Аналоговый оптимизатор

Аналоговый оптимизатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е (и) 47563О

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Соаэ Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства 419917 (22) Заявлено 26.07.73 (21) 1949170/18-24 с присоединением заявки Мв (32) Приоритет

Опубликовано 30.06.75. Бюллетень Мв 24

Дата опубликования описания 19.09.75 (51) М. Кл. G 060 7/48 государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 681.335(088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

В. Д. Трофимов (71) Заявитель (54) АНАЛОГОВЫЙ ОПТИМИЗАТОР

Изсбретение относится к технике моделирования задач оптимизации и предназначено для решения в целочисленном виде прямой и обратной задач оптимального резервирования при различных способах резервирования и любых законах распределения времени между отказами устройств, а также для решения задач по определению оптимальной структуры и оптимального запаса рабочего тела систем у1правления летательных аппаратов с учетом надежности входящих в системы устройств.

Из основного авт. св. )че 419917 известен аналоговый оптимизатор, содержащий блоки нелинейности, выходы которых соединены с входами блока перемножения, блоки умножения на постоянный коэффициент, выходы которых связаны с входами сумматора и входами блоков нелинейности, и переключатель.

Кроме того, он содержит схемы установки затрат, блок развертки и блок измерения градиента, первый и второй входы которого через переключатель подключены к входам и выходам блоков нелинейности. Выход блока развертки соединен с входами схем установки затрат, а первый и второй выходы каждой из них — с входами соответствующего блока умножения на постоянный коэффициент и через переключатель с третьим и четвертым входами блока измерения градиента.

Однако в таком оптимизаторе движение к экстремуму на каждом шаге решения проводится в направлении максимального приращения hi функции элемента системы pi на шаге с(, что обеспечивает получение точного решения только в случаях, когда система состоит из высоконадежных элементов.

Соединение выходов блоков нелинейности с блоком перемножения позволяет получить

10 только произведение вероятностей рт, что ограничивает класс используемых функций, класс решаемых задач.

Предлагаемый аналоговый оптимизатор, с целью повышения точности и расширения

15 функциональных возможностей, дополнительно содержит второй и третий переключатели и блок суммирования, входы которого через второй переключатель соединены с выходами блоков нелинейности, а выход — с выходом

20 блока перемножения и через третий переключатель с первым входом блока измерения градиента.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого оптимизатора.

25 Аналоговый оптимизатор состоит из блока

1 перемножения, блоков 2> — 2 умножения на постоянный коэффициент, сумматора 3, блоков 4,— 4, нелинейности, схем 5j — 5к установки затрат, блока 6 развертки, блока 7 изме30 рения градиента, переключателей 8, 9, 10 и

475630

ЗО

35 блока 11 суммирования. Выходы блоков 2>—

2>, умножения на постоянный коэффициент подключены к входам блоков 4> — 4 через контакты переключателя 12.

Блоки 4> — 4>, позволяют воспроизводить любой формы нелинейные функции одной переменной. Число блоков выбирается любым.

Выход каждого блока через переключатель 9 подключен к входам блока 1 перемножения и блока 11 суммирования, а вход каждого блока соединен с выходом соответствующего блока 2> — 2i, умножения на постоянный коэффициент через контакты переключателя 12. Кроме того, переключателем 8 вход и выход каждого блока 4> — 4, нелинейности могут поочередно подключаться к блоку 7 измерения градиента. Блоки нелинейности могут быть специальными дистанционно управляемыми или стандартными.

Схемы 5 — 5, установки затрат служат для установки напряжений, пропорциональных затрате на один элемент системы (вес, объем, стоимость и т. д.). Число схем установки затрат соответственно равно числу блоков 4>—

4>, нелинейности. Каждая схема содержит потенциометр и инвертирующие усилители. Входы потенциометров схем установки затрат подсоединены к блоку 6 развертки, а выходы инвертирующих усилителей переключателем 8 могут подключаться к входам блока 7 измерения градиента.

Блоки 2 — 2, умножения на постоянный коэффициент выполнены на операционных усилителях, коэффициенты которых меняются дискретно в пределах 1, 2,..., и за счет изменения входных сопротивлений. Входы блоков 2,— 2, соединены с выходами соответствующих схем 5 — 5i, установки затрат, а выходы через переключатели — с входами соответствующих блоков 4 — 4, нелинейности.

Сумматор 3 состоит из операционного усилителя в режиме суммирования с коэффициентом, равным единице по каждому входу, и вольтметра. Все его входы подключены к выходам блоков 2 — 2 умножения на постоянный коэффициент 2> — 2 .

Блок 7 измерения градиента содержит электромеханический вибратор, операционные усилители в режиме инвертирования и суммирования, аналоговый блок деления двух переменных и вольтметры. Переключателем 8 первые два входа блока измерения градиента могут одновременно подключаться к входу и выходу блока 4i — 4, нелинейности, а третий и четвертый входы — к выходам каждой пары усилителей схем 5> — 5, установки затрат. Кроме того, переключателем 10 первый вход блока 7 может быть подсоединен к выходам блоков перемножения 1 и суммирования 11. Частота переменного напряжения, питающего обмотку вибратора, выбирается при наладке блока измерения градиента в зависимости от инерционности вибратора, полосы пропускания усилителей, блока деления и чувствитель40

65 ности прибора таким образом, чтобы обеспечивались устойчивые его показания.

Блок б развертки представляет собой сдвоенный потенциометр, питающийся двумя одинаковыми по абсолютной величине, но разными по знаку постоянными напряжениями. Выходы блока развертки подключены на входные потенциометры схем установки затрат, Блок 1 перемножения и блок 11 суммирования переключателем 9 могут быть подключены к выходам блоков нелинейности. Выходы блоков 1 и 11 объединены и соединены с вольтметром, а через переключатель 10 могут быть подключены к первому входу блока измерения градиента.

Аналоговый оптимизатор предназначен для решения в целочисленном виде различных задач градиентным методом.

Он имеет следующие три режима работы.

Каждый шаг движения к экстремуму выполняется в направлении наибольшего значения функции

Ai =Ap/ci i — 1,...,k, где Лр — приращение функции надежности системы в целом на шаге ci. Конечный результат является произведением pi.

Каждый шаг движения к экстремуму происходит в направлении наибольшего значения функции Ai = Api/ci, где Api — приращение функции надежности i-го участка резервирования на шаге ci. Конечный результат — произведение величин pi.

Каждый шаг движения к экстремуму выполняется в направлении наименьшего значения функции

Ьф / Л1л

Aii= или Ai = ), сс (, ci где Aqi и ЛМ вЂ” соответственно приращения функции ф и Л на шаге с1. Конечный результат является суммой величин qi (или Л1)

=1,2,...,k.

Перед решением выбирается число блоков нелинейности, равное k. На каждом из блоков набираются, например, при решении прямой задачи оптимального резервирования соответствующие функции р1 = f(ci, ni) i = 1, 2,..., k. Коэффициенты всех блоков умножения на постоянный коэффициент устанавливаются равными единице. На схемах установки затрат появляются напряжения, соответствующие затратам ci, i = 1, 2,..., k, на сумматоре 3 опорное напряжение, пропорциональное допускаемым затратам со.

Переключатели 9 и 10 занимают положение (см. чертеж), соответствующее первому режиму работы.

Выполняется первый шаг решения. Переключателем 8 блок измерения градиента подключается к клеммам блока 4, нелинейности и схемы 5 установки затрат. Напряжение на третьем и четвертом входе блока измерения градиента модулируется вибратором и подается на вход блока нелинейности. С его выхо475630 да снимается модулированное напряжение, которое поступает на первый вход блока 1 перемножения. На другие входы блока 1 проходят постоянные напряжения с выходов блоков 4 — 4i, нелинейности. С выхода блока 1 снимается модулированное напряжение, которое преобразуется в переменное напряжение с амплитудой, пропорциональной приращению функции д,Р на шаге Сь Это напряжение подается как делимое на вход блока деления в блоке измерения градиента. На другой вход блока деления поступает как делитель напряжение, полученное как разность напряжений на третьем и четвертом входах блока измерения градиента. Вольтметр изменяет величину частного Ль

Переключателем 8 входы блока измерения градиента подключаются к клеммам следующего блока 4> нелинейности и схемы 5 установки затрат и аналогично замеряется величина Л и так далее до последнего блока 4 нелинейности.

Выбирается блок 4; нелинейности, для которого значение Ai = Л„„„, На соответствующем блоке 2, умножения на постоянный коэффициент устанавливается увеличенный на единицу коэффициент, т. е. два. Напряжение с выхода этого блока подается на вход сумматора 3, осуществляющего суммирование всех напряжений с выходов блоков 2> — 2 .

Затем выполняется второй шаг решения и т. д.

После выполнения N шагов напряжение на выходе сумматора может быть равным нулю (наложенное ограничение по затрате израсходовано точно), либо больше нуля (перерасход) . В последнем случае уменьшается на единицу коэффициент того блока умножения на постоянный коэффициент, у которого на

N-м шаге этот коэффициент был увеличен на единицу. Оценивается показание прибора сумматора и, если оно по абсолютной величине меньше любого из значений с!, то решение закончено. Блок измерения градиента переключателем 8 от схемы отключается.

Напряжение на выходе блока перемножения соответствует достигнутому значению целевой функции для всей резервированной системы, напряжение на выходе сумматора суммарной затрате, а зафиксированный коэффициент каждого блока умножения на постоянный коэффициент — числу параллельно включенных устройств на каждом участке резервирования.

Перевод схемы оптимизатора в первый и второй режимы решения осуществлястся установкой переключателей 9. 10, 12 в соответствующие положения. В этих режимах выходы блоков нелинейности переключателем 9 подключаются непосредственно к первому входу блока измерения градиента, а переключателем 9 — к входам блока перемножения или блока суммирования. В остальном работа схемы оптимизатора аналогична работе по первому режиму.

Предмет изобретения

Аналоговый оптимизатор по авт. св, 419917, 3о отличающийся тем, что. с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, он дополнительно содержит второй и третий переключатели и блок суммирования, входы которого через второй

35 переключатель соединены с выходами блоков нелинейности, а выход соединен с выходом блока перемножения и через третий переключатель с первым входом блока измерения градиента.

475630

Составитель И. Шелипова

Техред T. Миронова

Редактор И. Грузова

Корректор Т. Добровольская

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2261/9 Изд. № 1553 Тираж 679 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5