Устройство для прогнозирования надежности систем управления

Устройство для прогнозирования надежности систем управления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВДЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 615454 (61)Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.07 76 (21) 237S677/18 24 (51) М. -Кл.

QO5 В 23/02

Я 06 F 18/46 с присоединением заявки №(23) Приоритет (43) Опубликовано 15.07.78.Бюллетень № 26 (45) Дата опубликования описанияЯ7.06. го, Гюоударставяимй комитет

Воаата Мияиотров СССР ио делам изобретеиий и еткритий (53) УДК 621,,396 (088,8) Г. В. Дружинин н В; М. Крылова (72) Авторы изобретения

Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного

Знамени нщстнтут ищкенеров ткелеенодороткного транспорта (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ПЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

НА,НЕЖНОСТИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ!

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано при исследовании надежности автоматических систем управления и радиоэлектронной аппаратуры с учетом постепенных н внезапных отказов

Известно устройство 11 t для определения параметрической надежности радиоэлектронных устройств, содержащее блок управления, соединенный через блок перебора реализаций с наборным полем, а через блок тест сигналов с блоком физических моделей и.с генератором тактовых импульсов, анализа= тор реализаций, блок элементов совпаденяя, накопители, блок кон роля, первый вход которого подключен к выходу блока физических моделей; второй вход — к генератору тактовых импульсов, третий вход — к выходу наборного ноля, а выход — к входу анализатора реализации, выход которого соединен с входом блока элементов совпадения.

Это устройство обеспечивает возможность исследования статистической точности (серийнопригодности) систем, оно позволяет определять функции распределения вероятностей пребывания значений выходных нараметров (сигналов) испытуемых систем в не2 который строго фиксированный момент времени (обычно этот момент времени соответ-" ствует началу эксплуатации системы). Недостатком такого устройства является то, . что нельзя прогнозировать количественные оценки показателей надежности, поскольку они представляют собой характеристики распределения вероятностей значений времени до появления отказов систем.

Известно. также устройство 12 для оцен. тб кн надежности систем управления, содержащее генератор, датчики режимных координат, измерители уровней их величин, счетчики. импульсов, логические элементы, блок коммутации, выходы датчиков режимных координат подключены ко входам измерителей

>s уровней, выходы которых нрисоедииены к первым входам элементов И, выход геиера. тора подключен ко вторым входам элементов И, а входы блока коммутации присоединены к выходам элементов И, . выходы — подключены через элементы

ИЛИ к входам счетчиков импульсов. Отношение показаний счетчиков дает велычину вероятности соответствия реальных динамических свойств системы заданным. Недостатком устройства является невозможность д прогнозирования оценок показателей надеж615454 ности с учетом процессов износа и старения комплекту1ощих компонентов.

Наиболее близким по технический сущности к данному изобретению .является устройство 13 для прогнозирования надежности систем управления, содержащее блок коммутаторов, первый вход которого подключен к выходу первого генератора, второй вход— к- первому выходу блока управления, выход — к входу блока памяти, первый выход которого соединен со входом блока формирователей, блок моделей систем управления, вход которого подключен к выходу блока формирователей, а выход — к входу блока селекции, статистический анализатор, вход которого соединен с выходом блока селекции.

Недостатком этого устройства является сравнительно невысокая точность прогнозирования показателей надежности систем иэ-эа отсутствия учета отказов типов «обрыв» и «замыкание» комплектующих элемен- щ тов, появляющихся с определенными вероятностями.

Целью изобретения является повышение точности прогнозирования оценок показателей надежности систем управления.

Указанная цель достигается тем, что устройство содержит второй генератор, блок вероятностных преобразователей и блок фик сации отказа, вход - которого подключен к второму выходу блока селекции, выход соединен с вторым входом блока вероятностных преобразователей, первый вход которого соединен со вторым выходом блока управления, первый вход второго генератора соединен с вторым выходом блока памяти, второй вход — с выходом блока вероятностных преобразователей, а выход — c вторым входом, блока моделей систем управления.

Блок-схема устройства для прогнозирования надежности систем управления приведена на чертеже.

Устройство для прогнозирования надеж- > ности систем управления содержит первь1й генератор 1, блок 2 коммутаторов, блок 3 памяти, блок 4 формирователей, блок 5 моделей систем управления, блок 6 селекции, статистический анализатор 7, блок 8 управления, блок 9 вероятностных. преобразовате- 45 . лей, второй генератор 10, блок ll фиксации отказа.

Выход первого генератора 1 подключен к первому входу блока 2 коммутатором, выход которого соединен с входом блока 3 памяти. Первый выход блока 3 присоединен ко входу блока 4 формирователей, выход которого соединен с первым входом блока 5 моделей систем. Выход блока 6 селекции подключен ко входу статистического анализатора 7. Первый выход блока 8 управления соединен с вторым входом блока 2 коммутаторов. Второй выход блока 8 управления присоединен к первому входу блока 9 вероятностных преобразователей, выход которого соединен со вторым входом второго генератора 10. Выходы второго генератора 10 и блока 11 фиксации отказа подключены ко второму входу блока 5 моделей и второму входу блока 9 вероятностных преобразователей соответственно.

Блок 1 представляет собой многоканальный генератор стационарных случайных низкочастотных напряжений с заданными корреляционными функциями. В состав генератора l включены общий первичный источник случайных флуктуаций, стационарные фильтры, нелинейные преобразователи и схемы контроля параметров генерируемых электрических напряжений.

Блок 2 коммутаторов предназначается для размещения значений напряжений от генератора 1 по ячейкам памяти блока 3.

Конструктивно блок 2 выполнен в виде электронных коммутирующих элементов, управляемых по второму входу сигналами от блока 8.

В качестве отдельных ячеек блока 3 памяти используются типовые элементы фиксации мгновенных значений напряжений генератора 1, поступающих через электронные коммутирующие элементы блока 2.

Формирователи реализации случайных процессов изменения значений параметров элементов исследуемой системы, входящие в состав блока 4, выполнены на основе универсальных аналоговых активных линейных и кусочно-линейных аппроксиматоров. Аппроксиматоры могут включать один или более типовых операционных усилителей и управляемые делители в цепях обратных связей.

Блок 5 физических моделей систем представляет собой в каждом конкретном случае совокупность электронных и электромеханических макетов компонентов исследуемых систем. Построение таких макетов осуществляется с учетом теории подобия и основных принципов баланса точности при физическом вероятностном моделировании. В состав макетов вводятся элементы с переменными параметрами, последовательно и параллельно соединенные с другими компонентами, а также с переключательными схемами для имитации внезапных отказов типа «обрыв» и «замыкание».

В блоке 6 селекции содержатся селекторы . по напряжению, частоте, фазе и т. д. С их помощью регистрируются события, заключающиеся в выходе определяющих параметров исследуемых систем за пределы облас- . тей допустимых значений.

Статистический анализатор ? предназначается для автоматизированной обработки результатов моделировайия случайных нестационарных процессов изменения свойств систем. В состав анализатора могут входить построители гистограмм и кривых распределений вероятностей значений времени появления отказов систем, а также вычислители характеристик законов распределений значений наработки систем до отказов, в том

6 ч исле, вероятности безотказной работы в течение заданного времени, среднего времени безотказной работы, среднего квадратического отклонения наработки до отказа и т. п.

Блок 8 управления предназначается для задания программы и режимов функционирования устройства; он содержит наборное поле, искатели, регулируемые источники стабилизированного напряжения, контрольноизмерительные функциональные элементы.

Блок 9 вероятностных преобразователей предназначается для моделирования случайных событий — отказов типов «обрыв» и

«замыкание»; он состоит из типовых вероятностных двоичных элементов, количество которых равно числу компонентов системы.

Каждый двоичный элемент содержит равновероятностный 1, п-полюсник, триггер с раздельными входами, логические элементы И, генератор тактовых импульсов, переключатели, с помощью которых задаются величины вероятностей (в двоичном коде) появления внезапных отказов.

Генератор 10 временных интервалов служит для имитации работы элементов систем до появления внезапных отказое и содержит стандартные источники сигналов, время появления которых подчиняетея экспоненциальному закону с соответствующими параметрами.

Блок II фиксации отказа (перехода систем и неработоспособное состояние» может, представлять собой элемент памяти — триггер на МДП-транзисторах с промежуточным запоминанием информации. Блок 11 предназначается для фиксирования момента времени перехода системы в состояние отказа (внезапного или параметрического) и запоминания его в течение подготовки устройства к новому такту моделирования случайной реализации процесса приближения к отказовому состоянию.

Устройство для прогнозирования надежности систем управления работает следующим образом.

В каждом канале генератора I стационарных случайных напряжений воспроизводится требуемый закон распределения мгновенных амплитудных значений напряжения.

Количество каналов генератора определяется числом компонентов системы, у которых имитируются случайные процессы изменения определяющих параметров.

Генерируемые случайные напряжения необходимы для моделирования законов распределения начальных значений параметров компонентов систем и значений скорости изменения параметров во времени. Электронные коммутаторы блока 2 по командам от блока 8 управления подключают входы ячеек памяти блока 3 к соответствующим каналам генератора l. Ц, течение подготовительного такта работь1 устройства в блоке 3 памяти фиксируются мгновенные значения случайных напряжений, пропорциональные

15454

5 ю

46

66 начальным величинам параметроя компогцнтов систем и величинам скоростей их изменения в процессе износа или старения.

Зафиксированные в блоке 3 мгновенные значения случайных величин поступают на входы блока 4 формирователей реализаций случайных процессов изменения свойств компонентов систем, Формирователи блока 4 предназначаются для линейной и нелинейной -аппроксимации реализаций реальных процессов"изменения определяющих па ра метров компонентов систем. В течение рабочего такта функционирования устройства сигналы в виде элентрических напряжений, токов или интенсивности световых потоков поступают на вход блока 5 моделей систем, происходит одновременное изменение значений параметров компонентов систем.

В момент временй, соответствующий началу каждой огдельной реализации случайного процесса изменения параметров компонентов, со второго выхода блока 3 памяти на первый вход генератора IO поступают сигналы, по которым производится запуск источников временных интервалов . с длительностью, пропорциональной времени работы компонентов системы до появления внезапного отказа.

Вероятность появления внезапных отказов типа «обрыв» и «замыкание» моделируется в блоке 9 вероятностных преобразователей прн разрешающем сигнале от блока 11; такой сигнал подается на первый вход блока 9 в то время, когда система находится в работоспособном состоянии.

Распознавание состояний, в которых может находиться система управления, осушествляется с помощью блока 6 селекции.

Ири выходе значений параметров системы за пределы установленных допусков на первом и втором выходах блока одновременно появляются сигналы. Один из них поступает иа вход статистического анализатора 7, другой — подается на вход блока 1 I фиксации отказа, т. е. перехода системы в неработоспособное состояние.

При выполнении последовательности указанных тактов работы устройства, в каждом из которыя моделируется отдельная реализация параметров компонентов системы, на вход анализатора 7 поступает статистическая информация о моментах времени возникновения отказов (внезапных и постепенных1 систем. В блоке 7 по известным алгоритмам производится вычисление требуемых характеристик надежности.

Таким образом, с помощью данного устройства более полно учитываются реальные события, имеющие место при эксплуатации систем автоматики, а именно, нарушения из-33 нестабильности комплектующих элементов„приводящие к внезапным и постепенным отказам. Это обеспечивает точность и достоверность результатов прогнозирования количественных оценок показателей надежности систем управления.

615454

Фдрмула изобретения

Редактор Н. Каменская

Заказ 3908 37

llHHHllH Государственного комитета Совета Министров СССР ио делам изобретений и открытий

l 33035, Москва, Ж-35, Раушская наб., л. 4/5

Филиал ППП «Патевтэ, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Устройство для прогнозирования надежности. систем управления, содержащее блок коммутаторов, первый вход которого подключен к выходу первого генератора, второй вход — к первому выходу блока управления, выход — к входу блока памяти, первый выход которого соединен со входом блока формирователей, блок моделей систем управления, вход, которого подключен к выходу блока формирователей, а выход — к входу Ьаока селекции, статистический анализатор. вход которого соединен с выходом блока селекции, атличюющееся тем, что, с целью новынюння точности прогнозирования надежности систем, оно содержит второй генератор, блок. вероятностных преобразователей я блок фиксации отказа. вход которого подключен к второму выходу блока селекции, выход соединен со вторым входом блока вероятностных преобразователей, первый вход которого соединен со вторым выходом блока управления, первый вход второго генерато5 ра соединен со вторым выходом блока паМяти, второй вход — .с выходом блока вероятностных преобразователей, а выход— с вторым входом блока моделей систем управления.

t0

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 389510, кл. G 06 F 15/46, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

13 № 304586, кл. G 06 F IS/46, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР № 146095, кл. G 06 F 15/46,.1961.

Составитель В. Максимов

Техред О. Луговая Корректор C. Шекмар

Тираж! 033 Подписное