Лекция 34

4. АБСТРАКТНАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЪЕКТОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

Особенностью любой технической системы, как объекта диагностиро-вания, является тесная взаимосвязь электрических, электромеханических и механических устройств и элементов, отличающихся функциональным назначением и принципом действия. При описании их технического состояния логично применять те математические формы и аппараты, которые бы наилучшим образом соответствовали поиску дефекта в данном устройстве (дифференциальные, разностные, логические уравнения, функциональные, структурные схемы, ориентированные графы, конечные автоматы и т.п.).

Однако необходимость сопряжения между собой разностных матёматических моделей вынуждает пользоваться более общими математи-ческими описаниями технической системы как объекта диагностирования. К числу таких описаний, например, можно отнести представление энергосис-темы в виде абстрактной динамической системы, процесс функционирования которой состоит в изменении состояния системы под воздействием внешних и внутренних причин. Математическая модель подобной системы может быть определена как взаимосвязь переменных

(Т, Х, Z‚S, Sо, F*, F, L*,L),

где Т — множество моментов времени t; Х, Z — множества входных х и выходных z сигналов системы; S — множество состояний системы; Sо — замкнутая область состояний системы, ограничивающая возможные перемещения s в процессе функционирования системы;

F* (Т, Х, S) = S * _c, F(Т, Х, S)=S_c — операторы переходов, отражающие изменения состояния. системы под действием внутренних и внешних возмущений;

L*(Т, Х, S) = Z_c*, L(Т, Х, S) =Z_c — операторы выходов, описывающие формирование выходного сигнала под действием внутренних и внешних возмущений. Индекс * принадлежит операторам, учитывающим действие внутренних возмущений.

Отметим, что термин «состояние системы» (как динамической системы) обозначает здесь совокупность параметров, определяющих в определенный момент времени наиболее существенные стороны поведения системы. Он не должен смешиваться с термином «техническое состояние», характеризующим наличие или отсутствие дефекта в системе. Достоинством предложенной модели энергосистемы является высокий уровень ее абстракции и соответственно универсальности. В зависимости от характер-ных особенностей множеств входных Х и выходных Z сигналов, конкретных состояний S и области их ограничения S₀, свойств операторов F*, F, L*, L энергосистема к объект диагностирования может быть разделен на опреде-ленные классы с общими свойствами, позволяющими выбрать наиболее эффективный метод исследования объектов данного класса.

Объекты диагностирования называются непрерывными, если состояния S, входные Х и выходные Z сигналы объекта имеют непрерывное множество значений по времени Т. Операторы F*, F, L*, L непрерывных объектов описываются дифференциальными уравнениями. К непрерывным объектам диагностирования энергосистемы можно отнести, например, генераторы, электродвигатели постоянного и переменного тока.

Объекты диагностирования называют дискретными, если состояние S, входные Х и выходные Z сигналы объекта имеют конечное множество значений, а время Т их изменения отсчитывается дискретно. Операторы F*, F, L*, L дискретных объектов описываются разностными уравнениями Примером дискретных объектов диагностирования энергосистемы могут быть цифровые преобразователи и вычислительные устройства, логические элементы, импульсные датчики.

Объекты диагностирования называют гибридными, если часть состояния S, входных Х и выходных Z сигналов объекта имеют непрерывное множество значений во времени, а другая часть конечное множество в дискретные моменты времени. Операторы F*, F, L*, L гибридных объектов диагностирования описываются совокупностью дифференциальных и разно- стных уравнений. К гибридным объектам диагностирования энергосистемы можно отнести аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, вентильные преобразователи переменного тока в постоянный.

Объекты диагностирования называют комбинационными или объектами без памяти, если значения их выходных Z сигналов однозначно определяются только значениями их входных Х сигналов вне зависимости от последовательности их появления. Простейшими примерами комбинаци-онных объектов являются резисторная электрическая сеть (непрерывный объект) и диодный дешифратор двоичных сигналов‚ дискретный объект).

Объекты диагностирования называют последовательностныими или объектами с памятью, если значения их выходных Z сигналов зависят не только от входных Х сигналов, но и от последовательности их появления. Например, аналоговая система регулирования электропривода с обратными связями представляет собой непрерывный объект с памятью, а тиристор, двоичный счетчик - дискретные объекты с памятью.

Характер соответствия состояний S модели диагностирования области S₀ позволяет разделить объекты диагностирования на правильно и непра-вильно функционирующие, работоспособные и неработоспособные, исправ-ные и неисправные.

Для определения класса технических состояний, к которому относится наблюдаемое состояние объекта диагностирования, необходимо задать соответствующие граничные условия и проверить выполнимостъ этих условий по каждой переменной состояния. Если область S₀ выбрать таким образом, чтобы все точки внутри нее соответствовали исправным (работоспособным, правильно функционирующим) состояниям объекта, а точки вне ее неисправным (неработоспособным, неправильно функционирующим), то попадание точки s на границу области S _о можно квалифицировать как появление дефекта в объекте. Это событие можно выявить, контролируя сигналы Z на выходе объекта и оценивая попадание множе ства значений z_i каждого i -го сигнала в интервалы

Z_ih ≤ Z_ih ≤ Z_ib

где Z_ih, Z_ib — множества нижних и верхних допустимых значений Z_i сигналов объекта.

При формировании входных сигналов объекта диагностирования возможно выделение не одной общей, а нескольких S_0i i -х областей ограничения состояний объекта в зависимости от числа распознаваемых его технических состояний или от требуемой глубины диагностирования объекта. В этом случае текущее состояние объекта и его составных частей будет оцениваться путем измерения выходных сигналов Z_i в выбранных контрольных точках и сравнения их с допустимыми значениями в границах соответствующих областей S_0i.

Для распознавания технического состояния объекта диагностирования принято пользоваться набором классов технических со стояний

Е = {Е_i }, i = 0,1,2,...N.

Представление энергосистемы абстрактной математической моделью хотя универсально и позволяет объединить в себе всё возможные классы технических состояний, однако для решения практических задач диагностирования слишком общее и неконкретно в рамках рассмотрения модели удобнее отдельно анализировать каждый класс состояний, входящих в сложную структуру конкретных устройств и техничесих компонентов и их функциональных сочетаний.

5. ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Здесь прежде всего отметим, что выбор совокупности ДП для реализации одной или нескольких операций диагностирования представляет собой многоальтернативную задачу. В общем можно считать, что выбор совокупности ДП для решения задач диагностирования определяется многими факторами, основными из которых являются:

целевая функция объекта диагностирования; стратегия его технического обслуживания;

задаваемый набор средств технического диагностирования;

время диагностирования;

стоимость средств диагностирования и самого диагностирования.

Необходимо подчеркнуть, что выбор ДП может осуществляться на двух ста-дииях жизненного цикла системы:

1) на стадии проектирования, когда производится первичное определение целей и задач проектируемого объекта;

2) на стадий технической эксплуатации, когда возникает проблема совершенствования функционального использования, или улучшения показателей ТО, или необходимость повышения надежности в условиях эксплуатации.

При этом характерным является то, что если на стадии проектирования общая задача выбора ДП решена оптимально, то на второй стадии остается незначительное поле деятельности. Но вся суть вопроса как раз и заклю-чается в том, что решить на стадиях проектирования и изготовления проблемы диагностического обеспечения максимум оптимально, практически весьма трудно, по причине различия критериев оптимальности. Необходимо также учитывать, что условия эксплуатации технических объектов меняются значительно быстрее, чем технические условия на проектирование. Следовательно, то, что при проектировании и испытаниях представлялось весьма удовлетворительным, через короткий или длительный период функционального применения может потребовать новых подходов, принципиально иных решений — методов и средств. Очевидно, что оптимальную со всех этих точек зрения современную техническую систему создать всегда очень сложно.

Все вышеуказанное говорит о необходимости иметь в центре внимания вопросы диагностического анализа и выбора ДП на стадии эксплуатации, иметь методологию и средства для решения диагностических задач. Подчеркнем еще раз — чем лучше, тщательнее и шире задача диагностирования решается на стадиях проектирования — тем полнее вопросы диагностирования будут реализованы при эксплуатации. Таким образом, выбор совокупности ДП является одной из самых основных задач диагностического обеспечения на всех стадиях жизненного цикла, объекта.

Естественно, что совокупность ДП зависит, прежде всего, от всех режимов диагностирования. Соответственно этому, можно говорить о сово-купности ДП для определения состояний:

функционирования;

работоспособности;

поиска дефекта (повреждения);

локализации места отказа при замене;

поиска места отказа при ремонте;

для контроля работоспособности (исправности) после проведения всего комплекса ремонтно-восстановительных работ.

Определяющим фактором при выборе совокупности ДП является информативность — полнота проверок, характеризуемая соответствующим коэффициентом. Также важным фактором является стоимость ТДК, стоимость диагностирования и средств диагностирования.

Можно отметить, что принятие решения о том или ином техническом состоянии осуществляется на основе отображения информации. В автоматизированных системах, после операции управления, например, аварийного переключения, отображение осуществляется в виде, удобном для последующего органолептического восприятия и осмысливания его оператором, а впоследствии вышестоящим специалистом. Проведению контроля работоспособности всегда предшествует проверка функциони-рования технической системы.

Вся совокупность ДП для определения функционирования выбира- ется для объекта или системы, управление которыми осуществляет оператор или информация от которых используется непосредственно человеком.

Важно, подчеркнуть, что органолептический метод проверки, объектов на функционирование отнюдь не лишен возможностей выявления повреждений в системе даже в случае формально работоспособного изделия. Для каждого технического объекта необходимо иметь перечень признаков, позволяющих выявать основные возможные допустимые состояния, характеризующие нормальное функционирование или потерю работоспособности. В ряде случаев часть параметров технической системы, которая не может быть проконтролирована визуально, должна контролировать с помощью специальных средств диагностики и контроля, работающих в режиме «годен — негоден».

Оптимизация всей совокупности параметров при контроле функцио-нирования, как правило, не производится, но при необходимости она осуществляется теми же методами, которыми осуществляется выбор совокупности ДП для контроля работоспособности технической системы.

Дата добавления: 2014-01-07