допуске.

В качестве задатчиков (блоки 6,10 и 14) целесообразно использовать постоянные

запоминающие устройства, что позволяет уменьшить время обращения (например, ПЗУ на микросхемах К1607 РФ 1,К1801 РЕ 1, К1809РЕ1, К601РЕ1П, матрицу-накопитель ПЗУ307РВ1).

В качестве накопителя (блок 5) можно

исполбзовать микросхемы 132РУ1, 185РУ4, 185РУ5, 541РУ1, матрицу ОЗУ К176Р1У11, КР507РМ1.

В качестве комбинационных сумматоров (блоки 8 и 15) целесообразно использовать микросхемы 155ИМ1, 155ИМ2, 134ИМ56, К176ИМ16, 564ИМ1, K161V1M1, в качестве накапливающих сумматоров (блоки 7,9,12)- микросхему K502MG1.

Коммутаторы {6nokH 23-27) служат для коммутации величин, представленных в цифровой форме, что связано с обработкой в текущий момент времени только одного из контролируемых параметров из множества L -т параметров. Исходя из этого, структуры коммутаторов могут быть аналогичны. Каждый коммутатор состоит из секций. Каждая секция представляет из себя сборку Трехвходовых конъюнкторов, причем их количество равно разрядности коммутируемых операндов. На один из входов конъюнктора подается соответствующий сигнал Ар с делителя 19, на другой вход оттудй же сигнал GJ, на третий вход- значение одного из разрядов (1 или О) рбрабаты аемого в данный момент времени операнда. При этом активно функционирует в любой момент времени только одна из L -т секций коммутатора. В частном случае, когда контроль объекта осуществляется только по одному из параметров, из предлагаемого устройства могут быть исключены указанные коммутаторы. В известном устройстве, предполагающем обработку по множеству параметров, также необходимо введение блоков, выполняющих функции коммутаторов.

В качестве базовых объектов могут быть приняты диагностическая измерительная прогнозирующая система КИ-13940, и встроенная автоматически действующая система контроля и диагностики.

Технический эффект от использования предлагаемого устройства по сравнению с базовыми объектами заключается в сокращении потребного машинного времени для вычислений в каждом цикле обработки без снижения точности и достоверности контроля.

Так как для решения задачи контроля объектов наиболее предпочтительна микропроцессорная техника, то сопоставим время сложения в предлагаемом устройстве с временем выполнения умножения в извест ном устройстве на основании характеристики серийно выпускаемых промышленность микропроцессоров К580 и К1810. Для KS80 указанные времена составляют соответственно 2 и 12,5 МКС, а для К1810 - соответственно 0,5 и 67 МКС. Разности времен для обоих операций составляют абсолютные значения сокращения времени - вычислений на основе указанных микропроцессоров при использований предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство обеспечивает одинаковые с базовым объектом точность и

дрстоверность, так как расчеты в обоих случаях ведутся по одним и тем же аналитиче, ским выражениям, при одной-и той же разрядности чисел (операндов). При этом, в 5 предлагаемом устройстве не появляется каких-либо дополнительных источников погрешностей.

Если учестБ, что в одном цикле обработки То Операция умножение в базовом объекте выполняется L-т раз. то суммарный выигрыш во времени, работы процессора получается во столько же раз больше.

Уменьшение потребного машинного времени для вычислений в каждом цикле

5 обработки позволяет создать временной резерв и при использовании для целей контроля спецвычислителя (микроЭВМ) с заданным быстродействием на этой основе уменьшить период опроса и обработки всех

0 параметров, что создает предпосылки для существенного повышения точности и достоверности контроля.

Формула изобретения Устройство для контроля радиоэлектронных объектов, содержащее последовательно соединенные группу датчиков параметров, первый коммутатор, нормализатор и аналого-цифровой преобразователь, а также накопитель результатов

0 измерений, задатчик коэффициентов расчета граничных значений параметра, первый и второй комбинационные сумматоры, первый и второй накапливающие сумматоры, задатчик коэффициентов расчета экстрапо5 лированного значения параметра, блок умножения, три ключа, задатчик эталонных значений параметра, индикатор, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, схему сравнения и блок счетчиков, выход

0 аналого-цифрового преобразователя соединен с информационным входом накопителя результатов измерений и информационным входом первого накапливающего сумматора, выход накопителя результатов измере5 НИИ связан с входом первого сомножителя блока умножения, вход второго сомножителя которого подключен к выходу задатчика коэффициентов расчета экстраполирован ного значения параметра, выход блока ум0 ножения соединен с информационным входом второго накапливающего сумматора, выход которого связан с информацион- . ным входом первого ключа, выход которого соединен с входом первого слагаемого первого комбинационного сумматора, вход второго слагаемого которого подключен к выходу задатчика эталонных значений параметра, выход первого комбинационного сумматора связан с входом второго ключа,

выход которого соединен с первым входом индикатора, второй вход которого связан с выходом третьего ключа, вход которого соединен с выходом схемы сравнения, который подключен также к входу обнуления первого накапливающего сумматора, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом делителя частоты, синхровходы которого связаны с управляющими входами первого коммутатора, нормализатора, аналого-цифрового преобразователя, с входами управления считыванием накопителя результатов измерений, задатчика коэффициентов расчета граничных значений пираметра, задатчика коэффициентов расчета экстраполированного значения параметра, с управляющими входами первого, второго и третьего ключей, с входом управления считыванием задатчика эталонных значений параметра, с управляющим входом мндикатора и входом разрешения суммирования второго комбинационного сумматора, отличающееся тем, что, с целью ускорения работы устройства при контроле объектов за счет сокращения времени,, затрачиваемого на вычислительные операции в каждом цикле контроля, в устройство введены третий накапливающий сумматор, коммутаторы с второго по шестой и четвертый ключ, выход схемы сравнения связан с информационным входом третьего коммутатора, выход которого соединен с

входом сброса блока счетчиков, выход которого подключен к информационному входу второго коммутатора, выход которого соединен с первым информационным входом третьего накапливающего сумматора, второй информационный вход которого подключен к выходу четвертого коммутатора,информационный вход Которого соединен с первым выходом задатчика коэффициентов расчета граничных значений параметра, второй выход подключен к информационному входу пятого коммутатора, выход которого соединен с входом первого слагаемого второго комбинационного сумматора, вход второго слагаемого которого связан с выходом третьего накапливающего сумматора, выход второго комбинационного сумматора подключен к информационному входу четвертого ключа, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой связан с выходом шестого коммутатора, информационный вход которого соединек с выходом первого накапливающего сумматора, синхровходы делителя частоты связаны с соответствующими входами разрешения суммирования третьего накапливающего сумматора, первого накапливающего сумматора, со счетными входами блока счетчиков, с управляющими входами коммутаторов с второго по шестой и четвертого ключа.

(4.«,Л,20,27

Фиг. а

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Цель изобретения - ускорение работы устройства при контроле объектов за счет сокращения времени, затрачиваемого на вычислительные операции в каждом цикле контроля. Оценку текущего технического .состояния объектов (ТСО) проводят на основе метода последовательногоанализа, для чего по каждому из контролируемых параметров на основании текущей статистики (результатов измерений) осуществляется проверка двух гипотез: Но - параметр в допуске. HI - параметр не в допуске. Прогнозирование ТСО проводят путем расчета экстраполированных значений параметров на будущие интервалы времени. Расчет осуществляется на основе учета последних N измерений (N >& 3) с соответствующими весами, результаты оценки и прогнозирования отображаются на индикаторе, в результате чего делается интегральное заключение с ТСО. Использование накапливающего сумматора, пяти коммутаторов и ключа позволяет уменьшить машинное время для вычислений за счет исключения одной из длинных операций - умножения в каждом цикле обработки без снижения точности и достоверности контроля. 2 ил.LOС