Задание:необходимо спроектировать компьютерную диагностическую систему. Объектом диагностики является технический объект, с которого снимается N показателей.
Пример: паровой котел и необходимо им управлять. Показатели: давление, температура и есть система, которая поддерживает эти параметры.
Так как эти N показатели являются исходными сигналами для системы управления этими объектами. То реакция системы на управления этих сигналов выглядит следующим образом:
1. Зона нечувствительности
2. Зона управления
3. Зона аварийной остановке
4. Авария системы
Рис 1 - Структурная схема диагностической системы
В регистре формируется телеметрический кадр. Коммутатор последовательно опрашивает датчики. Кадр может содержать как одно показание с одного датчика. А может содержать сразу все значения с каждого датчика. Данные попадают в канал связи 1, в котором могут происходит ошибки. Мажоритарное управление разрешает следующему кадру, когда ошибка либо обнаружена, либо исправлена. При мажоритарном управлении может принимать следующие решения:
1. Повторно передать этот кадр.
2. Дать команду на передачу нового кадра.
Безошибочные кадр сбрасывается в буфер1. Вычислительный модуль в свободный цикл читает данные из буфера1 и в случае необходимости формирует управляющий кадр.
Если в телеметрическом кадре были все параметры. Тогда формируется управляющий кадр также с данными для каждого из параметров. При этом 0 - означает отсутствие управления, а 1 – необходимо управление, 2 – необходимо аварийное отключение. В управляющем кадре должна быть величина управляющего воздействия.
Если телеметрический кадр содержит данные об одном показателе, тогда кадр формируется в случае необходимости управляющего воздействия. При этом должен быть адрес, того датчика, с которого получили параметр. Если кадр содержим аварийное управляющее воздействие, тогда он минует буфер.
Считаются, что сигналы случайные.
Имитационная модель – это программа, которая в масштабе модельного времени имитирует работу системе, происходящей в реальной системе.
Расчеты ведутся в масштабе машинного времени. Модель является событийной, то есть в модели генерируются события и рассчитывается реакция на каждое событие. В основном модель описывается взаимодействием двух таблиц, это:
· Таблица состояний, в которой динамически изменяется и содержит столько строк, сколько моделей.
· Таблица событий, которая динамически изменяется и хранятся предполагаемые события в будущем модельном времени.
Тип события: что, где, когда
Что, где: Номер модуля и события.
Когда: в будущем, когда это событие должно наступить.
Первые 2 параметра явные и определены.
Время может быть как детерминировано, так и случайно. Большинство событий, связанные с надежностными характеристиками, поэтому будет считать, что они подчиняются экспоненциальному закону.
Время можно подсчитать по след. формуле, где n – это случайное число от 0 до 1, а – это количество событий в единицу времени. В нулевой момент времени генерируется подмножество начальных событий, которая определяется нулевым состоянием системы.
Кроме тех объектов, которые нарисованы в схеме, модулями являются еще и все кадры, которые находятся в данной системе. Поэтому таблица состояний имеет разную длину.
Кроме событий, которые связанны с нормальной работой системы, формируются и события связанные в заданных модулях.
Порядок построения имитационной модели:
1. Система разбивается на модули. Все модули номеруются.
2. Из логики работы системы перечисляются и кодируются все классы модулей.
3. Задается начальное состояние всех модулей. Формируется начальная таблица модулей.
4. Перечисляются и кодируются все типы событий. (Графы переходов, где вершина – это состояния модулей, а дуги – это события. )
5. Используя начальное состояние модулей, генерируются все возможные типы событий, которые разрешены из этих состояний.
6. Таблица событий упорядочивается по возрастанию.
Шесть пунктов – это подготовительный этап.
7. Из списка событий выбирается очередное событие, модельное время скачком меняется и достигает времени текущего события. И рассчитывается реакция системы на это событие.
8. Моделирование выполняется до лимитированного момента времени. Или до изменения состояния всей системы.
Так как результаты моделирования будут случайными ( время событий, случайная величина ), то для получения устойчивых статистических средних оценок, имитационную модель необходимо рассчитать многократно с усреднением результатов. Иногда можно вместо многократных расчетов можно выполнить длительную реализацию. Реакцией системы на каждое событие может быть:
во-первых, изменение состояние модуля, где произошло событие.
Во-вторых, Изменение состояния связанного модуля ( последствия данного события ),
В-третьих, изменение состояние всей системы.
В-четвертых, генерация новых событий, которые стали возможны при изменении состояния i модуля.
Во время имитационного моделирования формируется протокол, в котором отмечается: сколько времени и в каком состоянии находится каждый модуль. А дальше по протоколу рассчитываются значения среднестатистических расчетов.
Примеры состояний: первый класс – это:
· Датчики: возможные значения (температура).
· Коммутатор: подключен.
· Регистр: хранит кадр или пустой.
· Канал связи: свободен, передает кадр, ошибка,
· Мажоритарное управление: свободен, передача успешна, передача неуспешна.
· Буфер: свободен, занят ( 1 байт, 3 байта, .. хранит 2 кадра и так далее).
· Вычислительный модуль: модуль свободен, модуль занят, сбой модуля.
· Исполнительный орган: свободен, управляет.
· Обратный канал связи: где он находится.
Типы событий:
· Датчики: изменение уровня на одну единицу.
· Коммутатор: переключение на следующий датчик.
· Регистр: чтение данных, отправить кадр, но у канала связи для перехода из состояния 0 в состояние 1, должно быть событие начала передачи, так как начала передачи канала и передача регистра в канал – это одно и тоже событие, то достаточно генерировать одно событие.
· И так далее.
·
· Канал связи: свободен, передает кадр, ошибка,
· Мажоритарное управление: свободен, передача успешна, передача неуспешна.
· Буфер: свободен, занят ( 1 байт, 3 байта, .. хранит 2 кадра и так далее).
· Вычислительный модуль: модуль свободен, модуль занят, сбой модуля.
· Исполнительный орган: свободен, управляет.
· Обратный канал связи: где он находится.
T = 0
Tg1 = 1
Tg2 = 1
Tk1 = 0,1
Tош(кс) = 5
Tош(вм) = 7
Сортируем эти события:
Tk1 = 0,1
Tg2 = 1
Tg1 = 1
Tош(кс) = 5
Tош(вм) = 7
Изменение события:
T = 0,1
Tg2 =0,9
Tg1 = 1,9
Tош(кс) = 4,9
Tош(вм) = 6,9
Tk2 = 0,2
Tp2 = 0,1
Изменение события:
Tp2 = 0,1
Tk2 = 0,2
Tg2 =0,9
Tg1 = 1,9
Tош(кс) = 4,9
Tош(вм) = 6,9
Тогда:
T = 0,1 + 0,1 = 0,2
Tk2 = 0,1
Tg2 = 0,8
Tg1 = 1,8
Tош(кс) = 4,8
Tош(вм) = 6,8
Tkc1 = 0,05
Tkc2 = 0,06
Tkc3 = 0,04
Тема: «Диагностика технических систем»
Задача диагностики любой технической системы – это оценка качества процесса функционирования или другими словами эффективность процесса. Каждый технический объект или система обладают совокупностью свойств, которые в конечном итоге определяют качество применительно к его назначению. Если свойство можно выразить количественно, то переменной y. Совокупность всех исследованных показателей представляет собой вектор Y.
Y = {y1, y2, … ,yn}
При этом некоторые свойства могут иметь связь с другими свойствами, такие показатели называются обобщенными.
Если обобщенные показатели не зависят от условий эксплуатации, то такие показатели называются тактико-техническими показателями. Все показатели качества делятся на 2 больших класса:
1. Функциональный, обеспечивающий нормальный режим работы.
2. Экономический.
Задача любой диагностической системы является измерения первичных показателей, и вывод о состоянии технической системы в данный момент времени.
Системы технической диагностики проектируются как следящие системы, то есть они работают во время эксплуатации технической системы. Следящие системы технической диагностики являются частью информационно измерительным комплексом, а в некоторых частью систем управления.
Если процесс диагностики и управление совмещены в одной системе, то это дуальное управление. Измеряемые показатели качества должны удовлетворять некоторым условиям, которые называются критерием оценки качества.
В литературе все критерии разбиты на три группы:
1. Критерий пригодности. Вы хотите купить телефон: он должен звонить.
2. Критерий оптимальности. У вас есть несколько телефонов. Критерий: экран, звук. И они в этих диапазонах
3. Критерий превосходства. Главное качество.
Пусть нам известный некоторый показатель i свойства j объекта. И известно множество допустимых значений, тогда j объект удовлетворяет критерий пригодности, если для любого параметра yij принадлежат этому множеству: {Yij}. То для любого значения добавляются условия, что некоторые параметры должны быть оптимальны.
Процесс оценки качества системы состоит из 4-х этапов:
1-й этап: определение множества существенных свойств.
2-й этап: определение численных значений численных свойств.
3-й этап: Определение критериев оценки качества.
4-й этап: Оценка качества.
Определение совокупности существенных свойств является плохо формализуемой задачей, которая решается на базе предыдущего опыта, при взвешиваемой оценки экспертных суждений. С помощью статистического анализа свойств. При котором учитывается исходная информативность.
Если диагностическая система строится для цели испытаний, например: испытывается партия готовой продукции, то достоверность результатов зависит от объема выборки, а также от схем проведения испытания.
При увеличении объема выборки, увеличивается стоимость и время, но при этом повышается достоверность. Оптимальная схема проведения испытания может быть получена с помощью целевого планирования эксперимента.
Параллельно с натурными испытаниями проводятся моделирование. Например: имитационное моделирование.