Устройство для контроля параметров Советский патент 1977 года по МПК G05B23/02 

1

Изобретение относится к автоматике и вы. числ:1 тельной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля.

Известно устройство для моделпрова.нил постепенных отказов, содержащее генератор белого шума, датчик независимых случайных величин, функциональный преобразователь, .формируюш.ий фильтр, воспроизводящее устройство, устройство задания допуска, сравнивающее устройство, объект (.модель) и индикаторы эффективности и отказа 1. Однако зто устройство -моделирует процесс постепенных отказов в объекте при допусковом контроле его параметров и не Позволяет автоматически определять .количествеглные значения .контролируемых naipaiMeTpoB с требуемой точностью п учетом случайных факторов про-цесса пз.мерений. НаибОЛее близким к изобретению по технической сущности является устройство для контроля параметров, содврЖ1ащее блок управления, первый вход .которого соединен с управляющими входами первого двоичного счетчика, первого ключа и со счетным входом второго двоичного счетчика, второй и третий выходы -блока управления соединены соответственно с управляющими входа-ми второго и третьего .ключей, и генератор квантов 2. Это известное устройство характеризуется тем, что оно П|ри определении значений контрол;ируемых параметров не учитывает случайных погрешностей в Момеиты за.меров, а также возможные колебания величины параметра относительно определенного уровня.

Поэтому известное устройство -нельзя эффекТИВ.НО применять для определения функций изменения .параметров во времени U.f(t), используемых для прогнозирования отказов систем. Под функцией из менеиия нар.аметрт во времени /. /(0 пони.мают функцию изменения величины контролируемого параметра Ux, выраженного напрял ением (током), от времени (аргумента). В качестве параметра и могут выступать, например, напряжение

(ток) на выходах или входах контролируемой системы, ее узлов или элементов, сопротивление, проводимость, емкость, частота и т. п. На фиг. 1 .представлена о.дна .из Б0мож.ны.ч функций изменения параметра во време.. ни Uy: }(t) и указано допустимое значение параметра При значениях параметра в контролируемой системе насту- - доп

пает -отказ. Контроль параметров в системе для прогнозирования их отказов осуществляется периодически через заданные выдержки времени А/. При этом в отрезках времени , Д, . . - Af „определяются мгновенные значения Цд.. По мгновенным значениям, определенным в двух соседних отрез,ках времени А/; и

прогнозируют отказ, т. е. оттред-еляют время отк. за которое Ux становится равным t/ ( ). Чем точнее .произведено

измерение в еличины истииного значения ,параиетр.а, тем точнее оказывается прогнозирован отказ. На фиг. 2 по,каза.но в увеличенлом масшта бе фактическое иЗ|Менение величины L.v, Ha-npHMieip, в от1резке В1рембни (смфиг. 1), в котором производится очередной замер t/x-. Как видно из фиг. 2, при за мерах мгновенных .значений U с высо-кой тсчиостью моменты .замеров в этом от резке могут совпадать, «апример, со значениями Ux в точках а, б, в, г и т. д. Тогда случайные из менения напряжения, напри.мер, в точже а или б, замеренные с высокой точлостью с -использова. н;иам известных устройств, пр1ИВодят к существенным полре1Ш1Ностям в определении / отк-предлагаемое устройство, разработанное с учетом м етода .статистических испытаний, .позволяет в Л/ отрез,ках времени определять усредненное значение па|раметра t/.x-c (см. фиг. 2), .которое с заданиой точ.ностью приближается к истинному з-начбнию измеряемого параметра. Периодичлость замеров параметра At (ом. фиг. 1) (МОЖно 31адавать от нулевого до любого .значе.ния.

Таким Об|разом, замер .параметров функции ) в промежутках ДГ,- .можно осуществлять непрерывно или с лкУбой заданной периодичностью At.

Целью изобретения является увеличение точности иэме1рения параметра с учетом случайных погрешностей .и колебаний величины параметра относительно определенного уровня в процессе множества его замеров, т. е. увеличение точности устройства. Увеличение точности измерений с учетом случайных факторов достига ется на основе использования методов статистических испытаний, точность которых определяется по выр.ажению

б.

llvприближенное (измеряемое) чение параметра, причем N - общее число .испытаний (замеров) при определении приближенного значения параметра Ux, L - число испытаний (замеров), тари которых генер.пруемое с помощью тенор а случайных случайное значение параметров U оказывается меньше, по сравнению с определяемым значением парамет|ра Цх, - фактическая величина параметра

р

Ц.-;

заданная точность (ощ.ибка) в оп8ределении парамекра UxПорядок точности (сшибка б) определяется по формуле

1

(2) 1/F

Как видно из формулы (2), с увеличением числа испытаний Л ощибка б уменьшается, а следовательно, возрастает точность измерений.

Кро.ме того, в предлагаемом устройстве путе.м использования дискретных устройств высокой точности (генератора ква.ктов и хронизатора) существенно повыщается точность каждого отдельного замера параметра из общего числа N. Следовательно, сужается зона неправильных замеров и уменьшается ошибка 6. В предлагаемом устройстве .это достигается тем, что оно содержит третий дво.ичный счетчик и генератор случайных чисел,

выходы .которого через второй .ключ соединены с нулевыми ,и единичными входами пер-, вого двоичного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом генератора квантов через третий .ключ, а выход - с -первым входом блока управления и через первый ключ и -третий .двоичный счетчик - с -входом четвертого .ключа, упра.вляющий вход которого соединен с выходом второго двоичного счетчика ,и со BTOpbLM входом блока управления. На фиг. 3 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 4 - совмещенная временная диаграмма его работы.

Предлагаемое устройство содержит генератор квантов 1, третий ключ 2, первый двоич5 вый счетчик 3, генератор случайных чисел 4, второй .ключ 5, хронизатор 6 с выходами 7- 9, первый ключ 10, третий двоичный счетчик //, второй двоичный счетчик J2, четвертый ключ 13, механизм печати 14, программ.ный

блок 15 и блок управ.лекия 16.

Генератор .квантов / преобразует значе-ния измеряемого параметра U в последова. тельн-ость импульсов, частота / следования которых пропорциональна значению парамет5 Р.ОВ. При открытии ключа 2 импульсы с выхода генератора .квантов J поступают на счетный .вход .двоичного счетч.ика 3, работающего Б |режиме -вычитания. Генератор случайных чисел 4 генерирует случайные двоичные числа в зада.нных пределах. При этом нулевые .и единичные выходы триггеров генератора 4 через жлюч 5 подключены к соответствующ1им нулевым и единичным входам т|ряггеров двоичного счетч.ика 5. Хрови.

5 затО|р 6 |фармирует последовательные управляющие импульсы (см. фиг. 4) по выходам 7, 8 Е 9. Упра.вляющий имп.ульс на выходе 9 открывает .ключ 2, и число импульсов частоты ./, поступающее на счетный вход двоичного счетчика 3 в течение времени действия импульса, оказывается пропорциональным величине измеряемого параметра Ux в процессе ОДНОГО замера из общего числа Л . Двоичный счетч.ик 11 фиксирует импульсы переполнения двоичного счетчика 3, которые формируются всякий раз первым же импульсом, после устано.в.ки триггеров счетчика 3 з .нулевое состояние в процессе вычитания импульсов из случайного двоичного Числа, записанного в двоичный счетчик 3. Таким образом, двоичный счетчик 11 в процессе определения приближ.енного значения параметра Ux фиксирует число импульсов L. Двоичный .счетчик

12в процессе определения приближениого значения параметра Ux фиксирует заданное число импульсов N .и в момент их отсчета формирует импульс пе|реполнен.ия, который используется в качестве управляющего. Ключ

131ПО импульсам -переполнения с двоичного счетчика 12 открывается, и двоичное число с выходов двоичного счетчика 7/поступает на механизм печати 14. В качестве механизма печати 14 .может быть использован, например, Механизм печати МП-16-2, выпуокавмый отечественной промышленностью. Программное устройство 15 1И хронизатор 6 функционально образуют блок упразления 16. При этом выходы 7, 5 и .9 хронизатор а 6 являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока управления, а входы программного устройства 15 являются соотвегственно и входа-ми блока управления 16. Генератор квантов 1 через ключ 2 соединен со счетным входам двоичного счетчика 3, а нулевые и единичные выходы триггеров генератора случайных чисел 4 через ключ 5 соединены с нулевыми .и единичными входами соответствующих Т|риггероз двоичиого счетчика 3. Выход двоичного счетчика 3 соединен с первым входом программного устройства 15 и через .ключ 10 -- со счетным входом двоичного счетчика 11, выходы которого через ключ 13 соединены с механизмо-м печати J4. Выход 7 хронизатора 6 соединен с управляющими входами двоичного счетчпка 3 и ключа 10, а также со счетным входом двоичного счетчика 12. Выходы 8 и 9 хроиизатора 6 соответственно соединены с управляющими входами ключей 5 и 2. Выход двоичного счет, чика 12 соединен с управляющим входо.м ключа 13 и вторым входом программного устройства 15, выходы которого соединены со входами х|ранизатора 6.

Перед началом работы по команде «Исходное двоичные счетчики 11 и 12 устаиавллваются в исходное («нулезое) состояние. В двоичный счетчик 12 вводится дополнение Д котарое обеспечивает формирование импульса переполнения иа его выходе при отсчете импульсов, равных числу N. На лрограм-мном устройстве 15 устанавливается выдержка времени At, которая определяет интервал между очередными замерами лриблиf L женных значений (-тт-) параметра Ux. По

команде «Пуск программное устройство 15 включает Х1раиизатО|р 6 и на его выходах 7, 8 и 9 последовательно формируются управляющие импульсы (см. фиг. 4), которые выполняют следующие операции. Управляющий импульс на выходе 7 Х ронизатора закрывает ключ 10, осуществляет сброс в исходное (.нулевое) состояние триггеров двоичного счетчика 3 и поступает на счетный вход двоичного счетчика 12. Управляющий м.пульс на выходе 8 хронизатора б открывает ключ 5 и двоич.ное случайное число с выхода -генератора 4 записывается в двоичный счетчик -3. Управляющий импульс на выходе 9 Х ронизатора 6 открывает .клЮЧ 2 и импульсы частоты /, -поскольку двоичный счетчик 3 работает в режиме вычитания, начинают уменьшать записанное в счетчике 3 случайное двоичное число.

Если записанное в двоичный счетчик 3 случайное двоичное число U оказывается меньше числа, составленного пачкой импульсов частоты f, пропарцио.нальной значению измеряемого параметра Ux (UfLUx), то на

выходе двоичного счетчика 5 иосле перехода через нулевое состояние формируется им.пу.льс переполнения. И-мпульс переполиения через открытый ключ 10 фиксируется двоичным счетчи.кам 7/ и поступает иа первый вход

пролрам-много устройства 75. Програ-ммное устройство 15 переводит хронизатор 6 в режим, при .котором последовательно на выходах 7, 5 и 9 по истечении заданной выдержки времени At начинают форм.ироваться управляющ-ие импульсы (см. фиг. 4).

Если записанное в счетчик 3 случайное двоичное ЧИ.СЛО t/r оказывается больше измеряемого параметра Ux(), тогда пач.ка и-мпульсов, пропорциональная Ux, не

сможет за время дл.ительности импульса на выходе 9 списать двоичное число U,- и сформировать ИМлульс переполнения до появления очередного управляющего импульса на выходе 7 хронизатора 6. С появление-м очередного управляющего имиульса «а выходе 7 хронизатара 6 процесс замера U и сравиения его со случайным значением t/r продолжается, одна.ко в рассмотренном случае дзоичный счетч.ик 12 в процессе сравнения U и Lx

фиксирует импульс, а двоич.ный счетчик 11 импульса не фиксирует.

При отсчете двоичны-м счетчиком 12 N импульсов фо-рмируется импульс переполнения, который поступает на программное

устройство 15 и открывает ключ 13. При этом программное устройство 15 выключает хронизатор 6 «а в-ремя At, а механизм печати 14 записывает на бумажную ленту двоичное число, равное ч.нслу импульсов L, зафиксированных двоичным счетчиком //.

Так. образом, по числу .V, отсчитанному двоичным счетчиком 12, и по числу L, полученному на выходе двоичного счетчика //,

L

можно получать отношение -;г;-, которое является приближенным значением пара-метра и. По полученньв отношениям (-тг) на знданных интервалах Аг определяют функ-цию иамеиения параметра t/ во времени, t/.x- /{0. Таким об|разом, в предлагаемом устройстве существевное увеличение точ;ности измеряемых параметров обусловлено тем, что оно разработано с учетом метода статистических испытаний, точность которого находится в зазиоимости от числа испытаний (замеров). С увеличением числа И|0иытааий Л точность возрастает. Од:нако .качественно новым в устройстве является ,и то, что увеличение точичости замеров параметров связано с учетом случайных погрешностей в момент замеров, а также возмолшых колебаний величин измеряемых параметров. Именно, только высокая точность замеров с учетом случайных факторов позволяет с высоким приближением воспроизводить функции изменения парамет ров, во времени U f(t) и, следовательно, точно прогнозировать отказы периодически контрол.ируемых систем. Формула Изобретен ,и я Устройство для .контроля параметров, содержаш,ее блок управления, первый выход KOTqporo соединен с управляющими входами первого двоичного счетчика, первого ,ключа и со счетным входом второго двоичного счетчика, .второй и третий выходы бло-ка управления соединены соответственно с управляющими .входами второго и третьего ключей, и генератор квантов, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности устройства, оно содержит третий двоичный счетчик и ге гератор случайных чисел, выходы которого через второй ключ соединены с нулевыми и единичными входам,и первого двоичного счетчика, счетный ;вход которого соединен с выходом генератора квантов через третий ключ, а выход - с первьгм входом блока упразления и через первый ключ и третий двоичный счетчик - со входом четвертого ключа, управляющий вход которого соединен с выходом второго двоичного счетчика и со вторым входом блока управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Васильев Б. В. Прогнозирование надежности и эффективности радиоэлектронных устройств. Сов. радио, М., 1970, с. 178- 181, рис. ЗЛ.5 И 3.1.6. 2.Авторское свидетельство № 245454, кл. G 06 F 15/46, 1968.

./г. -