АНАЛОГОВЫЙ ОПТИМИЗАТОР Советский патент 1974 года по МПК G06G7/122 

1

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для решения прямой и обратной задач оптимального резервирования при различных способах резервирования и любых законах распределения времени между отказами устройства, а также для решепия задач по определению оптимальной структуры и оптимального рабочего тела систем управления летательных аппаратов с учетом надежности входящих в системы устройств.

Известен аналоговый оптимизатор, содержащий блоки нелинейности, соединенные с блоками умножения, блоки умножения на постояппый коэффициент, сумматор и переключатель.

Недостатком такого оптимизатора является невозможность получения целочисленных рещеиий .прямой и обратной задач оптимального резервирования градиентным методом и сложность структуры.

С целью расширения функциональных возможностей и упрощения структуры аналоговый оптимизатор содержит k схем установки затрат, блок развертки и блок измерения градиента, первый и второй входы которого через переключатель подключены ко входам и выходам блоков нелинейности; выход блока развертки соединен со входами k схем установки затрат, первый и второй выходы каждой из которых соедцне 1ы со входами соответствующего блока умножения на постоянный коэффициент и через переключатель - с третьим и четвертым входами блока измерения градиента.

На чертенке приведена блок-схема предлагаемого аналогового оптимизатора, состоящего из блока перемножения 1, k блоков умножения на постоянный коэффициент ,

сумматора 3, k блоков нелинейности 4i-4/е схем установки затрат 5i-5, блока развертки 6, блока измерения градиента 7 и переключателя 8. Блоки нелинейности , позволяют воспроизводить любой формы нелинейные функции одной перемепной. Число блоков k выбирается любым. Выход каждого блока подключен ко входу блока перемножения 1, а вход каждого блока соединен с выходом соответствующего блока умножения на постоянный коэффициент 2. Кроме того, переключателем 8 вход и выход каждого блока нелинейности могут поочередно подключаться к блоку измерения градиента 7. Блоки нелинейности

4i-4k могут быть специальными или стандартными типа БН, МНБ, КНБ и др.

Блоки умножения на постоянный коэффициент выполняются на операционных усилителях, коэффициенты которых меняются

дискретно Б пределах 1,2,.. ., п за счет из.менения входных сонротивлений. Сумматор 3 состоит из операционного усилителя в режиме суммирования с коэффициентом, равным единице но каждому входу, и вольтметра. Все его входы подключены к выходам блоков умножепия на ностоянпый коэффициент 2i-2k.

Блок измерения градиента 7 состоит из электромеханического вибратора, операционных усилителей к режиме инвертирования и суммирования, аналогового блока деления двух переменных и вольтметров. Переключателем 8 первые два входа блока измерения градиента 7 могут одновременно подключаться ко входу и выходу каждого блока нелинейности 4|-4/i, а третий и четвертый входы-к выходам каждой пары усилителей схем установки затрат 5i-5/t.

Частота неременного напряжения, питающего обмотку вибратора, выбирается при иаладке блока измерения градиента 7 в зависимости от инерционности вибратора, полосы пропускания усилителей, блока деления и чувствительности прибора таким образом, чтобы обеспечивались устойчивые его показания.

Блок развертки 6 состоит из сдвоенного потенциометра, питающегося двумя одинаковыми по абсолютной величине, но разными по знаку постоянными напряжениями. Выходы блока развертки 6 подключены на k входных сопротивлений схем установки затрат 5i-5/i. Схемы установки затрат состоят из переменных сопротивлений и операционных усилителей в режиме инвертирования.

Исходными данными для решения задач являются: структурная схема системы, состоящая из k последовательно соединенных участков резервирования, таких, что отказ любого одного участка приводит к отказу всей системы; экспериментальные или расчетные зависимости рг 1(СгПг), при любых законах распределения случайных величин и любых режимах работы участков (здесь: Пг - число параллельно включаемых иа i-ом участке элементов от «1 до «/г. Pi - вероятность безотказной работы i-ro участка резервирования за время выполнения задания, Cj--затраты, i 1, 2, . . ., А;, на каждый нерезервированный участок (вес, стоимость, габариты и пр.); максимально допускаемые затраты на всю резервированную систему (на вес, стоимость, габариты и пр.) С или заданный уровень надежности на всю резервированную систему р°.

Перед рещением выбирается число блоков нелинейности 4i-4/е, равное k. На каждом из блоков набираются, например, при решении прямой задачи оптимального резервирования

соответствующие функции рг (СгПг), i-,

2, . . ., k. Коэффициенты всех блоков умножения на постоянный коэффициент 2i-2h устанавливаются равными единице, а на сумматоре 3 устанавливается опорное напряжение, пропорциональное допускаемым затратам С°. Выполняется первый шаг решения. Переключателем 8 блок измерения градиента 7 подключается к клеммам первого блока пелинейности 4 и первой схемы установки затрат 5i. Папряжение на третьем и четвертом входе блока измерения градиента 7 модулируется вибратором и подается на вход блока нелинейности. С его выхода снимается модулированное напряжение, которое преобразуется в переменное напряжение с амплитудой, пропорциональной приращению функции pi на Hiare сь Это напряжепие подается,-как делимое, па вход блока деления в блоке измерения градиеита 7. На другой вход блока деления подается, как делитель, напряжение, полученное как разность напряжений на третьем и четвертом входах блока измерения градиента 7. Вольтметр измеряет величину частного АЬ Переключателем 8 входы блока измерения градиента 7 подключаются к клеммам следующих блока нелинейности 42 и схемы установки затрат 62 и аналогично замеряется величина Д2 и т. д. до последнего блока нелинейности 4fe.

Выбирается блок нелинейности 4г, для которого значение Дг Амакс- На соответствующем блоке умножения на постоянный коэффициент 2, устанавливается увеличенный на единицу коэффициент. Напряжение с выхода этого блока подается на вход сумматора 3, осуществляющего суммирование всех напряжений с выходов блоков 2i-2ft. Затем выполняется второй шаг решения и т. д.

После выполнения Л шагов напряжение на выходе сумматора 3 может быть равным нулю (наложенное ограничение по затрате израсходовано точно), либо больше нуля (перерасход). В последнем случае уменьшается на единицу коэффициент того блока умножения на постоянный коэффициент, у которого иа Л-ом шаге этот коэффициент был увеличен на единицу. Оценивается показание прибора сумматора 3 и, если оно по абсолютной величине меньше любого из значений Cj, то решение закончено. Блок измерения градиента 7 переключателем 8 от схемы отключается.

Напряжепие на выходе блока перемножения 1 соответствует достигнутому значению целевой функции для всей резервированной системы, напряжение на выходе сумматора 3 соответствует суммарной затрате, а зафиксированный коэффициент каждого блока умножения на постоянный коэффициент - числу параллельно включенных устройств на каждом участке резервирования.

Предмет изобретения

Аналоговый оптимизатор, содержащий «k блоков нелинейности, выходы которых соединены со входами блока перемножения, «k блоков умножения на постоянный коэффициент, выходы которых соединены со входами сумматора и первыми входами соответствующих блоков нелинейности, и переключатель, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и упроЩения структуры, он содержит «k схем установки затрат, блок развертки и блок измерения градиента, первый и второй входы которого через переключатель подключены ко вторым входам i выходам блоков нелинейности; выход блока разнсртки соединен со входами

«k схем установки затрат, первый и второй выходы каждой из которых соединены со входами соответствующего блока умножения на постоянный коэффициент и через переключатель - с третьим и четвертым входами блока измерения градиента.