Устройство для статистического моделирования состояния объекта испытаний

Устройство для статистического моделирования состояния объекта испытаний

Реферат

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при статистическом моделировании контролируемых и восстанавливаемых объектов испытаний. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет моделирования процесса восстановления с учетом затраченного времени и вероятности отыскания неисправности и учета реакции объекта испытаний на количество и интенсивность выполненной работы. Устройство содержит датчик случайных чисел, блок дешифрации, элемент И, генератор импульсов стабильной частоты, перестраиваемый делитель частоты, первый и второй реверсивные счетчики, первый и второй дешифраторы, блок коммутаторов, первый и второй генераторы случайных напряжений, первый и второй ключевые элементы, первую и вторую группы пороговых элементов, первый, второй и третий элементы ИЛИ, формирователь импульсов, элемент НЕ, триггер, блок индикации. 3 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при статистическом моделировании контролируемых и восстанавливаемых объектов испытаний в условиях нагрузок различной интенсивности и воздействия внешних факторов.

Известно устройство для моделирования процесса управления объектами, имеющими стохастические характеристики. Устройство содержит генератор случайных функций, ключ, функциональный преобразователь, блок задания начальных условий, интегратор, элемент задержки, элемент И, элемент ИЛИ, дифференцирующий блок, ключ, счетчики, блок деления, схему сравнения [1] .

Недостатком этого устройства является невозможность моделирования различных состояний испытуемого объекта, контроля и восстановления объекта при недостижении им значения целевой функции.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для статистического моделирования сложных систем, содержащее регистр памяти, триггер результата, наборное поле, группу ключевых элементов, одновибратор, формирователь импульсов, генератор случайного потока импульсов отказов, дешифратор, генератор случайных временных интервалов восстановления, элемент задержки, элемент И, два элемента запрета и генератор случайного номера отказавшего элемента [2] .

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет моделирования процесса восстановления с учетом затраченного времени и вероятности отыскания неисправности и учета реакции объекта испытаний на количество и интенсивность выполненной работы.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - вариант реализации блока коммутаторов; на фиг. 3 - блок дешифрации.

Устройство содержит датчик 1 случайных чисел, блок 2 дешифрации, элемент И 3, генератор 4 импульсов стабильной частоты, делитель 5 частоты, первый 6 и второй 7 реверсивные счетчики, первый 8 и второй 9 дешифраторы, блок 10 коммутаторов, первый 11 и второй 12 генераторы случайных напряжений, первый 13 и второй 14 ключевые элементы, первую 15 и вторую 16 группы пороговых элементов, первый 17, второй 18 и третий 19 элементы ИЛИ, формирователь 20 импульсов, элемент НЕ 21, триггер 22, блок 23 индикации.

Блок 10 коммутаторов (фиг. 2) представляет собой два коммутатора 10-1 и 10-2 по m ключей 24 в каждом. Управляющие входы ключей подключены к выходу дешифратора 9, информационные входы ключей коммутатора 10-1 соединены с выходом ключевого элемента 13, а коммутатора 10-2 - с выходом ключевого элемента 14. Выходы первых m-1 ключей коммутатора 10-1 подключены к входам соответствующих пороговых элементов 15 группы, а выход последнего ключа - к входу формирователя 20 импульсов. Выходы последних m-1 ключей коммутатора 10-2 подключены к входам пороговых элементов 16 группы, а выход первого ключа - к нулевому входу триггера 22.

Блок 2 дешифрации (фиг. 2) состоит из ключа 25 и дешифратора 26. Параллельный двоичный код от датчика 1 поступает на блок 2, причем первый разряд параллельного кода поступает на управляющий вход ключа 25, остальные разряды поступают на дешифратор 26, выход которого подключен к управляющему входу делителя 5. На вход ключа 25 подается "1" или "0" в зависимости от того, что имитируется "отдых" или "работа" объекта соответственно. Если на вход ключа 25 поступает "0" - "работа", то на первом выходе ключа 25, подключенном к управляющему входу ключевого элемента 13 и единичному входу триггера 22, устанавливается высокий уровень, ключевой элемент 13 открывается, на прямом выходе триггера 22 устанавливается высокий уровень. Если на вход ключа 25 поступает "1" - "отдых", то на выходе ключа 25, подключенном к реверсивным счетчикам 6 и 7 и ключевому элементу 14, появляется высокий уровень, перестраиваются счетчики 6 и 7, открывается ключевой элемент 14.

Пороговые элементы группы 15 соответствуют m-1 состояниям объекта от работоспособного 15-1 до неработоспособного 15-(m-1), уровень напряжения, устанавливаемый на i-м пороговом элементе, соответствует вероятности перевода объекта из i-го в (i+1)-е состояние под воздействием случайных факторов. Пороговые элементы 16 группы используются при моделировании восстановления системы, порог, устанавливаемый на i-м элементе 16, соответствует глубине контроля объекта и вероятности восстановления системы из i-го в (i-1)-е состояние.

Для имитации реакции объекта на различные режимы работы в устройстве применен перестраиваемый делитель 5 частоты. Датчик 1 дает двоичные коды, соответствующие различным уровням интенсивности работы. Блок 2 в соответствии с пришедшим кодом изменяет коэффициент деления частоты делителя 5 так, что чем выше интенсивность, с которой работает объект, тем с меньшим коэффициентом осуществляется деление частоты генератора 4 на делителе 5 частоты, тем больше импульсов в единицу времени записано в счетчике 6.

Частота изменения кодов датчика 1 много меньше частоты выдачи импульсов генераторами 4, 11, 12. Датчик 1 выдает по заданной временной программе двоичные коды режима работы и уровней интенсивности на блок 2 дешифрации. Блок 2 перестраивает в соответствии с пришедшим кодом делитель 5 частоты, на вход которого поступают импульсы стабильной частоты от генератора 4 через элемент И 3, а также либо открывает по первому выходу ключевой элемент 13 (ключевой элемент 14 заперт, счетчики 6 и 7 суммируют импульсы), либо открывает по второму выходу ключевой элемент 14 и перестраивает реверсивные счетчики 6 и 7 на вычитание (ключевой элемент 13 заперт).

С выхода делителя 5 частоты импульсы поступают на счетчик 6, где суммируются. На выходе счетчика 6 подключен дешифратор 8, который в соответствии с числом импульсов, накопленных в счетчике 6, выдает через элемент ИЛИ 19 сигнал на счетчик 7, управляющий через дешифратор 8 переключениями блока 10 коммутаторов. Через блок 10 осуществляется передача импульса случайного уровня напряжения от генератора 11 через открытый ключевой элемент 13 на пороговый элемент 15-i (i = 1,2, . . . , m-1) или от генератора 12 через открытый ключевой элемент 14 на пороговый элемент 16-i (i = = 2,3, . . . , m), i-й номер порогового элемента соответствует состоянию моделируемого объекта в данный момент времени. Ключевые элементы 13 и 14 управляются от блока 2 дешифрации. Ключевой элемент 13 открыт, а ключевой элемент 14 закрыт во время моделирования работы объекта, при этом импульс от генератора 11 через блок 10 поступает на один из пороговых элементов 15. В момент моделирования восстановления системы ключевой элемент 13 закрыт, ключевой элемент 14 открыт, импульсы от генератора 12 через блок 10 поступают на один из пороговых элементов 16 группы. Блок 10 переключается таким образом, что одновременно подключено по одному i-му элементу из групп 15 и 16 к выходу ключевых элементов 13 и 14 соответственно. При этом для того, чтобы избежать переполнения счетчика 7 по достижении m-го состояния коммутатора 10-1 блока 10, выход m-го ключа коммутатора 10-1 подключен к входу формирователя 20 импульсов, который формирует и передает на вход элемента НЕ 21 импульсы длительностью, превышающей период следования импульсов генератора 11. На выходе элемента НЕ 21 при этом устанавливается низкий уровень и элемент И 3 закрыт для следования импульсов генератора 4.

Для того, чтобы избежать переполнение реверсивного счетчика 7 по достижении первого состояния коммутатора 10-2 блока 10, выход первого ключа 24 коммутатора 10-2 подключен к нулевому входу триггера 22.

На выходе пороговых элементов групп 15 и 16 стоят элементы ИЛИ 17 и 18 соответственно для разделения сигналов на входах пороговых элементов и формирования импульсов на входе счетчика 7. Если уровень сигнала генераторов 11 и 12 выше уровня i-го порогового элемента групп 15 и 16 соответственно, то сигнал проходит через пороговый элемент 15 или 16, поступает на входы элементов ИЛИ 17 или 18, далее на элемент ИЛИ 19 и счетчик 7. Сигнал дешифратора 9 управляет состоянием блока 23, который может быть выполнен по любой известной схеме. В простейшем случае он может представлять собой набор из m лампочек, соответствующих m состояниям объекта, с тем чтобы экспериментатор мог проводить статистический анализ работы объекта.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал "Запуск" одновременно включает датчик 1 и генераторы 4, 11, 12. Датчик 1 выдает на блок 2 код, соответствующий интенсивности работы моделируемого объекта. С получением кода блок 2 открывает ключевой элемент 13, выдает на единичный вход триггера 22 высокий уровень и настраивает делитель 5 частоты в соответствии с интенсивностью работы объекта. Так как моделирование испытаний начинается с работоспособного состояния, то на вход формирователя 20 импульсов сигнал от генератора 11 не проходит и на входе элемента НЕ 21 устанавливается низкий уровень, соответственно с выхода элемента НЕ 21 на третий вход элемента И 3 выдается высокий уровень. На прямом выходе триггера 22, подключенном к второму входу элемента И 3, также высокий уровень, следовательно, импульсы стабильной частоты от генератора 4 через элемент И 3 поступают на вход делителя 5 частоты. Импульсы от генератора 4 изменяют частоту, проходя через делитель 5 частоты, и суммируются счетчиком 6. По достижении счетчиком 6 определенных исследователем значений, соответствующих времени и интенсивности работы на переход в следующее состояние, дешифратор 8 выдает импульс через элемент ИЛИ 19 на счетчик 7. Дешифратор 9 с увеличением на единицу содержания счетчика 7 сдвигает на одну позицию блок 10 коммутаторов, подключая к выходу ключевого элемента 13 пороговый элемент 15-2, и изменяет индикацию на блоке 23. Одновременно с запуском датчика 1 и генератора 4 генератор 11 выдает сигналы через ключевой элемент 13 и блок 10 на пороговый элемент 15-1 (до его переключения от счетчика 6). Если уровень сигнала выше уровня порогового элемента 15-1, то импульс проходит на элемент ИЛИ 17, и с него сигнал через элемент ИЛИ 19 записывается в счетчик 7. С записью импульса дешифратор 9 сдвигает на позицию блок 10, подключая к выходу ключевого элемента 13 пороговый элемент 15-2, и изменяет индикацию блока 23.

Если при моделировании режима "работа" достигнуто последнее m-е состояние коммутатора 10-1, то по первому сигналу от генератора 11 формирователь 20 импульсов подает на вход элемента НЕ 21 высокий уровень, на выходе элемента НЕ 21 устанавливается низкий уровень, соответственно на третьем входе элемента И 3 появляется низкий уровень и импульсы от генератора 4 не проходят на делитель 5 частоты и счетчик 6.

Допустим, что за время моделирования работы объект достиг последнего m-го состояния. Датчик 1 выдает код, соответствующий нерабочему состоянию объекта (в первом разряде параллельного кода "1"). Блок 2 перестраивает делитель 5 частоты, по первому выходу закрывает ключевой элемент 13, по второму выходу открывает ключевой элемент 14, счетчики 6 и 7 переключаются на вычитание приходящих импульсов из значений, накопленных за время имитации работы. В момент закрытия ключевого элемента 13 на формирователь 20 импульсов сигналы от генератора 11 не поступают, следовательно, с выхода формирователя импульсов на вход элемента НЕ 21 импульсы не поступают, на выходе элемента НЕ 21 устанавливается высокий уровень, который передается на третий вход элемента И 3.

При списании определенного числа импульсов из счетчика 6 дешифратор 8 выдает сигнал через элемент ИЛИ 19 на счетчик 7, уменьшая его значение на единицу. Дешифратор 9 переключает блок 10, подключая к выходу ключевого элемента 14 (m-1)-й пороговый элемент. Этим моделируется время, необходимое на работу по отысканию неисправности и восстановлению объекта в (m-1)-е состояние. Одновременно генератор 12 генерирует сигналы, которые через открытый элемент 14 и блок 10 поступают на m-й пороговый элемент 16 группы (до переключения со счетчика 6). Если уровень сигнала генератора 12 выше уровня m-го порогового элемента, сигнал через элементы ИЛИ 18 и 19 поступает на счетчик 7, уменьшая на единицу его значения. Дешифратор 9 переводит блок 10 с m-го на (m-1)-й пороговый элемент и изменяет индикацию блока 23. Этим моделируется глубина контроля объекта и вероятность отыскания неисправности и восстановления объекта из i-го в (i-1)-е состояние.

Если во время режима восстановления достигнуто первое состояние (первый ключ коммутатора 10-2), то первый импульс генератора 12 через открытый ключевой элемент 14 и блок 10 подается на нулевой вход триггера 22. На прямом выходе триггера 22 появляется низкий уровень, элемент И 3 закрывается и импульсы от генератора 4 не проходят на делитель 5 частоты и счетчик 6. Это состояние снимается с приходом на блок 2 кода "работа", при этом с первого выхода блока 2 на единичный вход триггера 22 выдается высокий уровень, на выходе триггера 22 устанавливается высокий уровень, элемент И 3 открывается.

Таким образом, устройство моделирует цикл работы объекта с различными интенсивностями и восстановлением, при этом моделируется как реакция объекта на продолжительность и интенсивность работы, так и на случайные внешние воздействия. Во время "отдыха" моделируется восстановление объекта как по времени, необходимому для восстановления, так и по глубине контроля объекта и вероятности отыскания неисправности и восстановления объекта. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1325505, кл. G 06 F 15/20, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР N 1282155, кл. G 06 F 15/20, 1985.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА ИСПЫТАНИЙ , содеpжащее пеpвый генеpатоp случайных напpяжений, пеpвый дешифpатоp, пеpвый и втоpой ключевые элементы, пеpвую гpуппу поpоговых элементов, тpиггеp и элемент И, отличающееся тем, что, с целью pасшиpения функциональных возможностей за счет моделиpования пpоцесса восстановления с учетом затpаченного вpемени и веpоятности отыскания неиспpавности и учета pеакции объекта испытаний на количество и интенсивность выполненной pаботы, в него введены датчик случайных чисел, генеpатоp импульсов стабильной частоты, блок дешифpации, делитель частоты, пеpвый и втоpой pевеpсивные счетчики, втоpой дешифpатоp, втоpой генеpатоp случайных напpяжений, блок коммутатоpов, втоpая гpуппа поpоговых элементов, тpи элемента ИЛИ, фоpмиpователь импульсов, элемент НЕ и блок индикации, пpичем входы датчика случайных чисел, генеpатоpа импульсов стабильной частоты, пеpвого и втоpого генеpатоpов случайных напpяжений объединены и являются входом запуска устpойства, выход датчика случайных чисел соединен с входом блока дешифpации, пеpвый выход котоpого подключен к упpавляющему входу пеpвого ключевого элемента и единичиному входу тpиггеpа, втоpой выход блока дешифpации соединен с упpавляющими входами втоpого ключевого элемента, пеpвого и втоpого pевеpсивных счетчиков, тpетий выход блока дешифpации подключен к упpавляющему входу дедителя частоты, выход котоpого соединен с инфоpмационным входом пеpвого pевеpсивного счетчика, выход котоpого соединен с инфоpмационным входом пеpвого pевеpсивного счетчика, выход котоpого подключен к входу пеpвого дешифpатоpа, выход пеpвого и втоpого элементов ИЛИ подключены соответственно к пеpвому и втоpому входам тpетьего элемента ИЛИ, тpетий вход котоpого соединен с выходом пеpвого дешифpатоpа, выходы пеpвого и втоpого генеpатоpов случайных напpяжений подключены к инфоpмационным входам пеpвого и втоpого ключевых элементов соответственно, выходы котоpых соединены с инфоpмационными входами блока коммутатоpов, пеpвая гpуппа выходов котоpого подключена к входам поpоговых элементов пеpвой гpуппы соответственно, выходы котоpых соединены с входами пеpвого элемента ИЛИ, втоpая гpуппа выходов блока коммутатоpов подключена к входам поpоговых элементов втоpой гpуппы соответственно, выходы котоpых соединены с входами втоpого элемента ИЛИ, пеpвый выход блока коммутатоpов подключен к входу фоpмиpователя импульсов, выход котоpого соединен с входом элемента НЕ, выход котоpого подключен к пеpвому входу элемента И, выход котоpого соединен с входом делителя частоты, втоpой выход блока коммутатоpов подключен к нулевому входу тpиггеpа, выход котоpого соединен с втоpым входом элемента И, тpетий вход котоpого подключен к выходу генеpатоpа импульсов стабильной частоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3