Устройство для статистическогоМОдЕлиРОВАНия пРОцЕССОВ эКСплу-АТАции СиСТЕМ упРАВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G06G7/48 

t

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть, использовано при разработке, испытании и исследовании надежности систем управления в процессе эксплуатации.

Известно устройство для. модели ования процессов эксплуатации систем, содержащее барокамеру, комплекс приборов для имитации условий эксплуатации, вибростол, испытуемую модель системы. Модель закрепляется на вибростоле и помещается в барокамеру, к которой подключены приборы для моделирования условий эксплуатации 1Д .

С помощью такого устройства можно осуществлять только детерминированное моделирование измерения условий эксплуатации. Продолжительность и трудозатраты на моделирование . при этом очень велики, а точность результатов не высока из-за учета случайных процессов старения и износа элементов систем. Статистическое моделирование случайных процессов изменения условий эксплуатации и свойств исследуемой системы на этой установке невозможно.

Известен также стенд для моделирования процессов эксплуатации систем, содержащий приборы для программного управления изменения температуры, синхронизатор, блок задания значений температур, барокамеру, модель исследуемой системы 2 .

Недостаток стенда - отсутствие возможности проведения с его помощью статистического моделирования процессов старения, износа и разрегулирования.

0

Наиболее близким по технической сущности,к изобретению является устройство для статистического моделирования случайных процессов эксплуатации, состоящее из двух генера5торов случайных процессов, коммутатора, блока селекции, стг.тистического анализатора, блока вероятностных преобразователей, блока формирователей, бшока моделей систем и

0 блока памяти. Вход блока моделей систем подключен к выходу блока формирователей, а - ко входу блока селекции, вход статистического анализатора соединен с выходом бло5ка селекции, блок фиксации отказов подключен ко второму выходу блока селекции, выход соединен со вторым входом блока вероятностных преобразователей, первый вход которого сое0динен с блоком управления З С помощью данного устройства воз можно статистическое моделирование процессов эксплуатации систем управления с учетом постепенных и вне . эапных отказов комплектующих эЛе-. ментов. Однако при э.том нельзя имитировать такие факторы эксплуатации, как вибрация, ударные нагрузки,изме нение; влажности и температуры, Без учета этих факторов эксплуатации результаты статистического модели-рования оказываются недостаточно то ,ными и достоверными. Цель изобретения - повышение точности и достоверности статистическо моделирования процессов эксплуатации систем управления. Для достижения поставленной цели в устройство для статистического моделирования процессов эксплуатации, содержащее многоканальный генератор случайных процессов, выходы которого подключены ко входам блока преобразователей напряжения, модель системы первый и второй входы которой подклю .чены соответственно к. выходу блока моделирования климатических воздействий и к первому выходу блока моделирования вибропроцессов, а выходы модели системы соединены со входами блока регистрации, выход которого соединен с первым входом статистичес кого анализатора, введены первый и второй коммутаторы и блок пороговых элементов, входы которого подключены к выходам блока преобразователей, напряжения соответственно, а выходы блока пороговых элементов подключены соответственно к третьему входу модели системы, ко входу второго коммутатора и к первому входу первого коммутатора, второй вход которого подключен к первому выходу второго коммутатора, второй выход которого соединен со входом блока моделирования вибропроцессов второй выход которого соединен со вторым входом статистического анализатора, третий вход которого соединен с первым выходом первого коммутатора, второй выход которого соединен со входом блока моделирования климатических воздействий. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для статистического моделирования процессов эксплуатации, на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая принципы действия генератора случайных процессов и блока преооразователей напряжения. Устройство содержит многоканальliua генератор 1 случайных процессов, блок 2 преобразователей напряжения, блок 3 пороговых элементов, модель 4 системы, блок 5 регистрации, стагистический анализатор 6, блок 7 моделирования климатических воздействий, коммутаторы 8 и 9, блок 10 моделирования вибропроцессов. Выходы генератора 1 подключены ко входу блока 2 преобразователей, выходы которого соединены со входом блока 3 пороговых элементов. Первый выход блока 3 пороговых- элементов подключен к модели 4 системы, второй - ко входу коммутатора 8, а третий - ко входу коммутатора 9. Выход модели 4 системы соединен со входом блока .5 регистрации, выход которого подключен к первому входу статистического анализатора 6, второй вход анализатора б соединен с выходам ком мутатора 8, а третий - с выходом блока 10 формирования вибропроцессов , вход которого соединен с Btjxoдом коммутатора 9. Выходы блока 7 мо делирования климатических воздей,ствий и блока 10 формирования вибропроцессов пр41соединены ко второму и третьему входам модели 4 системы. Блок 1 является многоканальным генератором стационарйых случайных процессов в виде электрических напряжений. Стационарные, случайные процессы, число которых определяется разномерностью решаемой задачи, служат для формирования генерирования нестационарных случайных процессов, имитирующих старение-, износ и разрегулирование системы. При генерировании нестационарных случайных процессов в блоке 2 используются случайных величин - мгно венные амплитудные значения стационарных случайных напряжений, вырабатываемых генератором 1. При этом в зависимости от конкретной решаемой задачи могут выбираться либо амплитудные значения одного случайного процесса, либо разных. Причем одно из них служит для моделирования случайного начсшьного значения параметра п-го элемента, а другое - для моделирования скорости его измерения. Если между скоростью и начальным Значениём имеется корреляцион- . ная зависимость/ то выбирается.пара случайных мгновенных напряжений, принадлежащая одному случайному стационарному процессу . Величина коэффициента корреляции задается интервалом между фиксируемыми мгновёяиыми амплитудными напряжениями и зависит от шага срабатывания коммутатора, входящего в состав блока 2. На приведенной диаграмме (.см. фиг. 2) использованы следующие обозначения: U-1,2 мгновенные амплитудные зиачения напряжения -го стационариого случайного процесса; tj-t ut - интервал корреляции между случайными напряжениями и t - заданное время моделирования; V- - скорость изменения отдельной реализации нестационарного случайного процесса старения i-го элемента системы. Блок 2 представляет собой по оу-. адеству блок типовых преобразователе напряжения - интервал, времени. Одна ко в даннсол случае в качестве выходных величин этого блока исг ользу ются не тиктер гчгш времени, а лйней но иэменякнциеся напряжения, модвлйруюаше отдельные регшизации нестационарных случайных процессов йзМвнения параметров ксйнштектующих эяементов систе№|. В силу этого его можно назвать блоком моделированш реализаций проиэссов ефарения эпеме тов системы или бйоком преобразователей напряжения. Собственйих источников рандомизаций блок 2 преобразователей не tiMeeT. . / Блок 3 служит для обеспечения ря программных ситуацай, встречающихся при моделировании случайных про.цессов износа, стареии} Е и разрегули рования систем. Такие ситуации возникают, например, тогда, когда степень износа одного из элементов, системы достигает предельного згщан го заранее значения и производится замена элемента. Это требует прерывания процесса моделирования вибрационных. или климатических воздейств на систему в течение времени ремонта. В момент времени достижения напряжениями, имитирующими определя щие параметры элементов заданных пр дельно возможных значений, с первог и третьего выходов блока 3 на первы входы блоков 8 и 9 1;1бступают блокирующие сигналы, по которым прерывается моделирование климатических и вибрационных воздействий на модель системы. 5лок 3 содержит п пороговы элементов, каждый, из которых предназначается для фиксирования прёдел ных величин п компонентов исследуемой системы. Типовые пороговые элементы имеют по два входа и одному в ходу; на первые входы подаются срав ниваемые, напряжения с BHXOjf a блока преобразователей, а На вторые входы пороговые напряжения, пропорциональ ные предельно возможным значениям определённых параметров элементов системы. Второй выход блока 3 пороговых элементов слу-г жит для передачи Л:инейно изменяющихся напряжений, имитирующих рвализации нестационарных случайных процессов на вход модели 4 скст&ма, Блок 5 регистрации содержит схе- мы сравнения физических параметров системы, например амплитудные, частотные и временные компараторы а также счетчики импульсов, частотомеры и другие измерительные приборы Информация о выходных параметрах системы с выхода блока 5 поступает для обработки на второй вход статистического анализатора 6. . На первый и второй входы анализатора 6 подаются управляющие сигналы со вторых выходов коммутатора 8 и блока 10. По зтим сигналам включаются соответствуЮ1дие измерительные схемы в статистическом ангшизаторе 6, например схетла измерения средник значений наработки до отказа исследуемой систе вл при определенном режиме функционнрования. Блоки 8 н 9 служат для задания режимов климатических воздействий и вибраций. . / №эдель 4 системы может представлять собойсовокупность электронных, электромеханических, оптоэлектронных и т.п. макетов элементов исследуеmsx систем. Макеты соединяются между (зобой в -соответствии со структурой системы. Изменение определяющих параметров макетов производится с помощью блока 2 формирования реализаций случайных процессов изменения свойств- элементов систем. Модель 4 жестко укрепляется на платформе вибростенда, который помещается в термобарокамеру. Законы и диапазоны изменения частот,время циклов качания частот, количество циклов и поддиапазонов, величины ускорений, формы ударных импульсов, а также величины темперутур, относительной влажности, атмосферного давления и пределы из изменений задаются с помощью блоков 10 и 7 соответственно Статистический анализатор 6 служит для автомйтичесгкий обработки результатов вероятностного моделирования процессов эксплуатации систем управления. В его состав могут входить построители экспериментальных распределений значений наработки систем до отказа, вычислители характерис.тик законов распределений: MaTeMaTibiecKHX ожиданий, средних квадратических отклонений, медиан и др. Блок 7 моделирования климатических воздействий содержит типовое обо-рудование: компрессоры низкого и высокого давления, испаритель, охладитель, конденсатор, вентилятор, холодильную камеру. С помощью этого оборудования по заданной программе с помощью коммутатора 8 осуществляется уйравление параметрами климатических воздействий на исследуемусистему. Выбор и смена програ №4 управления параметрами вибраций и ускорений выполняются по командам от блока селекции. Блок 10 моделирования вибропроцессов содержит электромагнитный резонансный вибростенд, монтажную раму, ускоритель, электромагнитные вибраторы, опоры, амортизаторы. Виб ростенд работает по принципу вынужденных колебаний электромагнитных вибраторов. Для генерирования этих колебаний служит преобразователь с регулируемыми частотами. Устройство работает следующим образом. Требуемые законы распределения случайных величин, моделирующих соответствующие распределение параметров случайных процессов старения, износа и разрегулирования., элементов исследуемой систелсл воспроизводятся в генераторе 1 ста- ционарных случайных процессов. Поступающие на вход блока 2 преобразователя мгновенные амплитуд- . ные значения случайных напряжений служат для формирования реализаций нестационарных случайных процессов старения.элементов системы. Для каж дой реализации используются в общем случае два коррелированных амплитуд ных значения напряжения. Согласно фиг. 2 одно из этих значений случай ного напряжения У|4 является началь ным значением определяющего парамет ра i-го элемента, а другое Uj йспо зуется . для имифации скорости изменения этого параметра, т.е. для мод лирования изменения свойств элемент ристе ы в результате старения, изно са или разрегулирования. Линейно изменяющиеся напряжени.т выхода блока 2 поступают на вход бл ка 3 пороговых элементов. Если вели чины этих напряжений не достигают зараинее установленных порогов сраб тывания элементов в блоке 3, то они со второго выхода подаются на вход модели 4 системы. Если какое-либо напряжение, имитирующее изменение определяющих параметров элементов, превысит устано ленный в блоке 3 порог, то по перво му и третьему выходам сигналы измерения режимов моделирования посту пают на входы коммутаторов 8 и 9. В моменты времени поступления та ких сигналов изменяются режимы моделирования внешних воздействий. Эти изменения заключаются либо в прекра12(ении имитации вибраций, ускорений, температурных воздействий на модель системы, либо в изменении уровней и мнтенсивностей внешних воздействмй. Характер указанных изменений зависит от особенностей моделирова я процессов функционирования конкретных исследуекшх систем. Моделирование процессов старения износа и разрегулирования производит ся в модели 4 систе1«л. При этом по сигналам, поступающим на вход модели происходит одновременное имитировани изменения свойств компонеитов системы. Это осуществляется в условиях виброударных и климатических воздействий на систему. Характеристики воздействий на систему: скорости варьирования параметров, частота, длительность циклов, величины и формы ударных импульсов, значения температур, влажности и дав ления могут изменяться в ходе моделирования по определенным детерминированным или статическим законам, отражающим реальные процессы эксплуатации систем управления. Исходные данные о таких процессах обычно известны по результатам натурных испытаний аналогичных систем; они могут также обоснованно задаваться с учетом специфики использования систем управления в новых режимах. На второй вход модели 4 системы подаются сигналы, имитирующие климатические воздействия, в том числе: температуру, давление, влажность. На третий вход модели 4 системы поступают сигналы с выхода блока 10 моделирования вибропроцессов. Нарушения работоспособности исследуемой системы - выход ее определяющих параметров за границы допусти «шх значений - фиксируются в блоке 5 регистрации. Информация о нарушениях работоспособности системы поступает на второй вход статистического анализатора б, на первый- третий входы которого со вторьм выходов коммутатора и блока 10 вибраций подаются сигналы об изменении режимов моделирования. По :этим сигналам с помощью известных алгоритмов и схемных реализаций вычисляются такие характеристики надежности и качества функционирования систем управления, как интенсивность отказов, плотности распределения вероятностей значений наработки до отказа и йа отказ, параметр потока отказов, средняя наработка до первого отказа, дисперсия времени безотказной работы и др. Таким образом, с помощью предло-. женного устройства при статистическом ,моделированИИ наиболее полно учитывается реальные явления,имеющие место при эксплуатации систем управления, а именно: случайные процессы старения, износа, разрегулирования, вибрационные и ударные нагрузки, климатические воздействия (температура, влажность , давление). Этим обеспечивается значительный технико-экономический эффект при применении устройства: в 5-6 раз сокращаются трудозатраты на проведение испытаний, более точно моделируются вероятностные процессы эксплуатации, а также более достоверно прогнозируются численные значения показателей качества и надежности функционирования исследуемых систем управления.

Формула изобретения

Устройство для статистического моделирования процессов эксплуатации систем управления, содержащее многоканальный генератор случайных процессов, выходы которого подключены ко входам блока преобразователей напряжения, модель системы, первый и второй входы которой подключены соответственно к выходу блока моделирования климатических воздействий и к первому выходу блока моделирования вибропроцессов, а выходы модели системы соединены со входами блока регистрации,.выход которого соединен с первым входом статистического анализатора, от- личающе. еся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит первый и второй коммутаторы и блок пороговых элементов, входы, которого подключены к выходам .б-лока преобразователей напряжения соответственно, а выходы блока пороговых элементов подключены соответстврнно к третьему входу модели системы, ко входу второго коммутатора и к первому входу первого коммутатора, второй вход которого подключен к первому выходу второго коммутатора, второй выход которого соединен со входом блока моделирования вибропроцессов, второй выход которого соединен со вторым входом статистического анализатора, третий вход которого соединен с первь 1 выходом первого коммутатора, второй выход которого соединен со входом блока моделирования климатических воздействий. «

5 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР : 200249, кл. G Об F 15/36, 1965.

2.Авторское свидетельство СССР 0 227649, кл. GtOI М 1/00, 1966.

3.Авторское свидетельство СССР . № 237987, кл. Н 02 М 5./458, 1976

(прототип). .