SU805328A1 - Устройство дл статистическогоМОдЕлиРОВАНи пРОцЕССОВ эКСплу-АТАции СиСТЕМ упРАВлЕНи - Google Patents

Description

t

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть, использовано при разработке, испытании и исследовании надежности систем управлени  в процессе эксплуатации.

Известно устройство дл . модели овани  процессов эксплуатации систем, содержащее барокамеру, комплекс приборов дл  имитации условий эксплуатации , вибростол, испытуемую модель системы. Модель закрепл етс  на вибростоле и помещаетс  в барокамеру, к которой подключены приборы дл  моделировани  условий эксплуатации 1Д .

С помощью такого устройства можно осуществл ть только детерминированное моделирование измерени  условий эксплуатации. Продолжительность и трудозатраты на моделирование . при этом очень велики, а точность результатов не высока из-за учета случайных процессов старени  и износа элементов систем. Статистическое моделирование случайных процессов изменени  условий эксплуатации и свойств исследуемой системы на этой установке невозможно.

Известен также стенд дл  моделировани  процессов эксплуатации систем , содержащий приборы дл  программного управлени  изменени  температуры , синхронизатор, блок задани  значений температур, барокамеру, модель исследуемой системы 2 .

Недостаток стенда - отсутствие возможности проведени  с его помощью статистического моделировани  процессов старени , износа и разрегулировани .

0

Наиболее близким по технической сущности,к изобретению  вл етс  устройство дл  статистического моделировани  случайных процессов эксплуатации , состо щее из двух генера5 торов случайных процессов, коммутатора , блока селекции, стг.тистического анализатора, блока веро тностных преобразователей, блока формирователей , бшока моделей систем и

0 блока пам ти. Вход блока моделей систем подключен к выходу блока формирователей , а - ко входу блока селекции, вход статистического анализатора соединен с выходом бло5 ка селекции, блок фиксации отказов подключен ко второму выходу блока селекции, выход соединен со вторым входом блока веро тностных преобразователей , первый вход которого сое0 динен с блоком управлени  З С помощью данного устройства воз можно статистическое моделирование процессов эксплуатации систем управлени  с учетом постепенных и вне . эапных отказов комплектующих эЛе-. ментов. Однако при э.том нельз  имитировать такие факторы эксплуатации, как вибраци , ударные нагрузки,изме нение; влажности и температуры, Без учета этих факторов эксплуатации результаты статистического модели-ровани  оказываютс  недостаточно то , ными и достоверными. Цель изобретени  - повышение точности и достоверности статистическо моделировани  процессов эксплуатации систем управлени . Дл  достижени  поставленной цели в устройство дл  статистического моделировани  процессов эксплуатации, содержащее многоканальный генератор случайных процессов, выходы которого подключены ко входам блока преобразователей напр жени , модель системы первый и второй входы которой подклю . чены соответственно к. выходу блока моделировани  климатических воздействий и к первому выходу блока моделировани  вибропроцессов, а выходы модели системы соединены со входами блока регистрации, выход которого соединен с первым входом статистичес кого анализатора, введены первый и второй коммутаторы и блок пороговых элементов, входы которого подключены к выходам блока преобразователей , напр жени  соответственно, а выходы блока пороговых элементов подключены соответственно к третьему входу модели системы, ко входу второго коммутатора и к первому входу первого коммутатора, второй вход которого подключен к первому выходу второго коммутатора, второй выход которого соединен со входом блока моделировани  вибропроцессов второй выход которого соединен со вторым входом статистического анализатора , третий вход которого соединен с первым выходом первого коммутатора , второй выход которого соединен со входом блока моделировани  климатических воздействий. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства дл  статистического моделировани  процессов эксплуатации, на фиг. 2 - временна  диаграмма, по сн юща  принципы действи  генератора случайных процессов и блока преооразователей напр жени . Устройство содержит многоканальliua генератор 1 случайных процессов, блок 2 преобразователей напр жени , блок 3 пороговых элементов, модель 4 системы, блок 5 регистрации, стагистический анализатор 6, блок 7 моделировани  климатических воздействий , коммутаторы 8 и 9, блок 10 моделировани  вибропроцессов. Выходы генератора 1 подключены ко входу блока 2 преобразователей, выходы которого соединены со входом блока 3 пороговых элементов. Первый выход блока 3 пороговых- элементов подключен к модели 4 системы, второй - ко входу коммутатора 8, а третий - ко входу коммутатора 9. Выход модели 4 системы соединен со входом блока .5 регистрации, выход которого подключен к первому входу статистического анализатора 6, второй вход анализатора б соединен с выходам ком мутатора 8, а третий - с выходом блока 10 формировани  вибропроцессов , вход которого соединен с Btjxoдом коммутатора 9. Выходы блока 7 мо делировани  климатических воздей,ствий и блока 10 формировани  вибропроцессов пр41соединены ко второму и третьему входам модели 4 системы. Блок 1  вл етс  многоканальным генератором стационарйых случайных процессов в виде электрических напр жений . Стационарные, случайные процессы, число которых определ етс  разномерностью решаемой задачи , служат дл  формировани  генерировани  нестационарных случайных процессов, имитирующих старение-, износ и разрегулирование системы. При генерировании нестационарных случайных процессов в блоке 2 используютс  случайных величин - мгно венные амплитудные значени  стационарных случайных напр жений, вырабатываемых генератором 1. При этом в зависимости от конкретной решаемой задачи могут выбиратьс  либо амплитудные значени  одного случайного процесса, либо разных. Причем одно из них служит дл  моделировани  случайного начсшьного значени  параметра п-го элемента, а другое - дл  моделировани  скорости его измерени . Если между скоростью и начальным Значениём имеетс  коррел цион- . на  зависимость/ то выбираетс .пара случайных мгновенных напр жений, принадлежаща  одному случайному стационарному процессу . Величина коэффициента коррел ции задаетс  интервалом между фиксируемыми мгновё иыми амплитудными напр жени ми и зависит от шага срабатывани  коммутатора, вход щего в состав блока 2. На приведенной диаграмме (.см. фиг. 2) использованы следующие обозначени : U-1,2 мгновенные амплитудные зиачени  напр жени  -го стационариого случайного процесса; tj-t ut - интервал коррел ции между случайными напр жени ми и t - заданное врем  моделировани ; V- - скорость изменени  отдельной реализации нестационарного случайного процесса старени  i-го элемента системы. Блок 2 представл ет собой по оу-. адеству блок типовых преобразователе напр жени  - интервал, времени. Одна ко в даннсол случае в качестве выходных величин этого блока исг ользу ютс  не тиктер гчгш времени, а лйней но иэмен кнциес  напр жени , модвлйруюаше отдельные регшизации нестационарных случайных процессов йзМвнени  параметров ксйнштектующих э ементов систе№|. В силу этого его можно назвать блоком моделированш реализаций проиэссов ефарени  эпеме тов системы или бйоком преобразователей напр жени . Собственйих источников рандомизаций блок 2 преобразователей не tiMeeT. . / Блок 3 служит дл  обеспечени  р  программных ситуацай, встречающихс  при моделировании случайных про .цессов износа, стареии} Е и разрегули ровани  систем. Такие ситуации возникают , например, тогда, когда степень износа одного из элементов, системы достигает предельного згщан го заранее значени  и производитс  замена элемента. Это требует прерывани  процесса моделировани  вибрационных . или климатических воздейств на систему в течение времени ремонта . В момент времени достижени  напр жени ми, имитирующими определ  щие параметры элементов заданных пр дельно возможных значений, с первог и третьего выходов блока 3 на первы входы блоков 8 и 9 1;1бступают блокирующие сигналы, по которым прерываетс  моделирование климатических и вибрационных воздействий на модель системы. 5лок 3 содержит п пороговы элементов, каждый, из которых предназначаетс  дл  фиксировани  прёдел ных величин п компонентов исследуемой системы. Типовые пороговые элементы имеют по два входа и одному в ходу; на первые входы подаютс  срав ниваемые, напр жени  с BHXOjf a блока преобразователей, а На вторые входы пороговые напр жени , пропорциональ ные предельно возможным значени м определённых параметров элементов системы. Второй выход блока 3 пороговых элементов слу-г жит дл  передачи Л:инейно измен ющихс  напр жений, имитирующих рвализации нестационарных случайных процессов на вход модели 4 скст&ма, Блок 5 регистрации содержит схе- мы сравнени  физических параметров системы, например амплитудные, частотные и временные компараторы а также счетчики импульсов, частотомеры и другие измерительные приборы Информаци  о выходных параметрах системы с выхода блока 5 поступает дл  обработки на второй вход статистического анализатора 6. . На первый и второй входы анализатора 6 подаютс  управл ющие сигналы со вторых выходов коммутатора 8 и блока 10. По зтим сигналам включаютс  соответствуЮ1дие измерительные схемы в статистическом ангшизаторе 6, например схетла измерени  средник значений наработки до отказа исследуемой систе вл при определенном режиме функционнровани . Блоки 8 н 9 служат дл  задани  режимов климатических воздействий и вибраций. . / №эдель 4 системы может представл ть собойсовокупность электронных, электромеханических, оптоэлектронных и т.п. макетов элементов исследуеmsx систем. Макеты соедин ютс  между (зобой в -соответствии со структурой системы. Изменение определ ющих параметров макетов производитс  с помощью блока 2 формировани  реализаций случайных процессов изменени  свойств- элементов систем. Модель 4 жестко укрепл етс  на платформе вибростенда, который помещаетс  в термобарокамеру. Законы и диапазоны изменени  частот,врем  циклов качани  частот, количество циклов и поддиапазонов, величины ускорений , формы ударных импульсов, а также величины темперутур, относительной влажности, атмосферного давлени  и пределы из изменений задаютс  с помощью блоков 10 и 7 соответственно Статистический анализатор 6 служит дл  автомйтичесгкий обработки результатов веро тностного моделировани  процессов эксплуатации систем управлени . В его состав могут входить построители экспериментальных распределений значений наработки систем до отказа, вычислители характерис .тик законов распределений: MaTeMaTibiecKHX ожиданий, средних квадратических отклонений, медиан и др. Блок 7 моделировани  климатических воздействий содержит типовое обо-рудование: компрессоры низкого и высокого давлени , испаритель, охладитель , конденсатор, вентил тор, холодильную камеру. С помощью этого оборудовани  по заданной программе с помощью коммутатора 8 осуществл етс  уйравление параметрами климатических воздействий на исследуемусистему . Выбор и смена програ №4 управлени  параметрами вибраций и ускорений выполн ютс  по командам от блока селекции. Блок 10 моделировани  вибропроцессов содержит электромагнитный резонансный вибростенд, монтажную раму, ускоритель, электромагнитные вибраторы, опоры, амортизаторы. Виб ростенд работает по принципу вынужденных колебаний электромагнитных вибраторов. Дл  генерировани  этих колебаний служит преобразователь с регулируемыми частотами. Устройство работает следующим образом. Требуемые законы распределени  случайных величин, моделирующих соответствующие распределение параметров случайных процессов старени , износа и разрегулировани ., элементов исследуемой систелсл воспроизвод тс  в генераторе 1 ста- ционарных случайных процессов. Поступающие на вход блока 2 преобразовател  мгновенные амплитуд- . ные значени  случайных напр жений служат дл  формировани  реализаций нестационарных случайных процессов старени .элементов системы. Дл  каж дой реализации используютс  в общем случае два коррелированных амплитуд ных значени  напр жени . Согласно фиг. 2 одно из этих значений случай ного напр жени  У|4  вл етс  началь ным значением определ ющего парамет ра i-го элемента, а другое Uj йспо зуетс  . дл  имифации скорости изменени  этого параметра, т.е. дл  мод лировани  изменени  свойств элемент ристе ы в результате старени , изно са или разрегулировани . Линейно измен ющиес  напр жени.т выхода блока 2 поступают на вход бл ка 3 пороговых элементов. Если вели чины этих напр жений не достигают зараинее установленных порогов сраб тывани  элементов в блоке 3, то они со второго выхода подаютс  на вход модели 4 системы. Если какое-либо напр жение, имитирующее изменение определ ющих параметров элементов, превысит устано ленный в блоке 3 порог, то по перво му и третьему выходам сигналы измерени  режимов моделировани  посту пают на входы коммутаторов 8 и 9. В моменты времени поступлени  та ких сигналов измен ютс  режимы моделировани  внешних воздействий. Эти изменени  заключаютс  либо в прекра12 (ении имитации вибраций, ускорений, температурных воздействий на модель системы, либо в изменении уровней и мнтенсивностей внешних воздействмй . Характер указанных изменений зависит от особенностей моделирова   процессов функционировани  конкретных исследуекшх систем. Моделирование процессов старени  износа и разрегулировани  производит с  в модели 4 систе1«л. При этом по сигналам, поступающим на вход модели происходит одновременное имитировани изменени  свойств компонеитов системы . Это осуществл етс  в услови х виброударных и климатических воздействий на систему. Характеристики воздействий на систему: скорости варьировани  параметров , частота, длительность циклов, величины и формы ударных импульсов, значени  температур, влажности и дав лени  могут измен тьс  в ходе моделировани  по определенным детерминированным или статическим законам, отражающим реальные процессы эксплуатации систем управлени . Исходные данные о таких процессах обычно известны по результатам натурных испытаний аналогичных систем; они могут также обоснованно задаватьс  с учетом специфики использовани  систем управлени  в новых режимах. На второй вход модели 4 системы подаютс  сигналы, имитирующие климатические воздействи , в том числе: температуру, давление, влажность. На третий вход модели 4 системы поступают сигналы с выхода блока 10 моделировани  вибропроцессов. Нарушени  работоспособности исследуемой системы - выход ее определ ющих параметров за границы допусти «шх значений - фиксируютс  в блоке 5 регистрации. Информаци  о нарушени х работоспособности системы поступает на второй вход статистического анализатора б, на первый- третий входы которого со вторьм выходов коммутатора и блока 10 вибраций подаютс  сигналы об изменении режимов моделировани . По :этим сигналам с помощью известных алгоритмов и схемных реализаций вычисл ютс  такие характеристики надежности и качества функционировани  систем управлени , как интенсивность отказов , плотности распределени  веро тностей значений наработки до отказа и йа отказ, параметр потока отказов , средн   наработка до первого отказа, дисперси  времени безотказной работы и др. Таким образом, с помощью предло-. женного устройства при статистическом ,моделированИИ наиболее полно учитываетс  реальные  влени ,имеющие место при эксплуатации систем управлени , а именно: случайные процессы старени , износа, разрегулировани , вибрационные и ударные нагрузки, климатические воздействи  (температура, влажность , давление). Этим обеспечиваетс  значительный технико-экономический эффект при применении устройства: в 5-6 раз сокращаютс  трудозатраты на проведение испытаний , более точно моделируютс  веро тностные процессы эксплуатации, а также более достоверно прогнозируютс  численные значени  показателей качества и надежности функционировани  исследуемых систем управлени .

Claims (3)

1.Авторское свидетельство СССР : 200249, кл. G Об F 15/36, 1965.

2.Авторское свидетельство СССР 0 227649, кл. GtOI М 1/00, 1966.

3.Авторское свидетельство СССР . № 237987, кл. Н 02 М 5./458, 1976

(прототип). .