Устройство для прогнозирования надежности систем управления Советский патент 1978 года по МПК G06F17/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОгаоЗИРОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ности с учетом процессов износа и старения комплектующих компонентов.

Наиболее близким по технический сущности к данному изобретению .является устройство (3) для прогнозирования надежности систем управления, содержащее блок коммутаторов, первый вход которого подключен к выходу первого генератора, второй вход - к первому выходу блока управления, выход - к входу блока памяти, первый выход которого соединен со входом блока формирователей, блок моделей систем управления, вход которого подключен к выходу блока формирователей, а выход - к входу блока селекции, статистический анализатор, вход которого соединен с выходом блока селекции.

Недостатком этого устройства является сравнительно невысокая точность прогнозирования показателей надежности систем из-за отсутствия учета отказов типов «обрыв и «замыкание комплектующих элементов появляющихся с определенными вероятностями.

Целью изобретения является повыщение точноетн прогнозирования оценок показателей надежности систем управления.

Указанная цель достигается тем, что устройство содержит второй генератор, блок вероятностных преобразователей и блок фиксации отказа, вход которого подключен к второму выходу блока селекции, выход соединен с вторым входом блока вероятностных преобразователей, первый вход которого соединен со вторым выходом блока управления, первый вход второго генератора соединен с вторым выходом блока памяти, второй вход - с выходом блока вероятностных преобразователей, а выход - с вторым входом, блока моделей систем управления.

Блок-схема устройства для прогнозирования надежности систем управления приведена на чертеже.

Устройство для прогнозирования надежности систем управления содержит передай генератор 1, блок 2 коммутаторов, памяти, блок 4 формирователей, блок 5 моделей систем управления, блок 6 селекции, статистический анализатор 7, блок 8 управления, блок 9 вероятностных преобразователей, второй генератор 10, блок 11 фиксации отказа.

Выход первого генератора I подключен к первому входу блока 2 коммутаторов, выход которого соединен с входом блока 3 памяти. Первый выход блока 3 присоединен ко входу блока 4 формиробателей, выход которого соединен с первым входом блока 5 моделей систем. Выход блока 6 селекции подключен ко входу статистического анализатора 7. Первый выход блока 8 управления соединен с вторым входом блока 2 коммутаторов. Второй выход блока 8 управления присоединен к первому входу блока 9 вероятностных прес разоватёлей, выход которого соединен со вторым входом второго

генератора 10. Выходы второго генератора 10 и блока 11 фиксации отказа подключены ко второму входу блока 5 моделей и второму входу блока 9 вероятностных преобразователей соответственно.

Блок 1 представляет собой многоканальный генератор стационарных случайных низкочастотных напряжений с заданными корреляционными функциями. В состав генератора 1 включены общий первичный источник случайных флуктуации, стационарные фильтры, нелинейные преобразователи и схемы контроля параметров генерируемых электрических напряжений.

Блок 2 коммутаторов предназначается для размещения значений напряжений от генератора 1 по ячейкам памяти блока 3. Конструктивно блок 2 выполнен в виде электронных коммутирующих элeмeнтoв управляемых по второму входу сигналами от блока 8.

В качестве отдельных ячеек блока 3 памяти используются типовые элементы фиксации мгновенных значений напряжений генератора 1, поступающих через электронные коммутирующие элементы блока 2.

Формирователи реализации случайных процессов изменения значений параметров элементов исследуемой системы, входящие в состав блока 4, выполнены на основе универсальных аналоговых активных линейных и кусочно-линейных аппроксиматоров, Ап0 проксиматоры могут включать один или более типовых операционных усилителей и управляемые делители в цепях обратных связей.

Блок 5 физических моделей систем представляет собой в каждом конкретном случае 5 совокупность электронных и электромеханических макетов компонентов исследуемых систем. Построение таких макетов осуществляется с учетом теории подобия и основных принципов баланса точности при физическом вероятностном моделировании. В состав макетов вводятся элементы с переменными параметрами, последовательно и параллельно соединенные с другими компонентами, а также с переключательными схемами для имитации внезапных отказов типа «обрыв и «замыкание.

В блоке 6 селекции содержатся селекторы по напряжению, частоте, фазе,и т. д. С их помощью регистрируются события, заключающиеся в выходе определяющих параметров исследуемых систем за пределы областей допустимых значений.

Статистический анализатор 7 предназначается для автоматизированной обработки ре-зультатов моделирования случайных нестационарных процессов изменения свойств систем. В состав анализатора могут входить построители гистограмм и кривых распределений вероятностей значений времени появления отказов систем, а также вычислители характеристик законов распределений значе0 НИИ наработки систем до отказов, в том

числе, вероятности безотказной работы в течение заданного времени, среднего времени безотказной работы, среднего квадратического отклонения наработки до отказа и т. п.

Блок 8 управления предназначается для задания программы и режимов функционирования устройства; он содержит наборное поле, искатели, регулируемые источники стабилизированного напряжения, контрольноизмерительные функциональные элементы.

Блок 9 вероятностных преобразователей предназначается для моделирования случайных событий - отказов типов «обрыв и «замыкание ; он состоит из типовых вероятностных двоичных элементов, количество которых равно числу компонентов системы. Каждый двоичный элемент содержит равновероятностный , п-полюсник, триггер с раздельными входами, логические элементы И, генератор тактовых импульсов, переключатели, с помощью которых задаются величины веро ятностей (в двоичном коде) появления внезапных отказов.

Генератор 10 временных интервалов служит для имитации работы элементов систем до появления внезапных отказов и содержит стандартные источники сигналов, время появления которых подчиняется экспоненциальному закону с соответствующими параметрами.

Блок 11 фиксации отказа (перехода систем и неработоспособное состояние) может, представлять собой элемент памяти - триггер на МДП-транзисторах с промежуточным запоминанием информации. Блок 11 предназначается для фиксирования момента времени перехода системы в состояние отказа (внезапного или параметрического) и запоминания его в течение подготовки устройства к новому такту моделирования случайной реализации процесса приближения к отказовому состоянию.

Устройство для прогнозирования надежности систем управления работает следующим образом.

В каждом канале генератора I стационарных случайных напряжений воспроизводится требуемый закон распределения мгновенных амплитудных значений напряжения. Количество каналов генератора определяется числом компонентов системы, у которых имитируются случайные процессы изменения определяющих параметров.

Генерируемые случайные напряжения необж)димы для моделирования законов распределения начальных значений параметров компонентов систем и значений скорости изменения параметров во времени Электронные коммутаторы блока 2 по командам от блока 8 управления подключают входы ячеек памяти блока 3 к соответствующим каналам генератора 1. Ц, течение подготовительного такта работы устройства в блоке 3 памяти фиксируются мгновенные значения случайных напряжений, пропорциональные

начальным величинам параметров компонентов систем и величинам скоростей их изменения в процессе износа или старения.

Зафиксированные в блоке 3 мгновенные значения случайных величии поступают на входы блока 4 формирователей реализаций случайных процессов изменения свойств компонентов систем. Формирователи блока 4 предназначаются для линейной и нелинейной -аппроксимации реализаций реальных процессов изменения определяющих параметCров компонентов систем. В течение рабочего такта функционирования устройства сигналы в виде эле трических напряжений, токов или интенсивности световых потоков поступают на вход блока 5 моделей систем, происходит

одновременное изменение значений параметров компонентов систем.

В момент времени, соответствующий началу каждой сгдельной реализации случайного процесса изменения параметров компонентов, со второго выхода блока 3 памяти на первый вход генератора 10 поступают сигналы, по которым производится запуск источников временных интервалов с длительностью, пропорционал1 но времени работы компонентов системы до появления вне5запного отказа.

Вероятность появления внезапных отказов типа «обрыв и «замыкание моделируется в блоке 9 вероятностных преобразователей при разрешающем сигнале от блока И; такой сигнал подается на первый вход блока 9 в то время, когда система находится в работоспособном состоянии.

Распознавание состояний, в которых может находиться система управления, осушествляется с помощью блока 6 селекции.

5 При выходе значений параметров системы за пределы установленных допусков на первом и втором выходах блока одновременно появляются сигналы. Один из них поступает на вход статистического анализатора 7, другой - подается на вход блока I1 фиксации отказа, т. е. перехода системы в неработоспособное состояние.

При выполнении последовательности указанных тактов работы устройства, в каждом из которых моделируется отдельная реализация параметров компонентов системы, на вход анализатора 7 поступает статистическая информация о моментах времени возникновения отказов (внезапных и постепенных) систем. В блоке 7 по известным алгоритмам производится вычисление требуемых характеристик надежности.

Таким образом, с помощью данного устройства более полно учитываются реальные события, имеющие место при эксплуатации систем автоматики, а именно, нарушения из-за нестабильности комплектующих элементов, приводящие к внезапны и постепенным отказам. Это обеспечивает точность и достоверность результатов прогнозирования количественных оценок показателей надежностй систем управления.

Фбрмула изобретения

Устройство для прогнозирования надежности систем управления, содержащее блок коммутаторов, первый вход которого подключен к выходу первого генератора, второй вход - к первому выходу блока управления, выход - к входу блока памяти, первый выход которого соединен со входом блока формирователей, блок моделей систем управления, вход которого подключен к выходу блока формирователей, а выход - к входу { |Лока селекции, статистический анализатор, вход которого соединен с выходом блока селекции, отличающееся тем, что, с целью повышения точности прогноэнровання надежности систем, оио содержит второй генератор, блок- вероятностных преобразователей н блок фиксации отказа, вход которого подключей к второму выходу блока селекции, выход соединен со вторым входом блока веpoHTHOCTHfcix преобразователей, первый вход которого соединен со вторым выходом блока управления, первый вход второго генератора соединен со вторым выходом блока , второй вход - с выходом блока вероятностных преобразователей, а выход - с вторым входом блока моделей систем управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское. свидетельство СССР № 389510, кл. G Об F 15/46, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР № 304586, кл. G 06 F 15/46, 1970.

3.Авторское свидетельство СССР № 146095, М. G 06 F 15/46,-1961.