Міністерство освіти України
Державний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського
“Харківський авіаційний інститут”
НАРОЖНИЙ Віталій Васильович
УДК 681.5.09
ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ АКТИВНОЇ ВІДМОВОСТІЙКОСТІ
МОДИФІКОВАНИХ БОРТОВИХ ВИМІРЮВАЛЬНИХ ПРИСТРОЇВ
05.13.03 – Системи та процеси керування
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків 1999
Дисертацією є рукопис
Роботу виконано у Державному аерокосмічному університеті ім. М.Є.Жуковського “Харківський авіаційний інститут” Міністерства освіти України
Науковий керівник:
доктор технічних наук, професор КУЛИК Анатолій Степанович, Державний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, кафедра систем управління літальними апаратами, декан, завідуючий кафедрою
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор ФОМЕНКО Олег Миколайович, Харківський військовий університет, кафедра систем керування, професор;
кандидат технічних наук, ШЕРГІН Вадим Леонідович, Харківський державний технічний університет радіоелектроніки, кафедра штучного інтелекту, старший викладач
Провідна установа:
НВП “Хартрон”, національне космічне агенство України, Харків
Захист відбудеться “31” березня 2000 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.062.01 у Державному аерокосмічному університеті ім. М.Є.Жуковського “Харківський авіаційний інститут” за адресою: 61070, Харків-70, вул. Чкалова, 17
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут” (61070, Харків-70, вул. Чкалова, 17).
Автореферат розісланий “24” лютого 2000 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради,
кандидат технічних наук, професор Соколов Ю.М
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Україна є державою з розвиненою авіаційною галуззю. Але історично склалося так, що ця галузь здатна розробляти і виготовляти конкурентоспроможні двигуни та літаки з бортовим обладнанням, яке не відповідає сучасним вимогам.
Якщо враховувати, що експлуатаційні характеристики сучасних літальних апаратів (ЛА) визначаються не тільки технічним рівнем планера і силового пристрою, але, й значною мірою, досконалістю бортових систем керування (БСК) і бортових інформаційно-вимірювальних систем, то стає очевидним необхідність розробки конкурентоспроможного бортового обладнання з високим рівнем безпеки. Становлення в Україні процесу розробки бортового обладнання на рівні світових стандартів спрямовує дослідників на пошук рішень, відмінних від традиційних. Конструктивним напрямком є забезпечення відмовостійкості бортового обладнання. При цьому велика увага повинна приділятися бортовим вимірювальним пристроям (БВП), які є складовою частиною БСК, оскільки за результатами досліджень аварійні ситуації на ЛА у 40% випадків є наслідком їх відмов. Особливу небезпеку являє собою вихід з ладу БВП для безпілотних ЛА, оскільки БСК приймає рішення на основі одержаної від них інформації.
Вирішенню задач відмовостійкості БСК приділяється велика увага вченими як в Україні, так і за її межами. Серед вітчизняних дослідників необхідно відзначити В.М.Кунцевича, І.В.Кузьміна, А.С.Сердакова, Б.І.Доценка, Я.Є.Айзенберга, Д.В.Лебедєва, А.В.Латишева, А.С.Куліка, Г.Ф.Кривулю, Ю.П.Кондратенка, В.Г.Сухореброго; серед дослідників ближнього зарубіжжя необхідно відзначити П.П.Пархоменка, А.А.Красовського, Б.М.Петрова, Г.К.Москатова, Л.А.Мироновського, Ю.М.Гусева, Ю.М.Казаринова, В.Ю.Рутковського, Ю.П.Гришина; серед дослідників дальнього зарубіжжя: А.С.Вільського, Р.В.Бірда, Р.Н.Кларка, Р.Ізермана, М.Бассвіля, Р.Дж.Паттона, П.М.Франка та ін. Роботи цих вчених створили наукову основу досліджень, методичні та теоретичні передумови подальшого пошуку шляхів підвищення безпеки польотів ЛА шляхом забезпечення активної відмовостійкості, тобто закладання при проектуванні властивості, що дозволить зберегти повну або часткову дієздатність БСК при наявності в стані відмови елементів за рахунок використання надмірностей, процесів керування ними, алгоритмів глибокого діагностування та гнучкого відновлення. Тема дисертації, яка присвячена забезпеченню активної відмовостійкості модифікованих БВП, є актуальною і має важливе прикладне значення, тому що вона спрямована на збільшення ресурсу БВП, тобто на підвищенння безпеки та конкурентоспроможності бортового обладнання ЛА.
Актуальність проблеми забезпечення активної відмовостійкості БВП і значення її застосування на практиці стали основою для формування мети і завдань дисертаційного дослідження.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Автор виконував дослідження в 1997-1999 рр. у Державному аерокосмічному університеті ім. М.Є.Жуковського “Харківський авіаційний інститут” на кафедрі інформатики та програмного забезпечення автоматизованих систем у межах державної науково-технічної програми №7 “Перспективні інформаційні технології, прилади комплексної автоматизації, системи зв’язку” ДКНТПП України (постанова Верховної Ради України від 16 жовтня 1992 року 2705-XII про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки) відповідно до плану науково-дослідних робіт з держбюджетної теми: Г603-64/97 (ДР № 0198U002228) “Розробка теоретичних основ проектування відмовостійких систем керування літальними апаратами”. Особистий вклад автора полягає в розробці засобів та алгоритмів глибокого діагностування модифікованих БВП і гнучкого відновлення вимірювань. У 1998 р. згідно з договором про співробітництво між Державним аерокосмічним університетом ім. М.Є.Жуковського “Харківський авіаційний інститут” і Харківським приладобудівним конструкторським бюро “Авіаконтроль” автор був відповідальним виконавцем за темою 301-200/48 (ДР № 0199U001133) “Методика розробки та дослідження інформаційних засобів проектування відмовостійких вимірювальних систем”, де особистий вклад автора полягає в розробці математичних та апаратних засобів проектування відмовостійких вимірювальних систем.
Основна мета і завдання дисертаційного дослідження. Основна мета дисертаційного дослідження – розробити засоби і алгоритми глибокого діагностування і гнучкого відновлення вимірювань для забезпечення активної відмовостійкості модифікованих бортових вимірювальних пристроів.
Для досягнення поставленої мети виникла необхідність вирішення таких дисертаційних завдань:
1.Проаналізувати підходи та методи забезпечення відмовостійкості БВП як засобів підвищення безпеки польотів ЛА.
2.Розробити структуру БВП і спосіб її використання, що дозволить здійснити їх діагностування та відновлення вимірювань.
3.Побудувати для модифікованих БВП ієрархію діагностичних моделей (ДМ), що відображають зв’язок сигнальних і параметричних ознак видів відмов з обраної множини.
4.Розробити діагностичне забезпечення для інерційного та безінерційного модифікованих БВП.
5.Побудувати ієрархію використання засобів відновлення вимірювань модифікованих БВП.
6.Розробити забезпечення гнучкого відновлення вимірювань для інерційного та безінерційного модифікованих БВП.
7.Дослідити модифіковані БВП із властивістю активної відмовостійкості на апаратно-програмному комплексі.
Методи досліджень. Під час проведення дисертаційного дослідження використано методи:
а) емпіричного дослідження – спостереження, виміри та експеримент – при розробці модифікованих БВП та апаратно-програмного комплексу їх дослідження;
б) емпіричного і теоретичного рівнів дослідження – абстрагування, аналіз і синтез, індукція та дедукція, моделювання – при розробці структури модифікованих БВП, засобу її використання, діагностичного забезпечення і забезпечення гнучкого відновлення вимірювань;
в) теоретичного дослідження – ідеалізація, формалізація, гіпотези та припущення – при дослідженні БВП, виборі множини видів відмов, побудові для модифікованих БВП ієрархії ДМ, виборі засобів відновлення вимірювань, розрахунку показників надійності модифікованих БВП.
Наукова новизна одержаних результатів:
1.Розроблено структуру інерційного та безінерційного БВП і спосіб її використання, які відрізняються від відомих тим, що для проведення діагностування та відновлення вимірювань застосовують комплексування структурної, інформаційної та часової видів надмірностей, що дозволяє забезпечити задану глибину діагностування і гнучкість відновлення вимірювань.
2.Побудовано для модифікованих БВП ієрархію діагностичних моделей, особливість якої полягає в побудові зв’язку прямих і непрямих ознак видів відмов у формі скінченнорізницевих лінійних рівнянь, що дозволяє аналітично вирішувати задачі діагностування.
3. Розроблено для інерційного та безінерційного модифікованих БВП алгоритмічне забезпечення діагностування з глибиною до виду відмови, де вперше застосовано продукційну модель бази знань у вигляді дихотомічного дерева з предикатними рівняннями у вузлах, які формуються виходячи з ієрархії діагностичних моделей шляхом аналітичного рішення зворотної задачі.
4. Побудовано для аварійних станів модифікованих БВП ієрархію використання засобів відновлення вимірювань, яка відрізняється від відомих гнучкою структурою, що змінюється залежно від видів відмов, які виникають, і множини поточних засобів відновлення вимірювань.
5. Розроблено алгоритмічне забезпечення гнучкого відновлення вимірювань для інерційного та безінерційного модифікованих БВП, де вперше застосовано продукційну модель бази знань у вигляді дихотомічного дерева з предикатними рівняннями у вузлах, що дозволяє гнучко реалізувати сценарії багатократного відбивання видів відмов, які послідовно виникають, з обраної множини.
Обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій. Гіпотези, припуски та допущення введено на основі аналізу досліджень фізичних процесів, що відбуваються у працездатному та непрацездатному станах типових БВП. Достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій базуються на допущеному збігу результатів математичного та машинного моделювання з результатами експериментальних досліджень.
Наукове значення роботи. У сукупності одержані результати дозволяють зробити висновок, що розроблена структура інерційного та безінерційного БВП і спосіб її використання, які дозволяють забезпечити задану глибину діагностування та гнучкість відновлення вимірювань; побудована ієрархія діагностичних моделей модифікованих БВП, на основі якої формується у вигляді продукційної моделі бази знань алгоритмічне забезпечення діагностування з глибиною до виду відмови; побудована для аварійних станів модифікованих БВП ієрархія використання засобів відновлення вимірювань, на основі якої формується у вигляді продукційної моделі бази знань алгоритмічне забезпечення, що дозволяє багатократно та гнучко відновлювати вимірювання модифікованих БВП, є подальшим розвитком висунутого професором А.С.Куліком системного підходу до забезпечення активної відмовостійкості БСК стосовно до БВП.
Практичне значення одержаних результатів. Експериментальні дослідження показали, що забезпечення активної відмовостійкості модифікованих БВП дозволяє підвищити ресурс в 1-2 рази, тобто підвищити безпеку бортового обладнання ЛА. Слід також відзначити, що виникає можливість знизити масогабаритні та енергетичні витрати в 1-1,5 раза відносно БВП, побудованих за мажоритарним принципом, тобто підвищити їх конкурентоспроможність. Це досягається за рахунок комплексування видів надмірностей та їхнього раціонального використання при побудові алгоритмів глибокого діагностування модифікованих БВП і гнучкого відновлення вимірювань у випадку виникнення відмов.
Результати, одержані в дисертаційному дослідженні, впроваджено: у 1998 р. у Харківському приладобудівному конструкторському бюро “Авіаконтроль” відповідно до теми “Методика розробки та дослідження інформаційних засобів проектування відмовостійких вимірювальних систем”, що підтверджено актом про впровадження від 21.01.99; в 1997-1999 рр. у Державному малому підприємстві “СІІТ”, що підтверджено актом про впровадження від 8.10.99; у 1998-1999 рр. у навчальному процесі Державного аерокосмічного університету ім. М.Є.Жуковського “Харківський авіаційний інститут” у дисципліні “Технічна діагностика елементів і систем керування літальними комплексами”, що підтверджено актом про впровадження в навчальний процес від 30.11. 99. До держпатенту України подано дві заявки на винахід (№99020555, №99020867).
Особистий внесок здобувача. В публікаціях, які написано у співавторстві, здобувачу належать: розробка структури БВП і способу її використання [1,2,8,11,14]; моделі, що описують статичні процеси модифікованих БВП у непрацездатному стані [3,4,12,13]; моделі, що описують динамічні процеси модифікованих БВП у непрацездатному стані [5,6]; діагностичне забезпечення модифікованих БВП [4,6,15]; алгоритми керування елементом внутрішнього впливу при глибокому діагностуванні модифікованих БВП [1,2,13]; алгоритми керування елементом внутрішнього впливу при відновленні вимірювань [6]; забезпечення гнучкого відновлення вимірювань [3,7,14]; опис апаратно-програмного комплексу дослідження модифікованих БВП з властивістю активної відмовостійкості [5,9,10]. У роботах, написаних у співавторстві з професором А.С.Куліком, частина особистого внеску дисертанта складає біля 40%. У роботах, написаних у співавторстві з іншими авторами, особистий внесок дисертанта складає біля 55%, одну публікацію виконано дисертантом без співавторів.
Апробація результатів дослідження. Апробація результатів дисертаційних досліджень проводилась на засіданнях кафедри інформатики та програмного забезпечення автоматизованих систем і семінарах кафедри систем управління літальними апаратами Державного аерокосмічного університету ім. М.Є.Жуковського “Харківський авіаційний інститут”. Окремі положення та висновки доповідалися на науково-практичних конференціях: на 5-й міжнародній конференції “Нові технології в машинобудуванні” (Харків-Рибаче, 1996р.); на міждержавній конференції “Комп’ютерне моделювання” (Дніпродзержинськ, 1997р.); на 8-му всеросійському семінарі з іноземною участю по керуванню рухом і навігацією літальних апаратів (Самара, 1997р.); на 2-му конгресі двигунобудівників України з іноземною участю “Прогрес-Технологія-Якість” (Київ-Харків-Рибаче, 1997р.); на 5-й Українській конференції з автоматичного керування “Автоматика-98” (Київ, 1998р.); на 3-му конгресі двигунобудівників України з іноземною участю “Прогрес-Технологія-Якість” (Київ-Харків-Рибаче, 1998р.); на 7-й міжнародній конференції “Нові технології в машинобудуванні” (Харків-Рибаче, 1998р.); на 5-й міжнародній науково-технічній конференції “Контроль i управління в складних системах” (Вінниця, 1999р); на 6-й Українській конференції з автоматичного керуванння “Автоматика-99” (Харкiв, 1999р.); на Всеукраїнській молодіжній науково-практичній конференції “Людина і космос” (Дніпропетровськ, 1999р.); на 4-му конгресі двигунобудівників України з іноземною участю “Прогрес-Технологія-Якість” (Київ-Харків-Рибаче, 1999р.).
Публікації. За результатами роботи опубліковано 15 наукових праць. Серед них: 7 статей в збірниках наукових праць; 8 доповідей і тез всеукраїнських і міжнародних конференцій і семінарів.
Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку літератури з 120 найменувань і додатка. Загальний обсяг роботи – 142 сторінки тексту. У роботі наведено 34 ілюстрації.
Зміст роботи
Вступ дисертаційної роботи містить такі положення: актуальність теми забезпечення активної відмовостійкості БВП; зв’язок роботи з науковими програмами, планами і темами; основна мета і завдання дослідження; методи дослідження; наукова новизна одержаних результатів; обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій; способи досліджень; наукове та практичне значення одержаних результатів; особистий вклад здобувача; інформація про апробацію та публікації результатів дисертації; стислий зміст розділів дисертаційної роботи.
У першому розділі розглядаються: стан проблеми забезпечення безпеки польотів ЛА; основні задачі, які повинна вирішувати БСК; призначення, склад і принцип дії БВП типової структури; вплив відмов БВП на функціонування БСК; підходи та методи забезпечення працездатності БВП.
Безпека є важливою властивістю сучасних ЛА і займає вищий пріоритет при їхньому проектуванні. Всі позаштатні ситуації на ЛА розподіляються на складні, аварійні та катастрофічні. Відповідно до вимог Міжнародної організації цивільної авіації (ІКАО) імовірність виникнення на ЛА складної ситуації на одну годину польоту не повинна перевищувати 10-4, аварійної ситуації – 10-6, а катастрофічної ситуації – 10-7. У випадку виникнення відмови, що призведе до однієї з перерахованих ситуацій, стан ЛА називається відмовним станом. У випадку, якщо відмовний стан призводить до виникнення ускладнення керування польотом, повинні бути передбачені засоби відбивання несправностей в реальному часі.
Слід відзначити, що особливу небезпеку становить вихід з ладу БВП для безпілотних ЛА, оскільки БСК безпілотного ЛА приймає рішення тільки на основі одержаної від БВП інформації. Вихід з ладу БВП безпілотного ЛА призведе до його загибелі. Так, на думку зарубіжних та українських експертів, повільне впровадження безпілотних ЛА в різні сфери діяльності пов’язано з необхідністю використання великої кількості БВП, імовірність відмов яких висока.
Існує декілька способів забезпечення необхідного ресурсу БВП:
1. Розробка нових принципів і використання нових технологій виготовлення БВП дозволяє підвищити ресурс БВП. Великі витрати, пов’язані з проведенням досліджень, можливість відмови БВП до закінчення розрахункового ресурсу, зняття БВП, що мають значний запас дієздатності, є негативними факторами цього способу.
2.Застосування планово-запобіжних заходів технічного обслуговування полягає в проведенні певного фіксованого обсягу робіт за визначенням дієздатності БВП, але негативними факторами способу є простій ЛА та використання додаткового обладнання. При цьому, як показує досвід, можливі відмови БВП.
3.Використання методів резервування дозволяє закласти властивість при проектуванні БВП, що дозволить зберегти повну або часткову дієздатність за наявності елементів в стані відмови за рахунок структурної надмірності, але збільшення вартості, енергоспоживання, масогабаритних характеристик у багатьох випадках не дозволяють застосувати цей спосіб.
Таким чином, використання відомих підходів та існуючих інструментальних засобів не дозволяє забезпечити необхідний ресурс БВП, додержуючись техніко-економічних вимог, що підтверджують розслідування льотних пригод, які відбувалися протягом останніх років.
Протиріччя може бути розв’язано шляхом забезпечення активної відмовостійкості, тобто модифікації БВП, використання засобів та алгоритмів глибокого діагностування і гнучкого відновлення вимірювань, що є конструктивним напрямком забезпечення необхідного ресурсу БВП при додержанні техніко-економічних вимог до нього.
У другому розділі, присвяченому діагностичному забезпеченню модифікованих БВП, описано особливості структури модифікованих БВП; математичні моделі функціонування модифікованого БВП у працездатному та непрацездатному станах; ієрархія діагностичних моделей модифікованих БВП; оцінка діагностування модифікованих БВП; продукційна модель бази знань діагностування модифікованих БВП; алгоритми діагностування модифікованих БВП.
Для забезпечення активної відмовостійкості БВП запропоновано модифіковану структуру (рис.1), до складу якої включено два вимірювальних перетворювача (ВПЕ) і елемент внутрішнього впливу (ЕВВ).
Залежно від вимірювальної величини (t) на виході кожного ВПЕ змінюється значення інформаційного сигналу U1(t), U2(t), а ЕВВ забезпечує тестовий вплив на ВПЕ1 і ВПЕ2 при подачі на нього сигналу Uв(t) з метою забезпечення необхідної глибини діагностування, тому що використання запропонованої структури ВПЕ дозволяє одержати і комплексно використати структурну, інформаційну та часову надмірності.
При проведенні глибокого діагностування модифікованих БВП вирішуються задачі: виявлення відмови у модифікованому БВП – встановлення факту появи відмови; пошук місця виникнення відмови – знаходження ВПЕ, що відмовив; встановлення класу виду відмови – множини видів відмов, що відзначені в просторі вимірювань загальною властивістю; визначення виду відмови – конкретної фізичної зміни, що викликала відмову. Таким чином, діагностичне забезпечення модифікованих БВП формується за принципом послідовного зняття невизначеностей характеристик відмов. Для формального опису властивостей модифікованного БВП, який зазнав відмову, використано ДМ. ДМ – відносно новий клас математичних моделей, що пов’язують прямі та непрямі ознаки видів відмов, або первинні характеристики та відповідні зміни вихідної контрольованої величини.
Як показали проведені дослідження, нелінійна залежність інформаційного сигналу кожного ВПЕ від величини, що вимірюється може бути лінеаризована як для працездатного, так і для непрацездатного режимів функціонування модифікованих БВП і з достатньою точністю описана лінеарізованими рівняннями. Для вирішення задач діагностування модифікованого БВП нелінійна залежність інформаційного сигналу кожного ВПЕ від величини, що вимірюється, лінеаризується на інтервалі вимірювань [1;2] з робочою точкою о[1;2] і еквівалентним значенням інформаційного сигналу Uо[U1;U2]. Залежність інформаційного сигналу ВПЕ від величини, що вимірюється, подано у вигляді U(t)=K(t), де U(t)[U1;U2],(t)[1;2], К – коефіцієнт передачі ВПЕ. При цьому інструментальна похибка не повинна призвести до перевищення довірчих меж похибки.
Динаміка поведінки кожного ВПЕ описується передавальною функцією
, (1)
де UВПЕ (S) – інформаційний сигнал ВПЕ;
(S) – величина ,що вимірюється;
К – коефіцієнт передачі ВПЕ;
Т – стала часу, що характеризує фізичні властивості оболонки ВПЕ і зовнішнього середовища;
S – комплексна змінна перетворення Лапласа.
Для вирішення задач діагностування необхідно перейти від (1) до опису працездатного стана модифікованого БВП у просторі станів у дискретній паралельній формі:
, (2)
де (n) – величина, що вимірюється;
ВПЕ1(n), ВПЕ2(n) – поточні стани ВПЕ1, ВПЕ2 під час перехідного процесу;
UВПЕ1(n), UВПЕ2(n) – інформаційні сигнали ВПЕ1, ВПЕ2;
К1, К2 – коефіцієнти передачі ВПЕ1, ВПЕ2;
Т1, Т2 – сталі часу, що характеризують фізичні властивості оболонки ВПЕ1, ВПЕ2 і зовнішнього середовища;
То – період квантування;
n – крок квантування.
Точність опису модифікованого БВП у просторі станів у дискретній формі залежить від То. Для обмеження То зверху застосовано спосіб Котельникова-Шеннона. Для обмеження То знизу використано умову стійкості рекурентної процедури.
Для формування рівнянь опису в просторі станів модифікованого БВП у непрацездатному стані обрано множину DБВП={di} фізичних видів відмов для кожного ВПЕ. Ця множина визначається виходячи з аналізу надійнісних показників і сценаріїв аварійного функціонування БВП. Для ВПЕ характерні такі види відмов: d1, d2 – обрив проводу живлення – на виході ВПЕ1, ВПЕ2 виникає мінімальний інформаційний сигнал; d3, d4 – обрив сигнального проводу – на виході ВПЕ1, ВПЕ2 виникає максимальний інформаційний сигнал; d5, d6 – пробій – ВПЕ1, ВПЕ2 не реагують на зміну вимірювальної величини; d7, d8, d9, d10 – дрейф додатний, від’ємний – інформаційний сигнал зміщується на постійне значення у всьому діапазоні вимірювань ВПЕ1, ВПЕ2; d11, d12, d13, d14 – зміна коефіцієнта передачі (КП) додатна, від’ємна – змінюється кут нахилу статичної характеристики ВПЕ1, ВПЕ2; d15, d16, d17, d18 – збільшення часу перехідного процесу у ВПЕ1, ВПЕ2 при збільшенні та зменшенні вимірювальної величини – зміна фізичних характеристик їх оболонки; d19, d20 – збільшення часу перехідного процесу в БВП при збільшенні та зменшенні вимірювальної величини – зміна фізичних характеристик зовнішнього середовища.
Для формування ДМ описано прямі ознаки видів відмов через їх параметризацію та сформовано класи: “обриви” (види відмов d1…d6), що характеризується стабільністю інформаційного сигналу Uвпе=A=const на ВПЕ1, ВПЕ2; “дрейфи” (види відмов d7…d10), що характеризується зміщенням інформаційного сигналу на постійне значення Uд у всьому діапазоні вимірювань; “зміна КП” (види відмов d10…d14), що характеризується зміною кута нахилу статичної характеристики К; “зміна фізичних характеристик оболонки ВПЕ” (види відмов d15…d18), що характеризується зміною часу перехідного процесу на ВПЕ1, ВПЕ2 при відхиленні коефіцієнта , який характеризує їх теплофізичні властивості на ; “зміна фізичних характеристик зовнішнього середовища” (види відмов d19,d20), що характеризується зміною часу перехідного процесу на БВП при відхиленні коефіцієнта , який характеризує теплофізичні властивості зовнішнього середовища на . Здійснено перехід від (2) до опису модифікованого БВП у непрацездатному стані:
. (3)
Хвиляста лінія над позначками символізує стан змінної з урахуванням впливу видів відмов, які характерні для інерційних ВПЕ. Для безінерційних (малоінерційних) ВПЕ види відмов d15…d20 необхідно виключити з розгляду.
В роботі використано ряд гіпотез, які сформовано за результатами аналізу реального потоку відмов з обраної множини:
1.Види відмов виникають незалежно один від одного.
2.Характеристики видів відмов істотно не змінюються на інтервалі діагностування.
3.У період діагностування інші види відмов не виникають.
На основі аналізу моделей працездатного та непрацездатного станів модифікованих БВП та використання фільтра Люенбергера для відтворення працездатного стана побудовано ДМ з метою вирішення задач діагностування:
1. ДМ для визначення класів видів відмов для кожного ВПЕ описуються рівняннями:
а) клас видів відмов “зміна фізичних властивостей оболонки ВПЕ”:
, (4)
де – непряма ознака виду відмови,
- власне значення матриці фільтра Люенбергера;
б) клас видів відмов “зміна фізичних властивостей зовнішнього середовища”:
; (5)
в) клас видів відмов “дрейфи”
; (6)
г) клас видів відмов “зміна КП”
; (7)
д) клас видів відмов “обриви”
. (8)
2. ДМ для пошуку місця відмов описуються рівняннями:
а) місце відмови у ВПЕ1
; (9)
б) місце відмови у ВПЕ2
; (10)
в) місце відмови у зовнішньому середовищі
. (11)
3. ДМ для виявлення відмови в модифікованому БВП:
. (12)
Таким чином, для кожної задачі дiагностування побудовано свої ДМ. Розроблені ДМ об’єднано у відповідну ієрархію. Найнижчий рівень в ієрархії займають ДМ класів видів відмов. Верхній рівень представлено ДМ для виявлення відмов у модифікованому БВП.
Проведено оцінку діагностування модифікованого БВП відносно виявлення відмов у модифікованому БВП; пошуку місця відмови; встановлення класу виду відмови. Підтверджено, що модифікований БВП повністю структурно і сигнально діагностується відносно виявлення відмов у модифікованому БВП; пошуку місця відмови; встановлення класу виду відмови.
Для практичної реалізації на мікропроцесорній системі найбільш ефективною формою подання діагностичних процедур є продукційна модель бази знань, в основі конструкції якої використовуються дихотомічні дерева; ознаки у вузлах являють собою результати вирішення двозначних предикатних рівнянь, де параметрами предикатних конструкцій є оцінки прямих ознак відмов, які одержуються з ДМ (4…12) для кожної задачі діагностування
Предикатне рівняння, що використано для виявлення відмов у модифікованому БВП:
Z1=S2{(Uвпе(n)
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
