Методы и алгоритмы поиска дефектов в системах автоматического управления на основе моделей дефектов Шалобанов, Сергей Сергеевич

Введение к работе

Актуальность темы. Задачи создания и исследования алгоритмов диагностирования занимают важное место в общей проблеме построения высокоэффективных методов, алгоритмов и диагностического обеспечения систем автоматического управления. Применение структурных методов и алгоритмов, базирующихся на структурных свойствах объектов диагностирования, является перспективным направлением.

Для описания проявления некоторых дефектов часто необходимо менять структуру динамической модели одного или нескольких блоков объекта. Это может приводить к ошибкам поиска дефектов при решении задачи с использованием диагностической модели неизменной структуры. Поэтому необходимо строить диагностические признаки по структурному (блочному) принципу и исключить этап параметрической классификации из процесса технического диагностирования для устранения источника ошибок. В этом случае появляется возможность поиска дефектов в условиях изменения размерности параметрического пространства и структуры моделей блоков.

С помощью структурного подхода возможны процедуры исследования и создания диагностических моделей линейных и нелинейных объектов с целью назначения требуемого количества и позиционирования контрольных точек, а также вычисления теоретической различимости всех возможных в объекте дефектов.

Для решения перечисленных задач целесообразно применять структурные методы диагностирования, использующие модели дефектов. В качестве моделей дефектов в работе используются модели с пробными отклонениями параметров передаточных функций блоков или матрица знаков передач сигналов от выходов блоков к контрольным точкам.

Анализ состояния вопроса по данной проблеме показывает, что перечисленные выше задачи не решены в полной мере.

Целью работы является решение задач разработки структурных методов и алгоритмов построения и анализа диагностических моделей, а также поиска дефектов непрерывных и дискретных, линейных и нелинейных систем автоматического управления, упрощающих процесс диагностирования и повышающих различимость дефектов.

Задачи исследования:

1. разработка методов и алгоритмов поиска дефектов в системах автоматического управления на основе пробных отклонений параметров модели, анализа знаков передач для построения нормированных и бинарных диагностических признаков, значительно сокращающих вычислительные затраты на диагностирование;

2. разработка алгоритмов назначения контрольных точек и выбора значений используемых диагностических параметров;

3. разработка программных средств для исследования свойств предложенных методов и алгоритмов.

Методы исследования базируются на математическом аппарате теории управления, теории чувствительности, системного анализа, высшей и линейной алгебры. Проверка и исследование свойств алгоритмов диагностирования осуществлялась путём их компьютерного моделирования.

Научная новизна работы:

1. Разработаны методы и алгоритмы поиска дефектов в системах автоматического управления, основанные на использовании пробных отклонений параметров модели, анализа знаков передач сигналов блоков объекта для построения нормированных и бинарных диагностических признаков, значительно упрощающих процесс диагностирования и улучшающие различимость дефектов;

2. Предложены нормированные и бинарные диагностические признаки наличия одиночных и кратных, структурных и параметрических дефектов, для нахождения их методом пробных отклонений параметров модели и методом анализа знаков передач сигналов;

3. Предложены нормированные количественные характеристики априорной и апостериорной различимости структурных и параметрических дефектов для анализа свойств разработанных алгоритмов;

4. Разработана методика назначения контрольных точек и выбора величин используемых диагностических параметров в объекте диагностирования путём анализа значений характеристик различимости пар дефектов;

5. Созданы программные средства, реализующие предложенные методы и позволяющие исследовать свойства алгоритмов диагностирования и свойства объектов диагностирования.

Практическая ценность результатов работы. Предложенные методы поиска дефектов, назначения контрольных точек и выбора значений диагностических параметров позволяют существенно сократить объем измерений на объекте. Программный комплекс обеспечивает возможность разработчикам и специалистам по эксплуатации систем автоматического управления моделировать различные неисправности, задавать входные воздействия, контрольные точки и диагностические параметры.

Результаты диссертационной работы внедрены в ОАО «Хабаровский нефтеперерабатывающий завод», ЗАО «Стрежень», в учебный процесс кафедры «Автоматика и системотехника» ТОГУ.

По результатам работы получены 13 патентов на изобретение, 3 положительных решения на выдачу патентов на изобретения, 3 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Алгоритмы поиска одиночных и кратных дефектов в непрерывных и дискретных системах автоматического управления на основе пробных отклонений параметров модели.

2. Алгоритм поиска одиночных дефектов в системах автоматического управления на основе анализа знаков передач сигналов с использованием нормированного диагностического признака.

3. Алгоритм поиска одиночных дефектов в непрерывных системах автоматического управления на основе анализа знаков передач сигналов с использованием бинарного диагностического признака.

4. Методика анализа диагностической модели и выбора значений используемых диагностических параметров для разработанных алгоритмов.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты работы докладывались на десятой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2010), международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании ‘2010» (Одесса, 2010), международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований `2011» (Одесса, 2011), одиннадцатой международной научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности" (Санкт-Петербург, 2011), международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте `2011» (Одесса, 2011), международной научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития `2011» (Одесса, 2011), “Modern materials and technologies 2011” International Russian-Chinese Symposium (Khabarovsk, 2011), двенадцатой международной научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности" (Санкт-Петербург, 2011), международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании ‘2011» (Одесса, 2011), XIV Краевом конкурсе молодых учёных и аспирантов (Хабаровск, 2012), где завоевали 2 место, международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте `2012» (Одесса, 2012), XV Краевом конкурсе молодых учёных и аспирантов (Хабаровск, 2013), где отмечены почётной грамотой за высокий уровень представленного научного доклада.

Публикации и личный вклад автора. Основные результаты диссертации отражены в 29 печатных работах, в том числе 6 – в изданиях, входящих в Перечень российских рецензируемых научных журналов.

В совместных публикациях автору принадлежат следующие научные результаты: в [1, 16, 22] – разработка алгоритмов диагностирования, в [5, 13, 18, 19, 26, 28] – постановка задачи и разработка алгоритмического обеспечения, в [4, 8-10, 17, 20] – программная реализация алгоритмов поиска дефектов.

Результаты работы, полученные автором самостоятельно и опубликованные без соавторства, отражены в [2, 3, 6, 7, 11, 12, 14, 15, 21, 23-25, 27, 29].

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, приложения. Работа содержит 136 страниц основного текста, 32 рисунка, 8 таблиц, библиографический список из 129 наименований.

Похожие диссертации на Методы и алгоритмы поиска дефектов в системах автоматического управления на основе моделей дефектов

Методы, модели и алгоритмы автоматической обработки снимков для определения дефектов в промышленных изделияхОрлов, Алексей Александрович

Управление региональной системой здравоохранения на основе интеграции прогностических моделей заболеваемости, организации лечебно-профилактической помощи и ресурсоэффективностиЛебедев Николай Васильевич

Методы и алгоритмы обеспечения контролерпригодности сложных технических систем при кратных дефектахБушуева, Мария Евгеньевна

Разработка методов и алгоритмов поиска неизбыточных структур в процессе синтеза систем управления вентиляцией негазовых шахтШестаков Максим Павлович

Алгоритмы, методы хранения, поиска и анализа временных рядов в промышленных СУБДПрохоров Андрей Юрьевич

Разработка эффективных алгоритмов поиска слов в текстах для построения методов сжатия данныхБах Ольга Анатольевна

Метод адаптивного поиска образовательных ресурсов на основе онтологической модели представления знаний и алгоритма рассуждений по прецедентамУжва, Алексей Юрьевич

Оперативное управление производственными системами на основе сетей Петри Сочнев Алексей Николаевич

Системный анализ и управление мультисервисной системой на основе методов функциональной надежностиМарченков, Артем Евгеньевич

Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс]Склярова Татьяна Петровна