Введение к работе
Актуальность проблемы. Существующий уровень развития техники характеризуется периодическими отказами аппаратуры,приводящими к неприятным последствиям различной степени тяжести. При этом наименее надежными элементами любых систем являются исполнительные устройства и человек-оператор, находящийся в контуре управления.
Дефекты в элементах систем и патология в состоянии человека-оператора не возникают мгновенно и сразу по всей пространственной протяженности элемента или органа, а как правило накапливаются в течение значительного времени. При этом временные масштабы процессов динамики, наблюдаемых в системе и процессы накопления дефекта или развития патологии существенно различны.
Кроме того большинство реальных систем являются многоконтурными и обладают богатством внутренних перекрестных связей, в результате этого неисправность в одном локальном месте может порождать изменения в процессах функционирования смежных контуров, что существенно затрудняет задачу диагностирования.
К настоящему времени разработан целый ряд диагностических методов, реализующих в той или иной форме либо одномодельный, либо многомодельный подход к диагностике. Существенным недостатком обоих подходов является диагностика постфактум, то есть после появления дефекта или развившейся патологии. Кроме того в большинстве случаев используются статистические интегральные оценки, что затрудняет реализацию индивидуального подхода к проблеме диагностики. Присутствие в системе биологического объекта накладывает специфические ограничения на возможные типы тестовых нагрузок и ресурсных испытаний, что приводит к ситуации, когда невозможно проведение полномасштабных натурных испытаний объекта вследствие возможности его разрушения. Кроме того в задачах диагностирования в отличие от задачи идентификации практически никогда недоступен для наблюдения сигнал воздействия яа иследуемый объект. Все это приводит к невозможности получения количественной диагностической оценки, а требует построения качественной диагностической картины с выделением наиболее слабого элемента системы.
Включение в контур управления дополнительных диагностических контуров и индивидуализация процессов контроля и управления в технических и биотехнических системах рассматривается как путь
повышения качества, надежности и долговечности систем, а так» продления состояния работоспособности человека-оператора. Новизна работы состоит в следующем:
- предложен единый методологический подход к диагностике :
контролю многосвязных механических и биотехнических систем;
разработаны нестационарные диагностические модели учитывающие процессы накопления дефектов и развития патологии;
теоретически обоснованы и практически проверены принципі учета взаимного влияния процессов быстрой динамики систем і медленных процессов изменения параметров;
теоретически обоснован и практически апробирован мето; косвенного управления на основе слежения за изменениям! параметров диагностической модели, позволяюшш индивидуализировать процессы контроля и управления.
Объекты исследования. Для целей практической проверю
разрабатываемых теоретических подходов и практических методої используются системы различной физической природы, а именно:
чисто механические объекты типа механизмов транспортирования ленточных материалов;
технические системы с биологическим объектом, такие каї замкнутые герметические объемы с человеком;
- био-медицинскда системы, такие как системы контролі
состояния оператора автоматизированных управляющих систем і
работников вредных технологических производств на примере
обнаружения патологии гортани и состояния сердечно-сосудистой
системы;
- системы управляемого био-медицинского эксперимента нг
примере процедуры фотомодификации крови.
Практическая ценность работы состоит в разработке
теоретического обоснования методологии проведения
диагностирования и контроля многосвязных механических у биотехнических систем и создании программного и аппарат н ore обеспечения для проведения диагностических исследования.
Цель работы: разработка теоретических основ и практических методов диагностирования, контроля и управления техническими системами и биологическими объектами (биотехническими системами).
Задачи исследования: 1. Разработка единых методологических подходов к диагностирование многосвязных технических и биотехнических объектов.
2. Теоретическое обоснование диагностических моделей с
возможностью учета накопления дефекта или развития патологии.
-
Теоретическое обоснование методов учета взаимного влияния быстрых процессов наблюдаемой динамики и медленных процессов изменения диагностического состояния систем.
-
Разработка теории и практических методов построения диагностической модели в условиях разделения процессов быстрого и медленного времени и невозможности такого разделения.
-
Теоретическое обоснование и развитие практических методов качественной диагностики биотехнических систем в условиях информационной неопределенности и невозможности полномасштабного воспроизведения натурных тестовых и ресурсных испытаний.
-
Разработка методов индивидуализации контроля и управления системой на основе слежения за изменением параметров дианости-ческоя модели.
Положения, выносимые на зашиту:
- единая методология построения диагностических моделей для
многосвязных механических и биотехнических систем, учитывающая
временную разномасштабность процессов наблюдаемой динамики и
накопления дефекта или развития патологии;
- методология построения качественных диагностических
моделей с целью выявления пространственного положения наиболее
слабого элемента системы в условиях информационной
неопределенности и невозможности организации полномасштабного
эксперимента и ресурсных испытаний;
- методология индивидуализации управления системой на основе
слежения за изменениями параметров диагностической модели.
Апробация работы. По результатам работы были сделаны доклады на следующих Всесоюзных и Российских научно-технических конференциях: "Системы автоматического управления летательными аппаратами", Москва, 1988; "Измерительные информационные системы-89", Ульяновск, 1989; "Проблемы теории чувствительности", Владимир, 1989; "Идентификация динамических систем и обратные задачи", Суздаль, 1990; "Математическое и иммитационное моделирование в системах проектирования и управления", Чернигов, 1990; "Комплексирование бортовых систем и новая информационная технология", Ленинград, 1990; "Приоритетные направления в научном приборостроении" - международная конференция, Ленинград, 1990; "Надежность машин, математическое и
машинное моделирование процессов динамики", Кишинев, 1991.
Результаты работа обсуждались и получили положительну оценку на кафедрах Государственной. Академии аэрокосмическог приборостроения, Санкт-Петербургского государственного техвичес кого университета; НИИ онкологии им. профессора Н.Н.Петров (С.-Петербург); на семинаре в Ленинградской областной клиническо больнице; АО "Вологодский подпшпниковьш завод"; АО "Факел (С.-Петербург).
Публикации. По результатам работы опубликовано боле пятидесяти научных работ. Из них: двенадцать авторски свидетельств на изобретения; семнадцать статей; конспект лекций десять тезисов докладов научно-технических конференций; отчеты п научно-исследовательской работе.
Структура работы. Работа состоит из основной части приложения. Основная часть включает введение, четыре главы заключение, список использованной литературы и содержит 22 страницу, имеются ссылки на 91 литературный источник Приложение состоит из трех разделов, содержит 31 страницу поясняет аппаратное и программное обеспечение разработанны методов.