УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ ОБЪЕКТОВ
APPARATUS FOR MONITORING RADIO-ELECTRONIC OBJECTS

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для оценки технического состояния контролируемого объекта и прогнозирования момента вывода его на профилактику.
Известно устройство для контроля технического состояния радиоэлектронных объектов, содержащее m датчиков параметров. Коммутатор, нормализатор, аналого-цифровой преобразователь, два блока умножения, два блока суммирования, блок алгебраического суммирования, блок памяти, блок задания эталонов, блок задания коэффициентов сглаживания, регистр сдвига, блок индикации, генератор тактовых импульсов, делитель частоты и семь ключей (описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1272341, МКИ G06F 15/46, опубл. 23.11.1986 г. в бюл. №43).
Недостатком данного устройства является низкая достоверность контроля вследствие отсутствия интервального оценивания результатов измерений и возможности учета грубых ошибок измерения.
Известно устройство для контроля радиоэлектронных объектов, содержащее коммутатор, подключаемый к датчикам параметров, нормализатор, аналого-цифровой преобразователь, четыре блока памяти, задатчик коэффициентов экстраполяции, блок умножения, накапливающий сумматор, задатчик доверительных интервалов, три блока алгебраического суммирования, три элемента сравнения, задатчик номиналов параметров, задатчик допусков, два элемента И, счетчик, дешифратор, блок индикации, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, элемент ИЛИ, триггер и семь ключей (описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1399773, МКИ G06F 15/46, опубл. 30.05.1988 г. в бюл. №20).
Недостатком известного устройства для контроля радиоэлектронных объектов является низкая оперативность выявления радиоэлектронных объектов с большими отклонениями измеряемых параметров от номинальных значений.
Технический результат - повышение оперативности контроля радиоэлектронных объектов, характеризующихся большими отклонениями результатов измерения параметров от номинальных значений.
Указанный технический результат достигается тем, что в предложенное устройство введены дополнительно преобразователь двоичного кода в число импульсов, первый блок элементов И, блок триггеров, второй элемент ИЛИ, регистр сдвига, второй блок элементов И, шифратор, пятый блок памяти и блок выбора объекта контроля, осуществляющие текущее ранжирование проконтролированных параметров в пределах одного цикла по значению величины отклонения результата измерения от номинала параметра с обеспечением очередности измерения параметров на следующем цикле контроля в соответствии с результатами их ранжирования.
На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для контроля радиоэлектронных объектов.
Устройство содержит датчики 1 параметров, коммутатор 2, нормализатор 3, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, первый элемент 5 сравнения, второй элемент 6 сравнения, первый блок 7 алгебраического суммирования, второй блок 8 алгебраического суммирования, задатчик 9 доверительных интервалов, четвертый блок 10 памяти, шестой ключ 11, триггер 12, первый элемент И 13, первый блок 14 памяти, четвертый ключ 15, накапливающий сумматор 16, первый ключ 17, задатчик 18 коэффициентов экстраполяции, блок 19 умножения, второй ключ 20, третий ключ 21, второй блок 22 памяти, третий блок 23 памяти, третий блок 24 алгебраического суммирования, задатчик 25 номиналов параметров, пятый ключ 26, третий элемент 27 сравнения, задатчик 28 допусков, блок 29 индикации, первый элемент ИЛИ 30, второй элемент И 31, счетчик 32, дешифратор 33, генератор 34 тактовых импульсов, делитель 35 частоты, преобразователь 36 двоичного кода в число импульсов, первый блок 37 элементов И, блок 38 триггеров, второй элемент ИЛИ 39, регистр 40 сдвига, второй блок 41 элементов И, шифратор 42, пятый блок 43 памяти и блок 44 выбора объекта контроля.
Устройство работает следующим образом.
nj
Пусть устройство обслуживает L объектов, по каждому из которых контролируется m параметров. Длительность опроса параметров T, .
1
L
1
m
1
4
Импульсы, формируемые генератором 34 тактовых импульсов и подключенным к его выходу делителем 35 частоты, предназначенные для получения управляющих сигналов: A-A, определяющие номер объекта; C-C, определяющие номер параметра; S-S, определяющие взаимодействие и функционирование отдельных блоков устройства.
1
2
L
1
2
m
0
От датчиков 1 параметров, характеризующих текущее техническое состояние объектов, электрические сигналы в аналоговой форме поступают на коммутатор 2, который обеспечивает поочередное подключение электрических сигналов от каждого из объектов и представляет собой электронный коммутатор, состоящий из L (по числу объектов) схем электронной селекции на три входа каждая, причем первые их входы постоянно соединены с объектами. На вторые входы коммутатора 2 подаются управляющие сигналы {A}=A, A, …, A и {C}=C, C, …, C с блока 44 выбора объекта контроля и соответствующего параметра. При первоначальном включении устройства объекты последовательно подключаются для контроля с периодом опроса T, а затем очередность подключения объектов определяется отклонениями результатов измерения параметров от номинальных значений: в первую очередь, контролируются объекты с большими отклонениями параметров от своих номиналов.
1
Третьи входы коммутатора 2 опрашиваются управляющими сигналами S и непосредственно определяют момент съема аналоговых величин с датчиков. Таким образом, с выхода коммутатора 2 на нормализатор 3 в любой момент времени могут поступать электрические сигналы только от одного из контролируемых объектов.
Нормализатор 3 осуществляет представление различных электрических величин контролируемых параметров объектов в определенный масштаб напряжения постоянного тока и может быть реализован на операционном усилителе постоянного тока с изменяемым коэффициентом усиления. Коэффициент усиления усилителя автоматически устанавливается сигналами [A}, {C} и определяется текущими номерами контролируемого объекта и параметра. Изменение коэффициента усиления может быть достигнуто изменением номинала сопротивления резистора в цепи обратной связи операционного усилителя.
j
j
jÝ
АЦП 4 преобразует напряжение с выхода нормализатора в цифровой двоичный код, который поступает на первые входы первого 5 и второго 6 элементов сравнения. Для учета грубых ошибок измерения и отказов сбойного характера каждый очередной результат измерения U, поступающий с АЦП 4, проверяется на принадлежность его значения к доверительному интервалу ±ΔU, центр которого равен экстраполированному значению параметра U. Эта проверка осуществляется в элементах 5 и 6 с использованием следующих соотношений:
лев.j
прав.j
где U и U - соответственно левая и правая границы доверительного интервала параметра j, которые рассчитываются в блоках 7 и 8 в соответствии с выражениями:
Если выполняется соотношение (1), то результат измерения учитывается, если (2) - то исключается из процесса экстраполяции.
j
Значения полуинтервала ΔU по каждому из параметров в виде констант хранятся в задатчике 9. Предварительный расчет значений полуинтервалов производится путем учета трех основных источников ошибок: измерения с дисперсией , преобразования из аналоговой формы в цифровую с дисперсией  и экстраполяции с дисперсией ; Считая, что суммарные ошибки распределены по нормальному закону с нулевым математическим ожиданием, среднеквадратичное значение суммарных ошибок определяется с помощью выражения: .
j
Дисперсию ошибок преобразования можно вычислить на основе известного соотношения , где n - цена младшего разряда для параметра j. Дисперсию ошибок экстраполяции на основе соотношения (3) можно рассчитать с помощью соотношения
где p - число периодов измерений, на которое производится экстраполяция; N - объем выборки результатов измерений, на основе которой производится экстраполяция.
j
Σj
Значение полуинтервала ΔU выбирают таким, чтобы обеспечить вероятность попадания очередного измерения внутри интервала, близкую к единице: ΔUj=3·σ.
Экстраполированное значение параметра рассчитывается на момент времени, соответствующий моменту поступления очередного нового результата измерения данного параметра. При отсутствии грубых ошибок измерения расчет экстраполированных значений производится на основе соотношения:
i
ij
i
где a - коэффициент веса i-го измерения, ; N≥3; U - результат измерения параметра j на момент времени i; N - объем выборки результатов измерений. Коэффициенты a хранятся в блоке 18.
ij
1
2
Очередной результат измерения U в двоичном коде с блока 4 поступает на первый вход четвертого блока 10 памяти по синхросигналу S. По сигналу S содержимое блока 10 подается на первый вход шестого ключа 11, управляемого по второму входу первым выходом триггера 12. В качестве триггера может быть использован триггер, работающий по логике RS-триггера.
1
Синхросигналом S, подаваемым на второй вход триггера 12 (на R-вход), триггер переводится в нулевое состояние. Если грубые ошибки измерения отсутствуют, т.е. выполняется условие (1), то на обоих входах элемента И 13 появляются единичные сигналы, следовательно, единичный сигнал появляется и на выходе элемента И 13. Этот сигнал подается на первый вход триггера 12 (на S-вход). Триггер переводится в "единичное" состояние (т.е. опрокидывается в другое состояние), на его первом выходе появляется единичный сигнал, который будучи приложенным к второму входу шестого ключа 11 обеспечивает передачу содержимого блока 10 в первый блок 14 памяти.
ij
jÝ
Если результат измерения U подан на вход устройства с грубой ошибкой или в блоках 2, 3 и 4 произошел сбой, который привел к существенному изменению входной информации о параметре j, то выполняется условие (2). В этом случае на выходе элемента И 13 единичный сигнал отсутствует, триггер 12 остается в нулевом состоянии. Так как второй выход триггера 12 (нулевой выход) соединен с вторым входом четвертого ключа 15, то последний открывается и обеспечивает прохождение и запись в блок 14 экстраполированного значения параметра U.
jÝ
ij
jÝ
i
ij
i
jÝ
Таким образом, в случае грубой ошибки или сбоя для формирования экстраполированного значения U текущее значение U исключается и вместо него используется значение U предыдущего цикла измерения, поступающее с накапливающего сумматора 16 через первый ключ 17. Значение формируется в блоках 18, 19 и 16 в соответствии с выражением (5), при этом в блоке 19 формируются произведения a·U (или a·U в случае грубых ошибок), а в блоке 16 производится суммирование произведений, полученных в течение N периодов.
Ý
j
Рассчитанные экстраполированные значения U выдаются на входы блоков: 7 и 8, где производятся вычисления по выражению (3). Значение ΔU поступает на блоки 7 и 8 из задатчика 9 доверительных интервалов.
лев.j
прав.j
Значения U и U соответственно через ключи 20 и 21 и блоки 22 и 23 памяти выдаются на элементы 5 и 6 сравнения.
j
j
Hj
Результат измерения контролируемого параметра U с выхода АЦП 4 подается на блок 24, в котором в цифровой форме рассчитывается абсолютное значение величины отклонения Δ контролируемого параметра от его номинала U:
j
j
ξ
Номинальные значения по каждому из параметров поступают с задатчика 25, в котором хранятся L×m номинальных значений параметров. Значения отклонений Δ с блока 24 через пятый ключ 26 поступают на элемент 27, который на основе сравнения значений отклонений Δ с пороговыми значениями П, ξ=1, 2, …, позволяет принять решение о текущем техническом состоянии объекта. В третьем элементе 27 сравнения реализуется следующая логика принятия решений.
j
1
1
j
2
2
j
3
3
j
0≤Δ<П - нормальный режим работы; П≤Δ<П - режим «контроль»; П≤Δ<П - режим «профилактика»; Π≤Δ - необходим ремонт объекта.
1
2
3
Пороговые значения отклонений П, П и П но каждому из контролируемых параметров хранятся в задатчике 28 допусков.
Результат оценки состояния объектов по каждому контролируемому параметру в виде уровня напряжения (тока) выдается и отображается на табло блока 29 индикации.
Если очередной результат измерения удовлетворяет условию (2), то на выходе элемента ИЛИ 30 формируется единичный сигнал, который через элемент И 31 поступает в счетчик 32 и по данному параметру записывает «единицу». Результаты подсчета подаются в дешифратор 33, который идентифицирует нахождение измеренного значения параметра за пределами доверительного интервала как случайный «выброс» либо как ускоренный «дрейф» параметра, при этом выбираемый вариант решения отображается на блоке 29 индикации.
j
Hj
j
3
С выхода блока 24 сигнал, соответствующий величине отклонения Δ контролируемого параметра от его номинала U, поступает на вход преобразователя 36 двоичного кода в число импульсов («единиц»), пропорциональное значению величины Δ. Эти «единицы» поступают на первые входы элементов И блока 37. Вторые входы первого блока 37 элементов И соединены с инверсными выходами блока 38 триггеров, на третьи входы элементов И блока 37 поступает управляющий сигнал S.
1
С началом контроля первого параметра блок триггеров 38 сигналом S (подаваемым на R-входы RS-триггеров) устанавливается в начальное состояние - триггеры в состоянии логического «0». Этот же сигнал записывает «единицу» в первую ячейку регистра 40 сдвига.
Если значение отклонения измеряемого параметра окажется выше, чем у ранее проконтролированных параметров, то есть число «единиц» с выхода преобразователя 36 окажется больше числа «единиц», записанных в блоке 38 триггеров, то откроется такое количество элементов И первого блока 37, которое равно разности чисел «единиц», поступающих с выхода преобразователя 36, и записанных в блоке 38 триггеров. Импульсы с выходов первого блока 37 элементов И, поступая на входы S RS-триггеров блока 38, перебросят триггеры в состояние логической «единицы».
В случае, когда значение отклонения результата измерения параметра от его номинала не является самым высоким среди проконтролированных параметров, то элементы И блока 37 не откроются.
Если значение отклонения результата измерения параметра от его номинала окажется выше, чем в ранее проконтролированных параметрах данного цикла измерений, то на первые входы элементов И второго блока 41 с выхода второго элемента ИЛИ 39, входы которого соединены с выходами элементов И первого блока 37, поступит импульс.
Так как вторые входы каждого из элементов И второго блока 41 соединены с выходами одного из соответствующих триггеров регистра 40 сдвига, то с выхода одного из элементов И (соответствующего номеру контрольной операции в цикле опроса) блока 41 на соответствующий управляющий вход шифратора 42 поступит импульс. Этот импульс преобразуется в двоичную кодовую комбинацию, содержащую информацию о номере параметра с наибольшим отклонением результата измерения от номинального значения, которая записывается в первые ячейки пятого блока 43 памяти.
Если среди последующих контролируемых параметров окажется результат измерения с еще большим отклонением от соответствующего номинала параметра, то номер этого параметра записывается в первую ячейку блока 43 памяти, а предыдущая запись переносится во вторую ячейку памяти блока 43. Таким образом, в блоке 43 памяти осуществляется текущее ранжирование проконтролированных параметров в пределах одного цикла по значению величины отклонения результата измерения от номинала параметра.
0
j
По окончании цикла опроса всех параметров длительностью T блок 44 выбора объекта контроля, информационные входы которого подключены к выходам блока 43 памяти, с помощью набора сигналов {A} и {C} обеспечивает очередность подключения датчиков 1 параметров (через коммутатор 2) в соответствии с ранжированием параметров и расположением их номеров в ячейках блока 43 памяти. Следовательно, первым контролируется параметр с наибольшим отклонением результата измерения (на предыдущем цикле контроля) от номинального значения, затем параметр с несколько меньшим значением отклонения величины Δ и т.д.
Выход блока 43 памяти подключен также к информационным входам шифратора 42 для обеспечения учета изменившейся очередности контроля параметров.
0
j
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить оперативность контроля объектов, параметры которых имеют наибольшее отклонение результатов измерения от соответствующих номинальных значений. На очередном цикле измерений подобные параметры, как наиболее критичные, контролируются в первую очередь, анализируется причина столь больших отличий их значений от номиналов (грубая ошибка измерения либо изменившееся техническое состояние объекта) и выносится соответствующее решение: повторное измерение, регулировка параметра либо ремонт объекта. В среднем, при равных вероятностях появления критических (запредельных) значений параметров, предлагаемое устройство позволяет на половину периода опроса объектов Ò/2 сократить время ожидания повторного измерения параметра с наибольшим значением отклонения Δ значения параметра от номинала.