Устройство для определения границы области работоспособности технических объектов

Устройство для определения границы области работоспособности технических объектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е

Союз Советеиие

Социалист Мееиме

Республик (il) 943650 (6l ) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заивлено 10.06.80 {21) 2940591/18 24 (51)М. Кл.

Г с присоединением заявки №вЂ”

G 05 В 23/02

G 06 F 15/46 Ьеудеретеееньй кеметет

CCCP I ю делам ееееретевее и етерытей (23) Приоритет (53) УДК681.326..74 (088.8}

Опубликовано 15.07.82. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 15.07.82

М. Я. Авхач, И. А. Краснов и:A. В. Саушев

{72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Ленинградский институт водного транспорта (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИШЬ| ОБЛАСТИ

РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к технической диагностике и может быть испопьзовано дпя 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 резуль30 татов, в котором реализован способ статистических испытаний (1 ).

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

Известно устройство дпя опредепения области работоспособности технических объектов, содержащее счетно-решающее устройство, соединенное с бпоком магнитных лент и считывающим устройством, в котором реализован способ матричных ,испытаний (2).

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

Наиболее близким по технической cffmности к данному изобретению является устройство для определения границы области работоспособности технических объектов, содержащее логический блок, первый выход которого соединен с первым входом регистрирующего блока, два реверсивных счетчика, счетчик, бпок памяти, 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 вторым входом регистрирующего бпока, выход второго реверсивного счетчика соединен с входом блока установок, с вторыми входами блока памяти и погического блока и с третьим входом регистрирующего блека, 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 бпока переключений соединен с третьим входом блока памяти, второй выход блока переключений соединен с суммиру- 10 юшим входом второго реверсивного счетчика, третий и четвертый выходы блока переключений соединены с входами блока вычислений отклонений параметров, четЫре выхода блока вычислений отклонений параметров соединены с суммирующими и вычитаюшими входами первого и второго реверсивных счетчиков соответственно, выход блока установок соединен с вычитающим входом первого реверсивного счетчика и с входом установки в исходное состояние второго реверсивного счетчика, выход блока памяти соединен с третьим входом блока переключений, с входом счетчика и с входом установки в исходное состояние двух реверсивных счетчиков ) 3).

Недостатком данного устройства является ограниченное быстродействие, обусловленноее матричным способом поиска

ЗО первой точки области работоспособности.

IIemь изобретения — повышение быстродействия определения границы области работоспособности, за счет сокрашения времени поиска первой точки, принадлежащей этой области.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения границы области работоспособности, содержащее первый реверсивный счетчик, выход которого соединен с первыми входами

40 первого блока памяти и первого логичес» кого блока и с вторым входом регистрирующего блока, второй реверсивный счет, чик, выход которого соединен с вторыми входами первого блока памяти и первого логического блока и с третьим входом

1 регистрирующего бпока, 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 бпока, а второй выход — с вторым входом блока переключений, первый выход которого соединен с третьим входом первого блока памяти, второй выход через первый элемент HlIN — с вычитаюшим входом первого реверсивного счетчи943650 ф ка, третий выход через второй элемент

ИЛИ - с суммируюшим входом второго реверсивного счетчика, четвертый и пятый выходы - с входами блока вычислений отклонений параметров, четыре выхода которого соединены соответственно с суммирующим входом первого реверсивного счетчика, вторым входом первого элемента ИЛИ, вычитаюшим 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 бпока переключений; на фиг. 3 — графическая интерпретация процесса поиска первой точки, принадлежащей области работоспособности," на фиг. 4 — графическая интерпретация процесса вь1бора отклонений первичных параметров д Х Q)(p определенным знаком (+ ) в процессе определения граничных точек области работоспособности способом контурного обхода.

На чертежах приняты следующие обозначения Х - Х „„Ох соответственно ми и> юах

HHMBIIbHoe и максимальное допустимые значания первичного параметра X q Х „, Х соответственно минимальное и макщ1сгА симальное допустимые значения первичного параметра Х g p-обпасть допустимых

Р значений первичных параметров, ограниченная мипимальными и максимальными допустимыми значениями первичных параметров, 5 -облас ь 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

943650 блок 7, блок 8 переключений, блок 9 вычислений отклонений параметров первый блок 10 памяти, два элемента ИЛИ 11 и 12. Выход реверсивного счетчика 1 соединен с первым входом первого блока S

10 памяти, с вторыми входами логического блока 6 и регистрирующего блока

7, а также с первым входом логического блока 6, выход 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 второго блока 4 памяти соединен с первым входом логического блока 5, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым и с первым входа- 2О ми блока 8 переключений, второй выход логического блока 6 соединен с третьим

sbtxoaoM бпока 8 переключений, 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 10 памяти, второй выход блока 8 переключений через элемент ИЛИ 11 соединен с вычитающим 30 (третьим) входом реверсивного счетчика

1, третий выход блока 8 переключений через элемент ИЛИ 12 соединен с суммирующим (вторым) BxoAQM реверсивного счетчика 2, четвертый и пятый выходы блоке 8 переключений соединены соответственно с первым и вторым входами бпока 9 вычислений отклонений параметров, первый выход которого соединен с суммирующим (Вторым ) входом ревер» 4р сивного счетчика 1, второй с первым входом элемента ИЛИ 11, третий — с вычитающим (третьим) входом реверсивного счетчика 2, а четвертый — с первым входом элемента ИЛИ 12, выход блока 10 4 памяти соединен с пятым входом блока 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) содер50 жит два триггера 13 и 15, два элемента 14 и 21 запрета, элемент 16 задержки, элемент HE 17, элемент ИЛИ 18, два эпемента И 19 и 20, дифференцирующую цепь 22, причем первый вход блока 8 соединен с входом элемента 14 запрета, второй вход блока 8 соединен с входом установки в единицу триггера 13, Устройство предназначено дпя определения координат граничных точек области работоспособности О, под которой понимается множество физически реапизуемых значений первичных параметров, при

° которых удовпетворяются требования, предъявпяемые к }ехническому объекту, т.е. выполняют усповия

У „„ (= }> Х„,Хй, ", Х„,.", Хи) - vna)(i f -(11, (,.-,Ч.}-- °, Yv» ) I ae X „(i = n )— текущее значение 4 -го первичного параметра;, число первичных параметров; векторы, опредепяющие предельные значения функции работоспособности, называемые условиями работоспособности, т.е. ограничения, накпадываемые на выходные параметры объекта, нарушение которых приводит к поте ре работоспособности; функция работоспособ ности, которая определяет назначение объекта и изменяется в заранее заданных пределах, называемых условиями работоспособности; м и (р,д выход которого соединен с входом запрета элемента 14 запрета, и через эпемент 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 элемента И 20, пятый вход блока 8 сое.динен с входом установки в ноль триг- г. гера 13 и 15, выход триггера 15 соединен с вторыми входами элементов И 19 и 20, с вторым входом элемента ИЛИ

18 и через дифференцируюшую цепь 22 с первым выходом блока 8, выход элемента ИЛИ 18 соединен с входом. запре . та элемента 21 запрета, выход которого является третьим выходом блока 8, выход элемента запрета 14 является вторым выходом блока 8, выходы элементов

И 1 9 и 20 являются соответственно пятым и четвертым выходами блока 8.

7 9436

gyp,ãäåÐ- обпасть возможных значений первичных параметров (область физической реализуемости первичных параметров) задаваемая системой неравенств

Х, . Х. = Х Р(И) (1) 50 8 делах его допуска (1) обязатепьно найдется точка, принадлежащая границе области G

Поиск первой точки, принадлежащей области G поясняется на фиг. 3. В исходном состоянии первичным параметрам задают следующие значения где Х,,X. - минимальное и максималь.

10 min 1щО ное допустимые значения

j --ro первичного параметра соответственно.

Предпагается, что G E Ð

Исходя из требуемой точности построения границы области работоспособности задан шаг изменения первичных параметров ъ Х1 (1 =4, и )

Принцип работы погического блока 6 эакцючается в вычислении значений функ- 0 ций работоспособности. / f> =1 (х„,х „,х„,...,х„) (j = 7), Ь) и в проверке условий работоспособности „.„„= ; = Z, (X, Х,...,Х„,,Х,) (3) ) >> () = +)

J0 где f Y — соответственно миниМ 1и )max мальное и максималь. ное допустимые значения j --го выходного параметра

Если условия (3) выполняются, то отображающая точка Х = (Х,,Х,...,Х,...,Х„(комбинация значений первичных параметров, при которых вычисляется функция (2) находится внутри области работоспособности G в противном случае — вне облас40 ти

Принцип работы погического блока 5 заключается в проверке усповий принадлежности ц,1, Х,-,((;,Х,,Х,...,Х1,,ХИ) с хэиах (4)

ГАВ Y>=Y> „-„ и (= Y

При этом предполагается, что построение области работоспособности начинают с основания гиперпараппелепипеда Р на.плоскости двух параметров Х и М .

Если при фиксированных Y>()=<, и),Х1(<=3p) и изменяющемся. первичном параметре X 4

55 выполняется условие (4), то для данного первичного параметра X„=X выпопняется и усповие (3) т.е. дпя Х Х при изменении первичного параметра Хд в пре«

X =XamOX, Х 2-X

=9j ((,Х,Х,...,Х;,...,х u ) в пределах допуска (1) или нет, если Х Р Х н,„„,Х „цу„)то для Х„=Х„, орри изменении параметра Х в и

IIpeAenax ego AonycKa He най4ется точки, принадлежащей области., При выполнении условия (4) фиксируют значение параметра Х4 для которого выпопняется это усповие, изменяют на каждом шаге значение параметра М на величину (+М ) и в каждой узловой точке (отображающей точки) сетки, на которую разбивается ппоскость параметров

Х и Xz проверяется условие (3) (находится отображающая точка внутри или вне области б ). При нахождении первой точки, расположенной внутри обпасти G переходят к определению границы обпасти работоспособностй направленным поиском вершин прямоугольников сетки, на которую разбита плоскость параметров и Х я в которых удовпетворяется условие (3).

После нахождения границы области работоспособности в основании P анапогичным способом опредепяют границу обпасти работоспособности в плоскостях, паралпепьных основанию.

Устройство работает спедуюшим образом.

В исходном состоянии в реверсивные счетчики 1 и 2 вводят чиспа, равные, cooTBeTcTBeHHoX< >uX>><>Bo второй 6tIoK

4 памяти вводят число У „ „или,„с „например и 1и

Содержимое счетчика 3 равно )(, ! триггеры 13 и 15 бпока 8 перекпючений находится в нупевом состоянии.

Вначале определяется первая точка, принадлежащая области работоспособности. При этом выходной сигнап второго блока 4 памяти подается на первый вход логического бпока 5, а выходные сигналы реверсивных счетчиков 1 и 2

94 3650

10,и счетчика 3 подаются на соответствую щие входы логического бпока 6, который вычисляет значение функции работоспособности 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

10 памяти, а выходные сигналы реверсивного счетчика 1 и счетчика 3 — на 10 соответствующие входы погического бпока 5, проверяющего условие принадпежности при Х1 Х1ч о с,Х =Х щ1г и ф=З, )" а4(Х ттии >Х т сл«3 а следовательно и отображающая точка находится вне области работоспособности (фиг. 3), то на втором выходе логического эпоха 5 появпяется сигнал, который подается на первый вход блока 8 перекпючений. В блоке 8 переключений данный сигнап подается на вход элемента запрет 14, на входе элемента "запрет" сигнап которого с выхода триггера 13 равен нулю. Выходной сигнал элемента 14 запрет блока 8 пере— ключений через эпемент ИЛИ 12 подается на,вычитаюший (третий) вход реверI ,сивного счетчика 1, в котором записы(вается числоХ =Х, о а" Затем сигнапы с выходов счетчиков 1-3 и регистра 4 па30 мяти подаются на соответствующие вхоI ды логических блоков 5 и 6, которые проверяют справедливость выпопнения усповий (3 ) и (4 ) . Би к п опреде пения первой точки, принадлежащей области рабо- ) тоспособности, повторяется (фиг. 3 ).

Если при очередном изменении параметра Х неравенство (4 ) выполняется, то на первом выходе логического блока

5 появпяется сигнал, который поступает 4р на второй вход бпока 8 перекпючений. В блоке 8 переключений (фиг. 2) данный сигнал переводит триггер 13 в состояние "1». Выходной потенциал триггера

13, изменяющийся скачком от 0" до не- 45 которой величины Ч подается на вход запрета эпемента 14 запрета и через элементы НЕ 17 и ИЛИ 18 снимает запрет с элемента 21 запрета. При этом появпяется сигнал с второго выхода логического блока 6, который подается на третий вход блока 8 переключений. В бпоке 8 переключений данный сигнап подается на соответствуюшие входы элементов

И 19 и запрет 21. При этом появпяет55 ся сигнал на выходе эпемента 21 запрет, который через элемент ИЛИ 12 подается на суммирующий вход реверсивного счетчика 2, в котором запишется число

Х =Х щ,„,ьХ Затем сигнапы с выходов счетчиков 1-3 и регистра 4 памяти подаются на соответствующие входы логических блоков 5 и 6, проверяющих справедпивость выполнения условий (3) и (4) и цикл опредепения первой точки, принадпежащей области работоспособности, повто;ояется (фиг. 3).

Еспи при очередном изменении параI метра Xg отображающая точка перешпа в обпасть работоспособности (точка М на фиг. 3 ), то на первом выходе погического блока 5 появится сигнал, который подается на первый вход регистрирующего блока 7, который фиксирует координаты точки ф(М„„„Х )и на четвертый вход блока 8 перекпючений. В блоке 8 переключений (фиг. 2) данный сигнал переводит триггер 15 в состояние 1 а через элемент 16 задержки подается на первый вход элемента И 20. Выходной потенциал триггера 15, изменяющийся скачком от 0" до некоторой вепичины Ч, подается на вторые входы элементов И 19 и

20, на входе дифференцируюшей цепи 22 и через второй вход эпемента ИЛИ 18 на вход запрета элемента 21 запрета.,Ыифференцируюшая цепь 22 дифференцнрует скачок напряжения триггера 15.

Попожитепьный выходной сигнап дифференцируюшей цепи 22 блока 8 перекпючений подается на третий вход первого блока

10 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-Х1р,Х у рл.

Выходной сигнал эпемента И 20 бпока 8 переключений подается на первый вход блока 9 вычислений откпонений параметров. HB втором выходе которого появляется сигнал, который через элемент

И ЛИ 1 1 подается на вычн тающий третий вход реверсивного счетчика 1, в котором записывается чиспо Х„=Х, -дХ .В данц, М ном случае отображающая точка находится в точке 1, (фиг. 3).

При этом первый блок 10 памяти в каждом цикле определения координат граничных точек области работоспособности сравнивает текущие значения координат отображаюшеи точки, например, точки (Х 4g X g ) с координатами первой точки

I пежашей в области работоспособнос ти — (Х1м Х р). Если координаты совпадают, то на выходе первого бпока 10 памяти появпяется сигнал, если нет то выходной сигнал блока 10 равен нупю.

50 12 ты первой точки принадлежащей области работоспособности.

Затем цикл опредепения гранины области работоспособности в плоскости, параллельной основанию гиперпараплепепипеда

Р повторяется аналогичным способом.

Применения данного устройства за ,счет некоторого усложнения его аппаратурой реализации по сравнению с известййм повышает быстродействие опредепения границы области работоспособности за счет сокрашения времени поиска пер- вой точки, принадлежащей этой обпасти в 4. 6 раз. где

Ы1 Ф,, время, необходимое дпя вычиспения функций работоспособности и проверки усповия (3); время необходимое для срабаты вания эпементов устройства при переходе от одной отображающей точки к другой; количество шагов изменения первичного параметра в пределах его допуска, количество шагов изменения первичного параметра «до выпопнения условия (4); количество первичных параметров.

Формупа изобретения

Устройство для опредепения границы области работоспособности технических объектов, содержащее первый реверсивный счетчик, выход которого соединен с первыми входами первого блока памяти и первого погического блока и со вто» рым входом регистрирующего блока,втоpok реверсивный счетчик, выход которого соединен со вторыми входами первого блока памяти и первого погическ -о бпока 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 - со вторым входом блоке переключений, первый выход которого соединен с третьим входом первого блока памяти, второй выход через первый элемент ИЛИ - с вычитаюшим входом первого реверсивного счетчика, третий выход через второй эпемент ИЛИ с суммирующим входом второго реверРассмотрим момент времени, когда отображающая точка перешла из точки К в току М (фиг. 3). В результате этого о на выходе первого блока 10 памяти появпяется сигнал. Данный сигнал записывает в счетчик 3 число, равное Х Мзустанавпивает реверсивные счетчики 1 и 2 в исходное состояние и поступает на пятый вход блока 8 переключений (фиг.1 )

45 в котором этот сигнап устанавливает триггеры 13 и 15 из состояния «1" в состояние "О (фиг, 2) Выходные напряжения.триггеров 13 и 15 скачком изменяются от V до 0 . Измененный выход ной сигнал триггера 13 через элемент

НЕ 17, ИЛИ 18 подается на вход запрета эпемента 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 координа11 9436

Логический блок 6 вычисляет значение У (j= <,м ) в точке Ь - ЙЬпи отображающая точка находится в обпасти работоспособности (jar. 4), то на первом выходе логического блока 6 появпяется

5 сигнал, который подается на первый вход регистрирующего бпока 7, фиксирующего координаты точки t, и на четвертый вход бпока 8 переключений. Этот сигнал через элемент 16 задержки (фиг. 2) и уй элемент И 20 подается на первый вход блока 9 вычислений отклонений парамет* ров, на третьем выходе которого появняется сигнал, поступающий на вычитаюший вход реверсивного счетчика 2, в котором записывается число Хя= >g.рд-а Х .

Если отображающая точка находится вне обпасти работоспособности, то на втором выходе погического блока 6 появляется сигнал, который подается на третий вход бпока 8 перекпючений (фиг.1 )

Данный сигнап через элемент И 19 (фиг. 2) подается на второй вход бпока

9 вычислений откпонений параметров.

При этом на первом выходе бпока 9 появляется сигнап, поступающий на суммирующий вход реверсивного счетчика 1 (фиг. 1 ), в котором записывается чис- по 1.X, аХ, Затем цикл определения граничных точек на плоскости параметров Х1 и Х повторяется. Устройство делает обход границы в том порядке, как это указано стрелками на фиг. 3. Алгоритм определения граничных точек на плоскости параметров Х и Уу, приведен на фиг, 4

943650 сивного счетчика, четвертый и пятый выходы — со входами блока вычислений отклонений параметров, четыре выхода которого соединены соответственно с сум мируюшим входом первого реверсивного счетчика, вторым .входом первого элемента ИЛИ, вычитаюшим входом второго реверсивного счетчика и вторым входом второго элемента ИЛИ, выход первого блока памяти соединен с третьим о входом блока переключений, со входом счетчн ка и со входом установки в исходное состояние двух реверсивных счетчиков, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения быстродей15 ствия 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 внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании

М 1137917, кл. (л 05 В 23/02, опублик. 1963.

2. Патент США hb 3506814, кл. G 05 В 23/02, опубпик. 1970.

3. Авторское свидетельство СССР

M 551514, кл. G 05 В 23/02, 1974 (прототип ).

4 ююк

«ю tria

%мю

ВНИИПИ Заказ 5105/52 Тираж 914 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4