Устройство для статистическогоМОдЕлиРОВАНия пРОизВОдСТВЕННыХпРОцЕССОВ Советский патент 1981 года по МПК G06F17/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТ ПРОИЗВОДСТВ Изобретение относится к вычислительной управляющей технике и предназначено для автоматизации испытаний изделий электронной техники, радиоаппаратуры, механических конструк ций и т, п. на надежность, прочность и устойчивую работоспособность при случайных воздействиях как электрических, так. и механических, имитирующих воздействие внешних факторов в условиях реальной эксплуатации. Известно устройство для статистического моделирования производственных процессов, содержащее управляющу (электронную) вычислительную машину общего назначения или специализированную, осуществляющую, в частности, формирование, задакядего испытательног сигнала или процесса, представленког например, числовой кодированной последовательностью, выполняющую контро и статистический анализ характериртик процесса испытаний, обеспечивающую изменениепрограммы испытаний, проведение коррекций задающего процесса и т. п., .блок сопряжения ЭВМ с периферийными устройствами, например, с каналами связи; испытательный стенд, снабженный устройствами переТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВА В П J Б Х ПРОЦЕССОВ .-,й11 j - f i mi i tu- дачи воздействий на испытываемый объект и контрольно-измерительными устройствами,канал прямой связи с ис-. питательным с сёндом, осуществляющий цифроаналоговое преобразование задающего процесса и получение управля1свдего воздействия, которое может быть подано, например, на электродинамическую передаточную систему стенда, предназначенного для испытаний объектов на ударно-вибрационные нагрузки; канал обратной связи с испытательным стендом, осуществлякиций аналого-цифровое преобразование контрольно-измерительной информации, поступающей от испытательного стенда для передачи в вычислительную машину Llj. Недостатком устройства является принципиальная невозможность воспроизведения воздействий, име1яцих в условиях реальной эксплуатации случайный характер. Это объясняется тем, что воспроизводикие программы являются полностью детерминированными. Их воздействие на объект не отличается от повторяющегося использования записей конкретных реализаций случайных воздействий, например, на магнитной ленте, произведенных в условиях реальной эксплуатации. Такие реализации при их воспроизведении представляют собой сложные/ одна ко полностью детерминированные временные функции (сигналы, процессы). Таким образом, известное устройство имеет ограниченные функциональные возможности. Наиболее близким техническим решением к данному является устройство для статистического моделирования производственных процессов, содержащее испытательный стенд, управляющую вычислительную машину, выход и вход которой соединены соответственно с первым входом и первым выходом блока сопряжения, второй выход и второй вход которого подключен соответственно ко входу канала прямо связи и к выходу канала обратной свя зи 2. Однако в этом устройстве при пери дическом повторении испытательной np граммы, что оказывается необходимым при проведении длительных испытаний и из-за ограниченного объема памяти ЭВМ спектральная плотность мощности имитирующего процесса становится дискретной, и нельзя утверждать, что такой процесс пригоден для испытаний 1если не всех, то, по крайней мере, некоторых типов объектов. Указанное обстоятельство ограничивает область применения устройства. Цель изобретения .- расширение области применения устройства. Для достижения поставленной цели устройство содержит генератор случай ного процесса, статистический анали затор, первый коммутатор и второй коммутатор, вход которого подключен выходу испытательного стенда, первый выход - ко входу канала обратной связи, а второй выход - ко входу статистического анализатора, пер вый выход которого соединен с треть входом блока сопряжения, третий выход которого соединен с первым входом генератора.случайного процесса, второй вход которого соединен со вт рым выходом статистического анализатора, а выход - с первым входом первого коммутатора, второй вход ко торого соединен с выходом канала пр Мой связи, а выход- со входом испыт тельного стенда. На чертеже приведена блок-схема устройства. Устройство содержит управляющую вычислительную машину 1, блок 2 сопряжения, испытательный стенд 3, канал 4 прямой связи, канал 5 обратной связи, генератор 6 случайного процес са статистический ангшизатор 7, ком мутаторы 8 и 9. Управляющая вычислительная машина 1 соединена с первым входом ,и первым выходом блока 2 сопряжения, вто рой выход которого соединен со входом канала 4 прямой связи, подключен ного выходом к первому входу первого коммутатора 8, соединенного выходом со входом испытательного стенда 3, выход которого подключен ко входу второго коммутатора 9, первый выход которого соединен со входом канала 5 обратной связи, соединенного со вто5 ым входом блока 2 сопряжения, третий выход которого подключен к первому входу генератора случайного процесса б, соединенного выходом с вторым входом первого коммутатора 8, йри этом второй выход второго коммутатора 9 подключен ко входу статистического анализатора 7, первый выход которого соединен с третьим входом блока .2 сопряжения, а второй выход - со вторым входом генератора б случайного процесса. Управляющая машина может быть машиной общего назначения или специализированной. Машина снабжена программно-математическим обеспечением, включающим в себя программы настройки имитатора и коррекции имитатора, программы статистического и корреляционно-спектрального анализа, программы управления ходом испытаний (планы эксперимента), осуществляющие в заданные моменты времени перестройку имитатора, сервисные программы обслуживания каналов и вспомогательных устройств, а также программы документального оформления результатов испытаний. При использовании в машине общего назначения для обеспечения высокой эффективности функционирования устройства целесообразна организация режима времени. В этом случае после осуществления настройки автономным устройством с помощью вычислительной машины ЭВМ могла бы быть использована для решения любых дру- гих задач, не связанных с испытаниями, в течение времени, равного, например, минимально необходимому времени накопления достаточного объема испытаний для получения статистических оценок с требуемыми точностью и дове- рительным уровнем. При использовании специализированной машины повышение эффективности устройства тесно связано с расширением его функциональных возможностей, обеспечиваемь1м введением KaHanqB имитатора и анализатора,, а также с реализацией многопрограммного режима управления большим числом объектов или большим vfcJioM испытываепвлх параметрощ, число которых, как первых, так и последних, может достигать нескольких сотен,, например, при многоточечном нагружении,самолетных конструкций или гидротурбин. Блок сопряжения представляет собой как совокупность, селекторных и мультиплексных каналов машины, так и совокупность специализированных моцулей, например, модулей адресной коммутации всех каналов связи машин с внешним испытательным оборудовани Дополнительно этот блок может обесп чивать временное согласование управ щей и контрольно-измерительной информации , подаваемой и поступающей каналов связи и объектов, находящих ся, например, на различном удалении ат машины. Испытательный стенд предназначен как для проведения различных испыта НИИ на воздействие механических, эл трических, климатических и других ф Горов, так и для проведения сложных многофакторных испытаний, включающи сочетание перечисленных воздействий Он выполнен как единое по конструктивным признакам устройство или в виде специализированных модулей, в частности однотипных, для обеспечения одновременного параллельного испытания объектов одного и того же назначения. Основными блоками ст да являются преобразователи входных управляющих сигналов в воздействия того или иного вида с передачей этих воздействий на испытываемый объект. Испытательный стенд снабжается также контрольно-измерительными устройствами, обеспечивающими получение требуемой информации о процессе испытания. Канал прямой связи с испытательны стендом предназначен для передачи на стенд сигналов или кодовых последова тельностей, формируемых непосредстве но управляемой ЭВМ. Канал содержит один или более цифроаналоговых преобразователей, устройства локального управления и временной синхронизации, усилители сигналов для помехоустойчивой передачи их по линиям связи и т. п. Канал прямой связи име ет один или несколько входов и выходов, число которых зависит, например от числа управляемых параметров испытательного процесса. Канал обратной связи с испытательным стендом предназначен для передачи в машину сигналов или кодовых последова тельностей, вырабатываемых контрольно-измерительными устройства ми испытательного стенда. Так же как и канал прямой связи, канал обратной связи имеет любое требуемое число входов и выходов, содержит необходимое количество аналого-цифровы преобразователей, имеет устройство локального управления и временной синхронизации, усилители сигналов и т. п. Генератор случайного процесса фор мирует случайные величины, распределенные во времени, в пространстве , представленные случайными кодовыми последовательностями, т. е, в виде процессов и т. п. После введения управляющей программы генератор может работать как в автономном режиме, так и в режиме автоподстройки, зав1 сящем, например, от результатов текущего ангшиза испытательного процесса. Статистический анализатор снабжен блоками накопления, сортировки и функционального преобразования информации, поступающей от контрольно изме ительных устройств испытательного стенда. Анализатор после введения управлягадей программы может работать как в режиме автономном, так и в режиме обмена информацией с машиной, проводить анализ всех или только части измеряемых параметров по одному, нескольким или всем видам характеристик. Первый коммутатор предназначен для коммутации выходов канала 4 прямой связи и канала генератора б с входами испытательного стенда 3. Второй ко У1мутатор предназначен для коммутации выходов испытательного стенда 3 со входами канала 5 обратной связи и канала анализатора 7. Функционирование устройства рассмотрим на примере трех основных режимов, а именно при воспроизведении детерминированных, случайных, а также смешанных воздействий. При работе системы в каждом из указанных режимов можно выделить соот- ветствующие контуры управления, включающие несколько (для первых двух) или все (для последнего режима) структурные компоненты устройства. Первый контур управления - контур имитации детерминированных воздействий - содержит последовательно соединенные блоки 1,2,4,8,3,9,5,2,1} второй контур управления - контур имита ции случайных воздействий - блоки 1,2,6,8,3,9,7,2,1; третий контур управления - контур автономной имитации случайных воздействий - блоки 6, 8, 3, 9, 7, 6f смешанные контуры. Воспроизведение детерминированных воздействий не отличается принципиально от известных способов цифроаналогового формирования требуемой временной функции и может быть выполнено, например, следующим образом. Заданная функциональная временная зависимость квантуется по аргументу, и значения ординат функции f(t) заменяются на интервалах квантования t ,, К О, 1 ,2 .. . ,т, отрезка- ми прямой q(t). Значения Чк() кодируются и представляются числовой последовательностью Х|, хранящейся или формируемой в машине 1. При имитации испытательной нагрузки числовая последовательность хц передается через блок 2 сопряжения на канал 4 прямой связи, в котором преобразует-. ся, например, в уровни напряжения q(t), передаваеьые первым коммутатором 8 на вход испытательного стенда 3, Блоки формирования испытательного стенда 3 преобразуют сигналы (t) в сигналы q(t), приближенно с заданн точностью воспроизводящие требуемую зависимость f(t-) на интервале .t, Сигналы контрольно-измерительных уст ройств стенда 3 поступают через втор коммутатор 9 на канал 5 обратной свя зи, где преобразуются в кодированные последовательности чисел, передаваем блоком 2 сопряжения в машину 1. На основании анализа сигналов измерения может быть реализовано, например, масштабирование чисел . величин qIJ(t), а следовательно, и сигналов q)(t) при отклонении их от требуемых значений. Как видно из рассмотренного приме ра ,воспроизведениедетерминированных нагрузок полностью обеспечивается первым контуром управления. В качестве примера имитации случайных нагрузок рассмотрим воспроизведение вторым контуром управления нестационарного случайного- процесса с программно изменяемой на интервалах Atj t tK-- плотностью распределения случайного процесса. В моменты времени tj, Х 0,1,2..,, т, в генератор 6 вводится через блок 2 сопряжения новая программа настройки рассчитываемая машиной 1, что и обес печивает генерирование на выходе генератора 6 в течение времени utj случайного процесса, име сядего требуе мую плотность распределения. Выходны сигналы генератора 6 передаются перВБ1М коммутатором 8 на вход испытател ного стенда 3. С выхода стенда 3 через второй коммутатор 9 поступают на вход анализатора 7 сигна.пы измерения текущих значений контролируемых параметров. Анализатор осуществляет предварительную экспресс-обработку поступающей информации с выдачей в машину 1 через блок 2 сопряжения результатов промежуточного анешиза. Ис пользование аппаратурных многофункциональных статистических анализаторов в составе блока 7 обеспечивает повышение быстродействия ана-иизатора, что увеличивает частотный диапазон анализируемых процессов и тем самым расширяет функциональные возможности устройства. На основании результатов статистического анализа управляющая машина 1 может, например, корректировать характеристики выходного процесса канала генератора 6. Функционирование третьего контура управления, обеспечивающего полно высвобождение машины 1 на время испы таний, рассмотрим при имитации случайного .процесса представляющег-о со бой последовательность импульсов тре угольной фор№л, имеющих случайные амплитуды А длительности 1 и полярность и следующих друг за другом через случайные интервалы t , Все параметры импульсов управляются и имеют произвольную требуемую функцию распределения. После введения в генератор б управляющей кодовой последов..-, епьности, определяющей формирование заданных функций распределения, система переходит в режим воспроизведения случайных воздействий с автономной работой канала генератора б. Анализатор в этом режиме может осуществлять передачу результатов анализа не в машину 1, а в генератор 6, на основе чего может быть реализована автоподстройка параметров выходного процесса генератора б к номинальным значениям, например, по минимальному пиковому значению нагрузки, по дисперсии случайного воздействия , по величине мате, атического ожидания и т. п. Такой режим испытаний широко распространен , а управляющая машина 1 может высвобождаться на десятки часов автономной работы третьего контура управления. Этим, в частности , также обеспечивается повышение эффективности использования технических средств устройства. Таким образом, технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства для статистического моделирования производственных процессов определяется следующими его качествами: обеспечивает воспроизведение программно управляемых случайных испытательных воздействий; позволяет воспроизводить сложные испытательные программы, сочетающие воздействие случайных и детерминированных нагрузок. При воспроизведении случайных нагрузок устройство позволяет проводить длительные испытания без непосредственного участия управляющей ЭВМ, которая в течение времени испытания может быть использована для решения иных за;дач. Формула изобретения Устройство для статистического моделирования производственных процессов,, содержащее испытательный стенд, управляющую вычислительную машину, выход и вход которой соединены соответственно с первым входом и первым выходом блока сопряжения, второй выход и второй вход которого подгслючены соответственно ко входу канала прямой связи -и к выходу канала обратной связи , отличающеесЯ тем, что, с целью расширения области применения устройства, оно содержит генератор случайного процесса, статистический анализатор, первый коммутатор и второй коммутатор, вход которого подключен к выходу

испытательного стенда, первый выход ко входу канала обратной связи, а второй выход - ко входу статистического анализатора, первый выход которого соединен с третьим входом бло- -, ка сопряжения, третий выход которого .соединен с первым входом генератора случайного процесса, второй вход которого соединен со вторым выходом статистического анализатора, а выходс первым входом первого коммутатора.

второй вход которого соединен с.выходом канала прямой связи, а выход со входом испытательного стенда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Система для виброиспытаний на базе ЭЦВМ. Экспресс-информация Испытательные приборы и стенды 1974, 4, с. 37-44.

2.Энциклопедия кибернетики, т . 2 , Киев, 1975, с. 428 (прототип).