Устройство для определения параметров контроля

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании случайных процессов, в том числе для определения с заданной доверительной вероятностью энтропии параметров контроля сложных технических систем. Энтропия каждого k-ro из m параметров, подлежащих контролю и зависящих от состояния L элементов, оказывающих на него влияние, определяется, аппаратурной реализацией выражения (1) H,(t) -Р,, (t),(t) -f l-Pnjt ) log,l-Pn,(t)/ где P(t) - вероятность безотказной работы по k-y параметру контроля, - .. и причем Pp(t) П P,(t). При этом заданная доверит ельная вероятность обеспечивается N кратной реализацией выражения (1) и, усреднением по N формуле Н. (t) EH,f,, (t)/N. Число t jt.1 о L зависимых элементов и их связи устанавливается при моделировании конкретной структуры с помощью наборного поля. 2 з-п.ф-лы, 4 ил. i (Л N9 СД ;о д ;о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

ЦЕ «г! (gg 4 G 06 7 15/46

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

".Вь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3894785/24-24 (22) 12.05.85 (46) 23.09.86. Бюл. ¹ 35 (72) Е. И, Вороденко, В. А. Дударев, В. Е. Назаренко и А. Г. Зотов (53) 681.30.96(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 296126, кл. G 06 G 7/48, 197!.

Авторское свидетельство СССР № 1066351, кл. G 06 G 15/46, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОНТРОЛЯ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании случайных процессов, в том числе для определения с заданной доверительной вероятностью энтропии параметров контроля сложных технических систем. Энтропия каждого k-го из m параметров, подлежащих контролю и зависящих от состояния Ь элементов, оказывающих на него влияние, определяется. аппаратурной реализацией выражения

H,(t)= -Р„, (*)1og „, (t) -3 (i— (1) ()1 tag, (1-P„„(t)$3r где Р„ (t) — вероятность безотказной работы по k-у параметру контроля, ( причем P„„(t) = П Р,(Ь). При этом заданная доверительная вероятность обеспечивается 1)! кратной реализацией выражения (1) и усреднением по н формуле Н (t) = K Н),, (t)/N. Число ((Ь зависимых элементов и их связи устанавливается при моделировании конкретной структуры с помощью наборного поля. 2 з-п.ф-лы, 4 ил.

l2592

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании случайных процессов, например, для определения с заданной доверительной вероятностью энтропии параметров контроля сложных технических систем, Цель изобретения — обеспечение возможности определения с заданной доверительной вероятностью энтропии 10 параметров контроля сложных технических систем.

На фиг. представлена структурная схема устройства, на фиг. 2 — структурная схема блока управления; на 15 фиг, 3 — узел вычисления энтропии; на фиг. 4 — блок задания вероятности безотказной работы.

В процессе использования сложных технических систем их состояние (работоспособное — не работоспособное) определяется контролем определенной выборки параметров. Структуру технической системы составляют и элементов с произвольной топологией, причем состояние каждого i-ro элемента определяется вероятностью безотказной работы Р,(t). Контролю подлежат m параметров, причем п з m. В зависимости от структуры состояние 30 каждого k-го параметра контроля зависит от состояния каждого элемента системы, оказывающего на него влияние, т,е, вероятность безотказной работы по k-му параметру контроля 35

Рп ((,) равняется произведению вероятностей безотказной работы Ь элементов, оказывающих влияние на k-й параметр контроля: где P„ (t) — вероятность безотказной работы no k-му параметру контроля;

Р (т,) — вероятность безотказной работы >-го элемента, Каждый k-й параметр контроля так- б же характеризуется энтропией Н (t).

В математическом плане задача определения энтропии k-ro параметра конконтроля сводится к вычислению формулы 55 tl„(t) = -Pz„(t)log P,„(t) -(1—

-г„()1од, (1 — Pq„(t))), 91 где Н,(t) Z Н„. (1)

Нк где Нк (t) — энтропия k-го параметра контроля, определенная с заданной доверительной вероятностью;

H„ (t) — энтропия k-го параметра

) контроля, определенная при )-й выборке;

И вЂ” количество выборок, удовлетворяющее заданной доверительной вероятности, Энтропия k-ro параметра контроля

Нк (t) определяется для момента вреФ мени

to + T9

Э ) где t, — начало эксплуатации технической системы (t = 0);

Т вЂ” время ее эксплуатации.

Для опрецеления энтропии параметров контроля моделируется случайный процесс изменения вероятности безотказной работы элементов системы.

Моделируется ее структура, определяется вероятность безотказной работы по каждому k-му параметру контроля, определяется энтропия каждого k-r o параметра, суммируются вычисленные значения энтропий в момент времени по каждому k-му параметру контроля и по каждой выборке, определяется среднее значение энтропии каждого

k-ro параметра технической системы и отображаются численные значения энтропии каждого k-го параметра в момент времени Тэ.

Устройство содержит блок 1 управления, блок 2 задания постоянного напряжения, первый ключ 3, первый энтропия k-ro параметра контроля;

Р (1) — вероятность безотказной пк работы по k-му параметру контроля, — 1, m.

Чтобы определить энтропию k-го параметра контроля с заданной доверительной вероятностью, необходимо провести N выборок (численное значение N выбирается, -исходя из заданной доверительной вероятности) и найти ее среднее значение:

Блок 2 через открытый ключ 3 и

40 диоды 36 заряжает емкости 37 до ве.личины Е„,т, пропорциональной Р; е " = l. Когда все емкости 37 заряжены до величины Е„„,, на выходах всех элементов 6,-6я появляется на45 пряжение логической единицы. Оно поступает на соответствующие входы элемента 4 и далее на второй вход блока 1,. т.е. на первый вход элемента 23, на второй вход которого

M поступает логическая единица с нулевого выхода триггера 29. Счетчик 22 и триггер 25 устанавливаются в нулевое состояние, Сигнал логической единицы с нулевого выхода триггера 25

55 поступает на втсрой управляющий выход блока 1 и управляющий вход ключа 21, разрешая прохождение импульсов с генератора 20 на счетный вход з 12592 элемент И 4, узлы 5, -5 вычисления энтропии, элементы 61 -6„ сравнения, первые блоки 7, -7 умножения, генераторы 8„-8„ ñëó÷àéíîãî напряжения, вторые ключи 9„ -9>, наборное поле

10, вторые блоки 11, -11 умножения, блоки 12, — 12„ задания вероятности безотказной работы, третьи ключи

13,-13,„, накапливающие сумматоры

14,-14,„, четвертые ключи 15, -15„„ 1О блоки 16, -16 деления, первые аналого-цифровые преобразователи 1?,—

17<, дешифраторы 18,-18 и блок 19 индикации.

Блок 1 управления содержит генератор 20 тактовых импульсов, первый ключ 21, первый счетчик 22, элемент

И 23, элементов ИЛИ 24, первый триггер 25, второй счетчик 26, второй ключ 27, аналого-цифровой преобразо- 2р ватель 28 и второй триггер 29.

Узел 5 вычисления энтропии содержит первый блок 30 логарифмирования, первый блок 31 умножения, блок 32 вычитания, второй блок 33 логарифми25 рования, второй блок 34 умножения и блок 35 суммирования. Блок 12 задания вероятности безотказной работы ! включает диод 36, переменную емкость

37, ключ 38 и резистор 39.

Устройство работает следующим образом.

В момент времени t величины переменных емкостей 37 устанавливаются обратно пропорциональными интенсив- 35 ностями отказов ; элементов исследуемой системы. На наборном поле 10 осуществляются коммутации в соответствии со структурой исследуемой системы. Коэффициент деления счетчика

22 устанавливается пропорциональным времени эксплуатации Т . Коэффициент деления счетчика 26 устанавливается пропорциональным числу повторений моделирования процесса И, необходимому для достижения заданной доверительной вероятности.

В момент времени t на первый вход блока 1 подается импульс начала работы устройства, который поступает на нулевой вход триггера 29, устанавливая его в нулевое состояние. Сигнал логической единицы с его нулевого выхода поступает на второй вход элемента 23, тем самым разрешая прохождение импульсов с элемента 4, поступающих на второй вход блока 1. Логический нуль с единичного выхода

91 4 триггера 29 поступает на третий управляющий выход блока 1 и далее на управляющие входы ключей 15< † запрещая тем самым прохождение через них информации с сумматоров 14,—

14ù на первый вход соответствующих блоков 16, — 16

Импульс начала работы поступает также на второй вход счетчика 26, устанавливая его в нулевое состояние, и через элемент 24 — на единичный вход триггера 25, устанавливая его тем самым в единичное состояние. Логическая единица с единичного выхода триггера 25 поступает на первый управляющий выход блока 1 и далее на управляю:ций вход ключа 3, тем самым разрешая прохождение постоянного напряжения на первые входы блоков

12,-12„, а также на вторые входы ключей 13„-13, тем самым разрешая прохождение информации с выходов блоков 5,-5 на входы соответствующих сумматоров 14, — 14 щ.

Логический нуль с нулевого выхода триггера 25 поступает на управляющий вход ключа 21, запрещая прохождение на вход счетчика 22 импульсов с генератора 20, а также на второй управляющий выход блока 1 и далее— на вторые входы блоков 12, -12„, соединеннь е с управляющими входами ключей 38, запрещая разряд переменных емкостей 37, а также на управляющие входы ключей 9> -9„, запрещая прохождение информации с выходов блоков

71-7„ на соответствующие входы наборного поля 10.

5 I счетчика 22. Логический нуль с еди- ничного выхода триггера 25 поступает на первый управляющий выход блока 1.

Логический нуль с первого управляющего выхода блока 1 поступает на управляющий вход ключа 3, запрещая прохождение напряжения блока 2 на входы блоков 12(-12„ и первые входы элементов 6,-6„, а также поступает на управляющие входы ключей 13(-13„, тем самым запрещая прохождение информации с выходов узлов 5, -5 на входы соответствующих сумматоров

14,-14 . Логическая единица с второго управляющего выхода блока 1 поступает на вторые входы блоков 12,—

12„, разрешая разряд емкостей 37, и на вторые входы ключей 9, -9ц, подключая тем самым выходы блоков

7, -7д к соответствующим входам наборного поля 10.

Переменные емкости 37 начинают разряжаться, так как на первые входы элементов 6(-би подаются напряжения с соответствующих вторых выходов блоков 12„-12(,, а на их вторые входы подается напряжение, равное нулю, так как первый ключ 3 закрыт.

На выходах элементов 6(-би и на выходе элемента 4 появляется логический нуль, который поступает на второй вход блока 1.

Напряжение с первых выходов блоков 12,-12и, пропорциональное изменению вероятности безотказной работы во времени Р (t) = е,поступает на первые входы соответствующих блоков

7(7„,на вторые входы которых поступает напряжение с генераторов 8,-8ц.

На выходах блоков 7(-7 моделируется случайный характер изменения вероятности безотказной работы элементов исследуемой системы 11 = U«U>,, Напряжения с выходов блоков 7, -7и через открытые ключи 9, -9 „ поступают на соответствующие входы наборного поля 10. Входные напряжения, согласно структуре исследуемой системы, поступают на соответствующие выходы наборного поля 10, подключенные к со ответствующим входам соответствующих блоков 11, -11и. На выходе последних моделируется случайный характер изме ненни вероятностей безотказной работы параметров контроля, пропорцио" - ;(1 нр(ь х p„,Ю=.П е 0

3259291 Ь

Напряжения U< . с выходов блоков н, 11(-11и„ поступают на первые входы соответствующих узлов 5, -5, т.е, на входы блоков 30, на выходах которых напряжения пропорциональны вычисленным значениям логарифма

Ь я ° с

log Г(е U, (=1

НапРяжение ((с выхода блока 30 !

О ,поступает на первый вход блока 31, на втором входе которого присутствует напряжение с первого входа узла

5. На выходе блока 31 напряжение пропорционально

15 " (; -Я1

Ue "U((.1од пе

r=i 1п1

На первый вход блока 32 с второго входа узла 5 поступает напряжение, пропорциональное логической единице, а на его второй вход — напряжение

U(ö (с первого входа узла 5, С выхода блока 32 напряжение, пропорциональ-я; ное (,П е "з; поступает на вход

i=i блока 33, на выходе которого,напряже-. нно пропорцнонппнно (r и,о

Это напряжение поступает на

J р(ервыи вход блока 34, на втором входе которого присутствует напряжение

U>z с выхода блока 32. С выхода блока 34 напряжение U>q — — U z ° U>q (Е ист -(-(н, ) ° 1оя (Е ис(— U «, ) поступает на второй вход сумматора 35, 35 на первый вход которого поступает напряжение U . На выходе блока 35 напряжение пропорционально Н;- =

-я;

=Г e LI,, (o),Ï e 08;+ ро пропорционально энтропии i-го пара метра контроля. Величина напряжения изменяется с изменением t. Напряжения с выходов блоков 35, -35щ поступают на выходы узлов 5,-5,„. Однако через закрытые ключи 13„-13 п,они не будут поступать на входы соответствующих сумматоров 14, -14ри.

В момент времейи t,когда заполнит50 ся счетчик 22 (т.е. пройдет время, пропорциональное времени эксплуата- ции Т ), на его выходе появляется импульс переполнения, который записывает единицу в счетчик 26 и,.про,55 йдя через элемент 24, изменяет состояния триггера 25, воздействуя на его единичный вход. Логическая едичица поступает на первый управляющий

1259291

7 выход блока 1 управления.

Логический нуль с нулевого выхода триггера 25 поступает на второй управляющий выход блока 1 и на управляющий вход ключа 21, запрещая прохождение импульсов с генератора 20 на вход счетчика 22.

Сигнал с первого управляющего выхода блока 1 открывает-ключ 3, поступая íà его управляющий вход, и от- !О крывая ключи 13!-13, разрешая тем самым поступление с выхода узлов 5<5щ напряжения, пропорционального энтропии параметров контроля во время, равное заданному времени эксплуата- !5 ции Т, на вход соответствующих сум- . маторов 14 -14 . Следовательно в сумматорах 14,-14 напряжение пропорционально энтропии соответствующего параметра контроля при заданном вре- 20 мени эксплуатации Тэ, Сигнал с второго управляющего выхода блока 1 поступает на вторые входы блоков 12,-12„ H 1111eI!I eT pasряд конденсаторов 37, а также — на 25 управляющие входы ключей 9! -9!1, закрывая их.

Через открытый ключ 3 начинается заряд конденсаторов 37. Когда все конденсаторы будут заряжены до величины напряжения блока 2 — на всех выходах элементов 6<-6!! появляются сигналы логической единицы, которые псступят на соответствующие входы элемента 4. С его выхода сигнал логической единицы поступает на второй вход блока 1 и далее — на первый вход элемента 23, на втором входе которого присутствует сигнал логической единицы с второго триггера 29.На

40 выходе элемента 23 появляется сигнал логической единицы. Поступая на вход сброса счетчика 22,данный сигнал устанавливает его в нулевое состояние, а поступая на нулевой вход триггера 25, изменяет. его состояние на противопо- 45 ложное. На нулевом выходе триггера

25 появляется сигнал логической единицы, который открывает ключ 21, разрешая прохождение импульсов с -генератора 20 на первый вход счетчика

22. Далее этот сигнал поступает на второй управляющий выход блока 1, открывая тем самым ключи 9!-9ц и разрешая разряд емкостей 37. Логический нуль с единичного выхода тригге--55 ра 25 поступает на первый управляющий выход блока 1, закрывая ключи 13!13,„и 3.

Начинается разряд конденсаторов

37. Реализуется повторное вычисление энтропии параметров контроля по описанному алгоритму работы устройства.

В зависимости от заданной достоверности результатов реализуется N циклов вычисления. По их окончании сигнал переполнения счетчика 22 запишется в счетчик 26, предварительно установив такое состояние триггера 25, при котором на единичном выходе будет сигнал логической единицы, а на нулевом — сигнал логического нуля.

Открыты ключи 13,-13,„ и 3, закрыты ключи 9,-9!! и 38, начинается заряд емкостей 37.

Счетчик 26, число переполнения которого равно N, полностью заполнен, и логическая единица с его старшего разряда поступает на единичный вход триггера 29, изменяя его состояние на противоположное. Логический нуль с его нулевого выхода поступает на второй вход элемента 23, запрещая прохождение на его выход сигнала логической единицы с выхода элемента

4. Логическая единица с единичного выхода триггера 29 поступает на управляющий вход ключа 27, открывая его. Содержимое счетчика 26 поступает на информационный вход ключа 27 и далее на его выход и вход аналого-цифрового преобразователя 28, на выходе которого появляется напряжение, пропорциональное содержимому счетчика

26. Этот сигнал поступает на информаци: онный выход блока 1. Логическая единица с единичного выхода триггера 29 поступает также на третий управляющий выход блока 1 и далее на управляющие входы ключей 15!-15щ, открывая их и

:разрешая прохождение напряжения с выхода сумматоров 14! -14!», пропорциоК нального Н . = 1! . на первый вход

1! Ч соответствующих блоков 16! -16„„на вторые входы которых поступает напряжение, пропорциональное N с информационного выхода блока l.

На выходе блоков 16, -16, присутствует cHFHRH U!g = Б!4 /Uyg, пропорциональный математическому ожиданию энтропии параметров контроля !1;, и

Н; /К, Напряжение с выходов бло)! ), кЬв 16,-161„ деления поступает на входы соответствующих "íàëîãî-цифровых преобразователей 17, -17,, на вы291

9 1 259 ходе которых цифровой код пропорционален входным напряжениям, Ч ерез соответствующие дешифраторы 18, †>„ он отображается на блоке 19.

Так как на втором входе элемента

23 сигнал логического нуля, то по окончании заряда всех емкостей 37 сигнал логической единицы с выхода элемента 4 не пройдет на выход элемента 23.

Формула изобретения

1. Устройство для определения параметров контроля, содержащее II генераторов случайного напряжения по числу элементов контролируемой системы, выходами соединенные с входами соответствующих первых блоков ум20 ножения, блок задания постоянного напряжения, элемент И, ш накапливающих сумматоров по числу контролируемых параметров и блок индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности определения энтропии параметров контроля, устройство содержит по п блоков задания вероятности и элементов сравнения, наборное поле, первый ключ и и вторых ключей, m каналов вычисления, каждый из которых содер жит второй блок умножения, узел вычисления энтропии, третий и четвертый ключи, блок деления, аналогоцифровой преобразователь и дешифра35 тор, а также блок управления, первый управляющий выход которого соединен с управляющими входами первого и третьего ключей, второй управляющий выход блока управления связан с управляющими входами вторых ключей и с вторыми входами блоков задания вероятности безотказной работы, третий управляющий и информационный вы45 ходы и информационный вход блока управления подключены соответственно к управляющим входам четвертых ключей, к вторым входам блоков,целения и к выходу элемента И, входами соединенного с выходами элементов сравнения, первые входы которых подключены к вторым выходам блоков задания вероятности безотказной работы„ связанных первыми выходами и входами соответственно через первые блоки умножения и вторые ключи с соответствующими входами наборного поля и .с выходом первого ключа, соединенным с вторыми входами элементов сравнения, выход блока задания постоянного напряжения связан с входом первого ключа и с .вторыми входами узлов вычисления энтропии, первый вход и выход каждого из которых подсоединен соответственно к выходу второго блока умножения данного канала и через последовательно соединенные в канале третий ключ, накапливающий сумматор, четвертый ключ, блок деления, аналого-цифровой преобразователь и дешифратор — к соответствующему входу блока индикации, при этом входы каждого блока умножения соединены с группой соответствующих данному каналу выходов наборного поля.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит генератор тактовых импульсов, два ключа, два счетчика, два триггера, элемент И, элемент

ИЛИ и аналого-цифровой преобразователь, выход и вход которого соединены соответственно с информационным выходом блока и через второй ключ блока — с выходом второго счетчика, связанного счетным входом и выходом соответственно с выходом первого счетчика и с единичным входом второго триггера, нулевой и единичный выходы и нулевой вход которого подключены соответственно к второму входу элемента И блока, к третьему управляющему выходу блока и к входу запуска блока, связанному с первым входом элемента ИЛИ, второй вход и выход которого соединены соответственно с выхоцом первого счетчика и с единичным входом первого триггера, связаНного нулевым входом и единичным и нулевым выходами соответственно с выходом элемента И блока, с первым управляющим выходом блока и с вторым управляющим выходом блока, соединенным также с управляющим входом первого ключа блока, счетный вход и вход сброса первого счетчика соединены соответственно через первый ключ блока с выходом генератора тактовых импульсов и через элемент И. блока с его информационным входом, единичный выход второго триггера подсоединен к управляющему входу второго ключа, а вход сброса второго счетчи-. ка — к входу запуска блока.

3. Устройство по п. 1, ч а ю щ е е с я тем, что узел вычисления энтропии содержит блок вычитания, .блок суммирования, два бло. .ка логарифмирования и два блока умножения, первый вход узла связан с его выходом через первый блок логарифмирования, первый блок умножения и блок суммирования, а также через блок вычитания, второй блок логариф25929) 12 мирования, второй блок умножения и блок суммирования, второй вход первого блока умножения, второй вход блока вычитания и второй вход второ5 го блока умножения подключены соответственно к первому входу узла, к второму входу узла и к выходу блока вычитания.

Фиг.2

1259291

Составитель В.Смирнов

Редактор Н.Яцола Техред N.Õîäàíè÷ Корректор A Зимокосов

Заказ 5124/48 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Н-35, Раушская наб., д.4/5 оизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4