Устройство для определения границы области работоспособности технических объектов Советский патент 1982 года по МПК G06F17/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦЫ ОБЛАСТИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

1

Изобретение относится к технической диагностике и может быть использовано для определения границы области работоспособности технических объектов.

Известно устройство дпя определения области работоспособности содержащее блок вычисления среднего значения, соединенный с блоком вычисления стандартного отклонения и блоком выдачи результатов, в котором реализован способ статистических испытаний fl .

Недостатком данного устройства является малое быстродействие, так как при определении границы области работоспособности имеет место перебор лишних состояний технических объектов.

Известно устройство для определения области работоспособности технических объектов, содержащее счетно-решающее устройство, соединенное с блоком магнитных лент и считывающим устройством, в котором реализован способ матричных , испытаний

Недостатком данного устройства является их малое быстродействие, так как матричные испытания требуют перебора всех возможных состояний объекта и выделения из них граничных состояний, а это трудоемко даже при небольшом числе параметров.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство для определения границы об10ласти работоспособности технических объектов, содержащее логический блок, первый выход которого соединен с первым входом регистрирующего блока, два реверсивных счетчика, счетчик, блок па15мяти, блок вычислений отклонений параметров, блок переключений и блок установок, причем выход первого реверсивного счетчика соединен с первыми входами блока памяти и логического блока и с

20 вторым входом регистрирующего блока, выход второго реверсивного счетчика соединен с входом блока установок, с вторыми входами блока памяти и логичес39кого блока и с третьим входом регистри рующего блвка, выход счетчика соединен с четвертым входом регистрирующего блока и с третьим входом логического блока, два выхода которого соединены с первым и вторым входами блока переключений соответственно, первый выход блока переключений соединен с третьим входом блока памяти, второй выход блока переключений соединен с суммирующим входом второго реверсивного счетчика, третий и четвертый выходы блока переключений соединены с входами блока вычислений отклонений параметров, четИ- ре выхода блока вычислений отклонений параметров соединены с суммирующими и вычитающими входами первого и второго реверсивных счетчиков соответственно, выход блока установок соединен с вы читающим входом первого реверсивного счетчика и с входом установки в исходное состояние второго реверсивного счет чика, выход блока памяти соединен с тре тьим входом блока переключений, с входом счетчика и с входом установки в исходное состояние двух реверсивных счетчиков J. Недостатком данного устройства является ограниченное быстродействие, обусловленное матричным способом поиска первой точки области работоспособности, Цель изобретения - повышение быстродействия определения rpairaubi области работоспособности, за счет сокращения времени поиска первой точки, принадлежащей этой области. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для опредепения границы области работоспособности, содержащее первый реверсивный счетчик, выход которого соединен с первыми входами первого блока памяти и первого логичес кого блока и с вторым входом регистрирующего блока, второй реверсивнь1Й счет чик, выход которого соединен с вторыми входами первого блока памяти и первого логического блока и с третьим входом регистрирующего блока, счетчик, выход которого соединен с четвертым входом регистрирующего блока и с третьим входом первого логического блока, первый выход которого соединен с первыми входами блока переключений и регистрирующего блока, а второй выход - с вторым входом блока переключений, первый выход которого соединен с третьим входом первого блока памяти, второй выход че- рез первый элемент ИЛИ - с вычитающим входом первого рюверсивного счетчиО4ка, третий выход через второй элемент ИЛИ - с суммирующим входом второго реверсивного счетчика, четвертый и пятый выходы - с входами блока вычислеНИИ отклонений параметров, четыре выхода которого соединены соответственно с суммирующим входом первого реверсивного счетчика, вторым входом первого элемента ИЛИ, вычитающим входом второго реверсивного счетчика и вторым входом второго элемента ИЛИ, выход первого блока памяти соединен с третьим входом блока переключений, с входом счетчика и с входом установки в исходное состояние двух реверсивных счетчиков, введены второй логический блок и второй блок памяти, выход которого соединен с первым входом второго логического блока к второму и третьему входу которого подключены соответственно выход первого реверсивного счетчика и счетчика, первый и, второй выходы второго логического блока соединены соответственно с четвертым и пятым входами блока переключений. На фиг. 1 изображена блок-схема уст ройства для определения границы области работоспособности технических объектов; на фиг. 2 - блок-схема б пока переключений; на фиг. 3 - графическая интерпретация процесса поиска первой точки, принадлежащей области работоспособности; на фиг. 4 - графическая интерпретация процесса вйбора отклонений первичных параметров Д X,&X,f: определенным знаком ( ± ) в процессе определения граничных точек обпасти работоспособности способом контурного обхода. На чертежах приняты следующие обозначения j i rtiax соответственно минимальное и максимальное допустимые значания первичного параметра Х-1,Х2.гии ХЛ- - Усоответственно минимальное и максимальное допустимые значения первичного параметра Хд р-область допустимых значений первичных параметров, ограниченная минимальными и максимальными допустимыми значениями первичных параметров, G-область работоспособности технического объекта т.е. множество физически реализуемых значений первичных параметров, при которых удовлетворяются требования, предъявляемые к техническому объекту. Устройство для определения границы области работоспособности (фиг. 1) содержит два реверсивных счетчика 1 и. 2, счетчик 3, второй блок 4 памяти, два логических блока 5 и 6, регистрирующий блок 7, блок 8 переключений, блок 9 вычислений отклонений параметров перылй блок 1О памяти, два элемента ИЛИ 11 и 12. Выход реверсивного счетчика 1 соединен с первым входом первого блока 1О памяти, с вторыми входами лопсческого блока 6 и регистрирующего блока 7, а также с первым входом логического блока 6, 5ЫХОД второго реверсивного счетчика 2 соединен с вторыми входами первого блока 10 памяти и логического блока 6, а также с третьим входом регистрирующего блока 7, выход счетчика 3 соединен с третьими входами логических блоков 5 и 6 и с четвертым входом регистрирующего блока 7, выход вто рого блока 4 памяти соединен с первым входом логического блока 5, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым и с первым входа- ми блока 8 переключений, второй выход логического блока 6 соединен с третьим выходом блока 8 перекшочений, а первый - с четвертым входом блока 8 переключений и с первым входом регистрирующего блока 7, первый выход блока 8 переключений соединен с третьим входом первого блока 1О памяти, второй выход блока 8 переключений через элемент ИЛИ 11 соединен с вычитающим (третьим) входом реверсивного счетчика 1, третий выход блока 8 переключений через элемент ИЛИ 12 соединен с суммирующим (вторым) входом реверсивного счетчика 2, четвертый и пятый выходы блока 8 переключений соединены соот ветственно с первым и вторым входами бпока 9 вычислений отклонений параметров, первый выход которого соединен с суммирующим (вторым) входом реверсивного счетчика 1, второй с первым вхо дом элемента ИЛИ 11, третий - с вычитающим (третьим) входом реверсивного счетчика 2, а четвертый - с первым входом элемента ИЛИ 12, выход блока 10 памяти соединен с пятым входом бпока 8 переключений, с входом счетчика 3 и с первыми входами (со входами установки в исходное состояние) реверсивных счетчиков 1 и 2. Блок 8 переключений (фиг. 2) содержит два триггера 13 и 15, два элемента 14 и 21 запрета, элемент 16 задерж ки, элемент НЕ 17, элемент ИЛИ 18, два элемента И 19 и 2О, дифференцирующую цепь 22, причем первый вход блока 8 соединен с входом элемента 14 за прета, второй вход блока 8 соединен с входом установки в единицу триггера 13 выход которсяо соединен с входом запрета элемента 14 запрета, и через элемент НЕ 17 с первым входом элемента ИЛИ 18, третий вход блока 8 соединен с входом элемента 21 запрета и с первым входом элемента И 19, четвертый вход блока 8 соединен с входом установки в единицу триггера 15 и через элемент 16 задержки с первым входом эле- мента И 2 О, пятый вход блока 8 сое.динен с входом установки в ноль триг-. Irepa 13 и 15, выход триггера 15 соединен с вторыми входами элементов И 19 и 20, с вторым входом элемента ИЛИ 18 и через дифференцирующую цепь 22 с первым выходом блока 8, выход элемента ИЛИ 18 соединен с входом, згшре v та элемента 21 запрета, выход которого является третьим выходом блока 8, выход элемента запрета 14 является вто- рым выходом блока 8, выходы элементов 9 и 2О являются соответственно пяи четвертым выходами блока 8. Устройство предназначено для опредеия координат граничных точек обласработоспособности Q, под которой поается множество физически реализуех значений первичных параметров, при орых удовлетворяются требования, дъявляемые к техническому объекту, . выполняют условия . Хи)5, X44i,4i,...,4-,...,4) Х; (-1 { ) - текущее значение -f -го первичного параметра;; VI - число первичных параметров;MHH-YWOX векторы, определяющие прюдельные значения функции работоспособности, называемые условиями работоспособности, т.е. огр)аничения, накладываемые на выходные параметры объекта, нарущение которых приводит к поте ре работоспособности; Ц) - функция работоспособ f ности, которая определяет назначение объекта и изменяется в заранее заданных пределах, называемых условиями работоспособности;79436 )еР,гАеР- область возможных аначекий первичных параметров (область физической реализуемости первичных параметров задаваемая системой неравенств (1) vmn ГДеХ. , ,х - минимальное и максималь ИП1И «так. нов допустимые значения i -го первичного парамет ра соответственно. Предлагается, что бвРИсходя из требуемой точности постро ения границы области работоспособности задан шаг изменения первичных параметров Л X (-1 I, и ). Принцип работы логического блока 6 .. ,заключается в вычислении значений функ „ -,-г ций работоспоссоности. / Y-ffYv vYWn-f fl j )А1,г.. .3-1,ж;, v. и в проверке условий работоспособности (yi,X2.,,..,y,-,. ..,Хн)$ ihiiM( соответственно мишмальное и максималь. ное допустимые значения j -го выходного параметра Если условия (З) выполняются, то отображающая точка Х-(Х,,Х2,...,Х,-Лц(комбинация значений первичных параметров, п)и которых вычисляется функция (2) на ходится внутри области работоспособности G в противном случае - вне области Q. Принцип работы логического блока 5 заключается в проверке условий принадлежности j,X-,,X,...,,...,X,) , где ,, MAViYj--Vy ax При этом предполагается, что построение области работоспособности начинают с основания гиперпараллелепипеда Р на плоскости двух параметров Х/| и Хо.Если при фиксированныхYj(jr,w),Xi(,n) и изменяющемся первичном параметре Х выполняется условие (4), то для данного первичного параметра выполняется и условие (3) т.е, для при изменении первичного параметра X-г. в пре- 508 делах его допуска (1) обязатепьно найдется точка, принадлежащая границе области О. Поиск Первой точки, принадлежащей области G поясняется на фиг, 3. В исходном состоянии первичным параметрам задают следующие значения 1 1 пах г- о.упли ( Затем изменяют на каждом шаге значение параметра Х-( на величину ( и проверяют условие (4) - находится значение параметра () где S - количество корней уровнения -fi(Yj,Xj.--X,V-.,XM ) в пределах допуска (1) или нет, если X2e)5l№iM,(2WCfx3,TO для изменении параметра Х, в iiwx- - -..-..«..л пределах его допуска не найдется точки, принадлежащей области. , „/ ч , При выполнении условия (4) фиксиру ° значение параметра X-f для которого выполняется это условие, изменяют на «аждом шаге значение параметра на величину (ч-ДХз.) и в каждой узловой точке (отображающей точки) сетки, на которую разбивается плоскость параметров X-f и У2- проверяется условие (3) (находится отображающая точка внутри или вне области G ). При нахождении первой точки, расположенной внутри области G переходят к определению границы области работоспособности направленным поиском верщин прямоугольников сетки, на которую разбита плоскость параметров Х) и Xt в которых удовлетворяется условие С З). После нахождения границы области работоспособности в основании Р аналогичным способом определяют границу об- пасти работоспособности в плоскостях, параллельных основанию. Устройство работает следующим образом, В исходном состоянии в реверсивные счетчики 1 и 2 вводят числа, равные, соответственноХ и иХ во вторюй блок 4 памяти вводят число ц,ц или Уупсях пример Vvvi-iM Содержимое счетчика 3 равно триггеры 13 и 15 блока 8 перекпюче-. НИИ находятся в нулевом состоянии. Вначале определяется первая точка, принадлежащая области работоспособности. При этом выходной сигнал второго блока 4 памяти подается на первый вход логического блока 5, а выходные сигналы реверсивных счетчиков 1 и 2 ;и счетчика 3 подаются на соответствую|щие входы логического бпока 6, который вычисляет значение функции работоспосо ности и проверяет условия (2), и на соответствующие входы регистрирующего блока 7. Выходные сигналы реверсивных счетчиков 1 и 2 подаются также на соответствующие входы первого блока 1О памяти, а выходные сигналы реверсивного счетчика 1 и счетчика 3 - на соответствующие входы логического бпока 5, проверяющего условие принадлежностиЕспи при ,Х2;Х2 -„и Х,-, ,)(/j.r i-in ,Хг«л(Ху.1 а следовательн и отображающая точка находится вне области работоспособности (фиг, 3), то на втором выходе логического Ьпока 5 по тляется сигнал, который подается на первы вход блока 8 перекшочений. В блоке 8 переключений данньГй сигнал подается на вход элемента запрет 14, на входе элемента запрет сигнал которого с выхода триггера 13 равен нулю. Выходной сигнал элемента 14 запрет блока 8 пере ключений через элемент ИЛИ 12 подает ся на .вычитающий (третий)вход ревер- сивного счетчика 1, в котором записыгвается числоХ -Х2уу, Затем сигналы с 1ВЫХОДОВ счетчиков 1-3 и рюгистра 4 па |мяти .подаются на соответствующие входы логических блоков 5 и 6, которые .проверяют справедливость выполнения ус ловий (3) и (4). Цикл определения первой точки, принадлежащей области работоспособности, повторяется (фиг. 3). Если при очередном изменении параметра Х неравенство (4) выполняется, то на первом выходе логического блока 5 появляется сигнал, который поступает на второй вход блока 8 переключений. В блоке 8 переключений (фиг. 2) данный сигнал переводит триггер 13 в состояние . Выходной потенциал триггера 13, изменяющийся скачком от О до не которой величины V подается на вход запрета элемента 14 запрета и через элементы НЕ 17 и ИЛИ 18 снимает запрет с элемента 21 запрета. При этом появляется сигнал с второго выхода логического блока 6, который подается на третий вход блока 8 переключений. В бл ке 8 переключений данный сигнал подает ся на соответствующие входы элементов И 19 и запрет 21. При этом появляется сигнал на выходе элемента 21 запрет который через элемент ИЛИ 12 подается на суммирующий вход реверсивного счетчика 2, в котором запишется число a4 «ih AX,i3aTeM сигналы с выходов счетчиков 1-3 и регистра 4 памяти подаются на соответствующие входы логических блоков 5 и 6, проверяющих справедпи- вость выполнения условий (3) и (4) и цикл определениявпервой точки, принадлежащей области работоспособности, повто- |ряется (фиг. 3). , Если при очередном изменении параМетра У отображающая точка переиша в область работоспособности (точка М на фиг. 3), то на первом выходе логического блока 5 появится сигнал, который подается на первый вход регистрирующего блока 7, который фиксирует координаты точки Л (,Х2дд)и на четвертый вход блока 8 переключений. В блоке 8 переключений (фиг. 2) данный сигнал переводит триггер 15 в состояние а через элемент 16 задержки подается на первый вход элемента И 20. Выходной потенциал триггера 15, изменяющийся скачком от О до некоторой величины V, подается на вторые входы элементов И 19 и 2О, на входе дифференцирующей цепи 22 и через второй вход элемента ИЛИ 18 на вход запрета элемента 21 запрета. Дифференцирующая цепь 22 дифференцирует скачок напряжения триггера 15. Попожитепьный выходной сигнал дифференцирующей цепи 22 блока 8 переключений подается на третий вход первого блока 1О памяти, на первый и второй входы которого подаются соответственно сигналы, с реверсивных счетчиков 1 и 2 (фиг. 1). При этом блок 10 памяти запоминает координаты точки М-Xlм 5 г АЛ Выходной сигнал элемента И 2О бпока 8 переключений подается на первый вход блока 9 вычислений отклонений параметров, на втором выходе которого появляется сигнал, который через элемент ИЛИ 11 подается на вычитающий третий вход реверсивного счетчика 1, в котором записывается числоХ .В данном случае отображающая точка находится в точке L (фиг. 3). При этом первый блок 10 памяти в каждом цикле определения координат граничных точек области работоспособности сравнивает текущие значения координат отображающей точки, например, точки (X/ii, . ) с координатами первой точки V лежащей в области работоспособноси - ((wv) Если координаты совпадают, то на выходе первого бпока 10 памяти появляется сигнал, если нет то ВЫХОДНОЙ сигнал блока 10 равен нулю. Логический блок 6 вычисляет значение Yi(j- i,M J в точке Т. ЁЬгш отображающая точка находится в области работоспособности (ол{г. 4), то на первом вы ходе логического блока 6 появляется сигнал, который подается на первый вход регистрирующего блока 7, фиксирующего координаты точки t и на четвертый вход бпока 8 переключений. Этот сигнал через элемент 16 задержки (фиг. 2) и элемент И 2О подается на первый вход бпока 9 вычислений отклонений параметров, на третьем выходе которого появляется сигнал, поступающий на вычитающий вход реверсивного счетчика 2, в котором записывается число Хг-Х -дХгЕсли отображающая точка находится вне области работоспособности, то на втором выходе логического блока б появляется сигнал, который подается на третий вход блока 8 переключений (фигД Данный сигнаг через элемент И 19 (фиг, 2) подается на второй вход блока 9 вычислений отклонений параметров. При этом на первом выходе бпока 9 появляется сигнал, поступающий на суммирующий вход реверсивного счетчика 1 (фиг. 1), в котором записывается чисno i x/)/v, их. Затем цикл определения граничных точек на плоскости параметров Х и Х. повторяется. Устройство делает обход границы в том порядке, как это указано стрелками на фиг, 3« Алгоритм определения граничных точек на плоскости параметров )41 и . приведен на фиг. 4 Рассмотрим момент времени, когда отображающая точка перешла из точки К в току М (фиг. 3). В результате этого на выходе первого блока Ю памяти пойвяйется сигнал. Данный сигнал записывает в счетчик 3 число, равное устанавливает реверсивные счетчики 1 и 2 в исходное состояние и поступает на пятый вход блока 8 переключений (фигД) в котором этот Сигнал устанавливает триггеры 13 и 15 из состояния 1 в состояние О (г. 2) Выходные напря жения триггеров 13 и 15 скачком изменяются от V до О. Измененный выход ной сигнал триггера 13 через элемент НЕ 17, ИЛИ 18 подается на вход запре та элемента 21 запрет. Выходной сигнал триггера 15 дифференцируется цепью 22, отрицательный выходной сигнал которой подается на третий вход первого блока 10 памяти. При этом в блоке 10 памяти стираются запомненные ранее координать первой точки принадлежащей области работоспособности. Затем цикл определения гранипы области работоспособности в плоскости, параллельной основанию гиперпараллелепипеда г повторяется аналогичным (Способом. Применения данного устройства за ,счет некоторого усложнения его аппаратурой реализации по сравнению с известним повыщает быстродействие определения границы области работоспособности за счет сокращения времени поиска пер- вой точки, принадлежащей этой области в i-K раз. где i - время, необходимое дпя вычисления функций работоспособности и проверки условия (3); время необходимое Для срабатьГ вания элементов устройства при переходе от одной отображающей точки к другой; {( - количестззо щагов изменения пер- вичного параметра в пределах его допуска, 9 - количество шагов изменения первичного параметра вдо выполнения условия (4); И - количество первичных параметров. Ф с р м ула изобретения Устройство для определения границы области работоспособности технических объектов, содержащее первый реверсивный счетчик, выход которого соединен с первыми входами первого блока памяти и первого логического блока и со вторым входом регистрирующего блока, второй реверсивный счетчик, выход которого соединен со вторыми входами первого блока памяти и первого логическ- о бпока и с третьим входом регистрирукнщего бпока, счетчик, выход которого соединен с четвертым входом peiTicTpHрующего блока и с третьим входом первого логического блока, первый выход которого соединен с первыми входами блока переключений и регистрирующего блока, а второй выход - со вторым входом блока переключений, первый выход которого соединен с третьим входом первого блока памяти, второй выход через первый элемент ИЛИ - с вычитающим входом первого реверсивного счетчика, третий выход через второй элемент ИЛИ с суммирующим входом второго реверсивного счетчика, четвертый и пятыЛ выходы - со входами блока вычислений отклонений параметров, четыре ш 1Хода которого соединены соответственно с суммирующим входом первого реверсивного счетчика, вторым входом первого элемента ИЛИ, вычитающим входом второго реверсивного счетчика и вторым входом второго элемента ИЛИ, выход первого блока памяти соединен с третьим вхслом блока переключений, со входом счетчика и со входом установки в исходное состояние двух реверсивных счетчиков, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия процесса определения границы области работоспособности, в устройство введены второй логический блок и второй блок памяти, выход которого соединен с

первым входом второго логического блока, ко второму и третьему входам которого подключены соответственно выход первого реверсивного счетчика и счетчика, первый и второй выходы второго логического блока соединены соответственно с четвертым и пятым входами блока переключений.

Источники информации, принятые во внима е при экспертизе

1, Патент Великобритании № 1137917, кпГ G О5 В 23/О2, опублик. 1963.

S кл. G О5 В 23/О2, опублик. 1970.

fmefflcMatOii jt foufra ftoroffamcjt в fSaoe/rru faffmoeafei f enK/

fffmrSpoifaioa Jf /понлл iforo ujfrcji ilif af trefrru flefymae/TOfoSMoean/