RU2153188C1 - Способ диагностирования динамических объектов - Google Patents

Способ диагностирования динамических объектов Download PDF

Info

Publication number
RU2153188C1
RU2153188C1 RU99105599/09A RU99105599A RU2153188C1 RU 2153188 C1 RU2153188 C1 RU 2153188C1 RU 99105599/09 A RU99105599/09 A RU 99105599/09A RU 99105599 A RU99105599 A RU 99105599A RU 2153188 C1 RU2153188 C1 RU 2153188C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dynamic
fed
dynamic element
multiplication
input
Prior art date
Application number
RU99105599/09A
Other languages
English (en)
Inventor
С.В. Шалобанов
В.В. Бобышев
Original Assignee
Хабаровский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Хабаровский государственный технический университет filed Critical Хабаровский государственный технический университет
Priority to RU99105599/09A priority Critical patent/RU2153188C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2153188C1 publication Critical patent/RU2153188C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области контроля и диагностирования систем автоматического управления. Технический результат заключается в уменьшении временных и аппаратных затрат, упрощении процесса диагностирования и расширении функциональных возможностей способа. Способ заключается в том, что в качестве объекта диагностирования рассматривают систему, состоящую из произвольно соединенных m динамических элементов. Предварительно определяют время контроля Тк ≥ Тпп, где Тпп - время переходного процесса объекта. Задают модель чувствительности
Figure 00000001
временных характеристик объекта в различных контрольных точках к изменению временных характеристик i-го динамического элемента в виде последовательного соединения двух одинаковых эталонных моделей объекта через перемычку, соединяющую вход i-го в первой эталонной модели с выходом i-го элемента второй эталонной модели. В качестве динамического признака i-го динамического элемента определяют интегральную меру, для чего подают тестовый сигнал одновременно на объект и первую эталонную модель. Операции определения диагностических признаков повторяют для каждого динамического элемента. 16 ил.

Description

Изобретение относится к области контроля и диагностирования систем автоматического управления и их элементов.
Известен способ контроля линейных динамических систем, контроль параметров по которому осуществляется последовательно во времени и требует многократного переключения уровня стимулирующего входного сигнала в момент фиксации нулей сигналов с модели чувствительности. (Авторское свидетельство N 297034, М.кл. G 05 B 23/00, 1969).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является способ диагностирования неисправностей динамических объектов. (Авторское свидетельство N 1462254, М.кл. G 05 B 23/02, 1987).
Недостатком этого способа является необходимость подачи нескольких гармонических тестовых сигналов и регистрации реакции системы на каждый из них, что обуславливает большие временные и аппаратные затраты на реализацию способа. Кроме того, применение способа ограничено линейными объектами.
Цель изобретения - уменьшение временных и аппаратных затрат на диагностирование, упрощение процесса диагностирования и расширение функциональных возможностей способа путем обеспечения возможности диагностирования нелинейных объектов.
Указанная цель достигается тем, что предлагается новая совокупность действий:
1. В качестве объекта диагностирования рассматривают систему, состоящую из произвольно соединенных динамических элементов. Фиксируют число m динамических элементов и число k контрольных точек объекта диагностирования.
2. Предварительно определяют время контроля Tk≥TПП, где TПП - время переходного процесса объекта. Время переходного процесса оценивают для номинальных значений параметров объекта.
3. В качестве диагностического признака наличия дефекта в i-м динамическом элементе используют интегральную меру следующего вида:
Figure 00000004

где
Figure 00000005

Figure 00000006
вектор отклонений временных характеристик объекта в k контрольных точках;
Figure 00000007
структурная чувствительность (чувствительность временных характеристик объекта к изменению весовой функции i-го динамического элемента);
Δi(t) - интегральное отклонение весовой функции i-го динамического элемента от номинального значения.
Рассмотрим подробнее что представляет собой интегральное отклонение весовой функции Δi(t) в выражении (1). Для этого запишем уравнение, связывающее отклонение временной характеристики объекта в j-й контрольной точке ΔFj(t) с отклонением весовой функции i-го динамического элемента:
Figure 00000008

где Vji(τ) - структурная чувствительность для j-й контрольной точки и i-го динамического элемента;
Δwi(τ) - отклонение весовой функции i-го динамического элемента от номинального значения в момент времени τ.
Сигналы, численно равные структурным чувствительностям Vji(t), могут быть получены с учетом следующих соображений.
Рассмотрим вектор коэффициентов влияния i-го динамического элемента:
Figure 00000009

где
Figure 00000010
вектор передаточных функций всей системы для различных контрольных точек; Wi(p) - передаточная функция i-го динамического элемента. По определению передаточной функции для нулевых начальных условий
Figure 00000011

где
Figure 00000012
вектор изображений выходных сигналов объекта для различных контрольных точек.
Тогда
Figure 00000013

откуда
Figure 00000014

Слева в выражении (4) - вектор изображений чувствительностей выходных сигналов объекта к изменению весовой функции i-го динамического элемента. Таким образом, чтобы получить искомые чувствительности
Figure 00000015
необходимо входной тестовый сигнал подать на модель структурной чувствительности с передаточными функциями
Figure 00000016
(Р. Томович, М. Вукобратович. Общая теория чувствительности. М.: Сов. радио. 1972- стр. 176-177).
Модель структурной чувствительности может быть получена путем последовательного соединения двух одинаковых моделей объекта, когда выходом первой модели является входной сигнал i-го динамического элемента, а вход второй модели организуется на выходе i-го динамического элемента (там же, стр. 180).
Другими словами, две одинаковые модели объекта диагностирования должны быть включены последовательно через перемычку, идущую от входа рассматриваемого i-го блока в первой модели к выходу i-го блока второй модели. Это соединение поясняет фиг. 1.
Если подать на такое последовательное соединение двух моделей тестовое воздействие V, то на выходах контрольных точек второй модели появляются сигналы, численно равные функциям чувствительности
Figure 00000017
для i-го блока.
Изменение передаточной функции всей системы ΔFj(p) связано с изменением передаточной функции i-го динамического элемента ΔWi(p) при одиночном дефекте и использовании модели чувствительности первого порядка следующим соотношением:
ΔFj(p) = Vji(p)•ΔWi(p), (5)
где Vji(p) - чувствительность для i-го блока и j-й контрольной точки, определяемая выражением (4).
Формуле (5) в области оригиналов соответствует свертка (2). Запишем уравнение (2) для всех контрольных точек в векторном виде и проинтегрируем его на интервале
Figure 00000018

Figure 00000019

Поскольку Δwi(t) = 0 при t <0, внутренний интеграл не изменится, если его верхний предел заменить на Tk. Меняя порядок интегрирования, получим:
Figure 00000020

где
Figure 00000021
- интегральное отклонение весовой функции i-го динамического элемента.
В качестве контролируемого параметра i-го блока выберем интегральное отклонение его весовой функции (7). Как видно из выражения (6), это позволяет заменить интеграл свертки (2) произведением функций
Figure 00000022

Если дефект только в i-м динамическом элементе, то
Figure 00000023

причем, чтобы квадратичный функционал (1) обратился в ноль, подынтегральное выражение должно быть равно 0 при всех t:
Figure 00000024

Для того, чтобы диагностический признак (1) не зависел от неизвестного и искомого на этапе поиска дефектов интегрального отклонения Δi(t), выразим это отклонение из системы уравнений:
Figure 00000025

Умножение выражения (8) слева на
Figure 00000026
позволяет выразить скаляр Δi(t):
Figure 00000027

или
Figure 00000028

Подставляя выражение (9) в формулу (1) и, производя эквивалентные преобразования, получим:
Figure 00000029

В развернутой для элементов векторов форме это выражение примет вид:
Figure 00000030

где
Figure 00000031
структурная чувствительность временной характеристики в j-ой контрольной точке для i-го динамического элемента.
Дальнейшие операции при реализации предлагаемого способа направлены на определение интегральных диагностических признаков для каждого динамического элемента по формуле (10) и поясняются блок-схемой устройства, показанной на фиг. 2.
4. Задают модель чувствительности временных характеристик объекта в различных контрольных точках к изменению весовой функции i-го динамического элемента в виде последовательного соединения двух одинаковых эталонных моделей объекта через перемычку, соединяющую вход i-го динамического элемента в первой эталонной модели с выходом i-го динамического элемента во второй эталонной модели. В качестве первой и второй эталонных моделей используются два одинаковых аналоговых устройства, состоящих, как и объект, из m динамических элементов и реакции которых на тестовое воздействие в k контрольных точках равны реакциям исправного объекта диагностирования на то же воздействие
5. На входы динамического объекта и его первой эталонной модели подают тестовое воздействие (единичное ступенчатое, линейно возрастающее, прямоугольное импульсное и т.д.).
6. Регистрируют реакцию объекта и первой эталонной модели в k контрольных точках и определяют отклонения временных характеристик объекта от номинальных ΔFj(t), i= l,2,.,k на интервале t ∈ [0,TK]. С k выходов второй эталонной модели, соответствующих k контрольным точкам объекта диагностирования, снимают сигналы, численно равные функциям чувствительности Vji(t).
7. Каждый из сигналов Vji(t) подают на первый и второй входы соответствующих блоков перемножения первой группы. Выходные сигналы k блоков перемножения первой группы численно равные квадратам функций чувствительности Vj12(t), подают на входы первого сумматора. Сигнал с выхода сумматора, численно равный сумме квадратов функций чувствительности первого динамического элемента, где суммирование произведено по числу контрольных точек, подают на второй вход (делитель) блока деления.
8. Одновременно функции чувствительности первого динамического элемента для различных контрольных точек подают на первые входы второй группы блоков перемножения, на вторые входы которых, подают сигналы отклонения временных характеристик ΔFj(t). Выходные сигналы второй группы блоков перемножения подают на входы второго сумматора. Выходной сигнал второго сумматора одновременно подают на оба входа блока перемножения. Выходной сигнал блока перемножения подают на первый вход (делимое) блока деления.
9. Сигналы, равные отклонениям от номинальных значений временных характеристик ΔFj(t), подают на первый и вторые входы блоков перемножения третьей группы. Выходные сигналы блоков перемножения третьей группы подают на входы третьего сумматора.
10. Из выходного сигнала третьего сумматора вычитают выходной сигнал блока деления и разностный сигнал интегрируют на интервале [0,Tк].
11. По истечении времени контроля Тк на выходе интегратора фиксируют значение диагностического признака J1 для первого динамического элемента.
12. Затем последовательно определяют диагностические признаки остальных динамических элементов, для чего выполняют пункты 3-11 каждый раз, предварительно изменяя положение перемычки, соединяющей первую эталонную модель и вторую эталонную модель согласно номеру динамического элемента, для которого находится диагностический признак.
13. После нахождения всех m диагностических признаков по минимуму значения признака определяют неисправный динамический элемент.
Таким образом, реализация предлагаемого способа предполагает m-кратную подачу однотипного тестового воздействия на объект, где m-число рассматриваемых (т.е. контролируемых) блоков объекта.
Время поиска неисправности приближенно определяется выражением Т ≈ m • Tк, где m - число контролируемых блоков системы, и может быть значительно меньше, чем в прототипе, где измерение для каждой частоты гармонического воздействия должны производиться после завершения переходных процессов в объекте и требуется подача нескольких, различных по частоте тестовых гармонических воздействий при определении каждого диагностического признака.
Работоспособность предлагаемого способа иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Рассмотрим объект диагностирования, структурная схема которого показана на фиг. 3.
Номинальные значения параметров: T1= 5; K1=l; К2= 1; T2= 1; К3= 1; Т3= 5. При поиске дефектов использовался прямоугольный импульсный тестовый сигнал единичной амплитуды со скважностью 10 и длительностью импульса одна секунда. Моделирование объекта диагностирования, его модели и модели чувствительности проводилось на интервале 0-50 с. методом Эйлера с шагом дискретизации 0,001 с. На фиг. 4 показаны сигналы для контрольной точки КТ3 при отсутствии дефектов (кривая 1) и при наличии одиночного дефекта (кривая 2) в звене 1 (отклонение постоянной времени T1 на 50%). На фиг. 5 показана структурная функция чувствительности для динамического элемента 1 и контрольной точки КТЗ. Значения диагностических признаков при использовании контрольных точек КТ2 и КТЗ следующие: J1=1,262; J2=4,176; J3=6,605, а при использовании всех трех контрольных точек: J1=5,471; J2=63,65; J3=29,74.
Анализ значений признаков указывает на наличие дефекта в первом динамическом элементе, причем различимость состояний первого и второго динамических элементов лучше при использовании трех контрольных точек. Моделирование поиска одиночных дефектов в блоках 2 и 3 также приводит к правильным результатам.
Пример 2. Для исследования возможности применения предлагаемого способа при функциональном диагностировании было проведено моделирование процессов поиска того же дефекта при подаче на вход системы псевдослучайного двоичного двуполярного сигнала [П. Эйкхофф. Основы идентификации систем управления. М. : Мир, 1975. С. 495- 506]. Такие сигналы имеют статистические свойства, приближающиеся к свойствам белого шума. Период последовательности TП легко изменяется в соответствии с формулой TП= (2n-1)•T, где n - количество разрядов регистра сдвига, Т - период следования тактовых импульсов. При моделировании были выбраны следующие характеристики псевдослучайного сигнала: амплитуда сигнала A=1; период Т=1 с; количество разрядов регистра сдвига n=7. Время моделирования, шаг дискретизации и место дефекта были выбраны такими же, как в предыдущем тестовом примере. На фиг. 6 представлены выходные сигналы номинальной модели и объекта диагностирования в третьей контрольной точке, на фиг. 7 - структурная функция чувствительности для первого динамического элемента в этой же контрольной точке, на фиг. 8 -абсолютное отклонение реакции объекта диагностирования в третьей контрольной точке от номинальной, а на фиг. 9 - псевдослучайный двоичный двуполярный тестовый входной сигнал, которой может рассматриваться как модель реального случайного входного сигнала при функциональном диагностировании. Результаты моделирования дают следующие значения диагностических признаков: J1=1,723; J2=69,94; J3= 115,5, что показывает работоспособность разработанного алгоритма в режиме функционального диагностирования. Кроме того, производилось моделирование процессов поиска дефектов при однополярном псевдослучайном двоичном входном сигнале при различных параметрах A и n.
Пример 3. Применение предлагаемого способа для диагностирования нелинейных систем рассмотрим на примере объекта диагностирования, структурная схема которого приведена на фиг. 10.
Номинальные значения параметров: T1=9; K1=0,1; К3=1; Т3=0,1; К4=1; Т4= 0.5, нелинейный элемент "усилитель с ограничением" с ограничением на уровне
2. Для диагностирования использовалось ступенчатое воздействие с амплитудой, равной 3. Моделирование объекта диагностирования, его модели и модели чувствительности проводилось на интервале 0-15 с с шагом дискретизации 0,01 с. На фиг. 11 показаны сигналы для контрольной точки КТ4 при отсутствии дефектов (Модель) и при наличии одиночного дефекта (Объект) в звене 1 (изменение постоянной времени T1=5). На фиг. 12 показаны эти же сигналы в контрольной точке КТ2. На фиг. 13 приведено отклонение реакции объекта от номинального значения в контрольной точке КТ4. На фиг. 14 показана структурная функция чувствительности для динамического элемента 1 в контрольной точке КТ4. Значения диагностических признаков при использовании контрольных точек 1,2,3,4 следующие: J1=0,866; J2=1,55; J3=2.14, J4=2.5. Применение для диагностирования псевдослучайного двоичного сигнала с параметрами Т=0,1 с, А=3, n=7 дает следующие значения диагностических признаков J1=8,47; J2=33,2; J3=34,6, J4=22,1.
Пример 4. Для иллюстрации возможности поиска дефектов в нелинейном элементе рассмотрим объект диагностирования, приведенный в предыдущем примере. Моделировался поиск дефекта в виде изменения уровня ограничения нелинейного элемента. Для диагностирования использовался псевдослучайный двоичный сигнал с параметрами Т=1 с, А=3, n=7. Моделирование объекта диагностирования, его модели и модели чувствительности проводилось на интервале 0-15 с с шагом дискретизации 0,01 с. На фиг. 15 показаны сигналы для контрольной точки КТ4 при отсутствии дефектов (Модель) и при наличии одиночного дефекта (Объект). На фиг. 16 показаны эти же сигналы в контрольной точке КТ1. Значения диагностических признаков при использовании контрольных точек 1,2,3,4 следующие: J1=15,8; J2=4,42; J3= 18,2, J4=13.4.
Способ остается работоспособным при одновременном отклонении нескольких параметров в одном динамическом элементе и использовании других видов тестовых воздействий.

Claims (1)

  1. Способ диагностирования динамических объектов, заключающийся в том, что фиксируют число m динамических элементов объекта диагностирования, число k контрольных точек, задают модель чувствительности динамических характеристик объекта к изменению динамических характеристик его элементов, на вход объекта и его эталонную модель подают тестовое воздействие, определяют отклонение динамических характеристик от номинальных, определяют диагностические признаки для каждого динамического элемента в виде интегральной меры рассогласования модельных и реально наблюдаемых отклонений динамических характеристик, динамический элемент, минимизирующий интегральную меру, принимают в качестве неисправного, отличающийся тем, что предварительно определяют время контроля объекта Тк ≥ Тпп, где Тпп - время переходного процесса объекта для номинальных значений параметров, задают модель чувствительности
    Figure 00000032
    временных характеристик объекта в различных контрольных точках к изменению весовой функции i-го динамического элемента в виде последовательно соединения двух одинаковых эталонных моделей объекта через перемычку, соединяющую вход i-го динамического элемента в первой эталонной модели с выходом i-го динамического элемента во второй эталонной модели, в качестве диагностического признака i-го динамического элемента определяют интегральную меру
    Figure 00000033

    для чего подают тестовое воздействие одновременно на объект и первую эталонную модель, из выходных сигналов объекта вычитают выходные сигналы первой эталонной модели для каждой контрольной точки и получают отклонение временных характеристик ΔFj(t) объекта, выходные сигналы второй эталонной модели, численно равные функциям чувствительности Vji (t), подают на первый и второй входы j-го блока перемножения первой группы и на второй вход j-го блока перемножения второй группы, выходные сигналы блоков перемножения первой группы подают на входы первого сумматора, выходной сигнал первого сумматора подают на второй вход блока деления, сигнал ΔFj(t) отклонений временной характеристики в j-й контрольной точке подают одновременно на первый вход j-го блока перемножения второй группы и на первый и второй входы j-го блока перемножения третьей группы, выходные сигналы блоков перемножения второй группы подают на входы второго сумматора, выходной сигнал которого подают на первый и второй входы блока перемножения, выходной сигнал блока перемножения подают на первый вход блока деления, выходные сигналы блоков перемножения третьей группы подают на входы третьего сумматора, из выходного сигнала которого вычитают выходной сигнал блока деления, полученный разностный сигнал подают на интегратор и по истечении времени контроля Тк фиксируют на выходе интегратора сигнал, численно равный диагностическому признаку j-го динамического элемента, затем многократно изменяют положение перемычки между первой и второй эталонной моделью в соответствии с номером контролируемого динамического элемента, подают на вход объекта и первой эталонной модели то же самое тестовое воздействие и повторяют операции определения диагностических признаков для каждого динамического элемента объекта.
RU99105599/09A 1999-03-18 1999-03-18 Способ диагностирования динамических объектов RU2153188C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99105599/09A RU2153188C1 (ru) 1999-03-18 1999-03-18 Способ диагностирования динамических объектов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99105599/09A RU2153188C1 (ru) 1999-03-18 1999-03-18 Способ диагностирования динамических объектов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2153188C1 true RU2153188C1 (ru) 2000-07-20

Family

ID=20217359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99105599/09A RU2153188C1 (ru) 1999-03-18 1999-03-18 Способ диагностирования динамических объектов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2153188C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2453898C1 (ru) * 2010-11-26 2012-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" Способ поиска неисправных блоков в динамической системе
RU2453904C2 (ru) * 2010-06-25 2012-06-20 Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Способ контроля значения а-анизотропийной нормы линейной системы без памяти
RU2675281C1 (ru) * 2018-03-28 2018-12-18 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Способ идентификации линейной динамической системы

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2453904C2 (ru) * 2010-06-25 2012-06-20 Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Способ контроля значения а-анизотропийной нормы линейной системы без памяти
RU2453898C1 (ru) * 2010-11-26 2012-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" Способ поиска неисправных блоков в динамической системе
RU2675281C1 (ru) * 2018-03-28 2018-12-18 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Способ идентификации линейной динамической системы

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Iatrou et al. Modeling of nonlinear nonstationary dynamic systems with a novel class of artificial neural networks
RU2444774C1 (ru) Способ поиска неисправного блока в дискретной динамической системе
Cannas et al. Neural network-based analog fault diagnosis using testability analysis
RU2153188C1 (ru) Способ диагностирования динамических объектов
US5210486A (en) Circuit test method
RU2579543C1 (ru) Способ поиска неисправного блока в дискретной динамической системе на основе смены позиции входного сигнала
RU2541896C1 (ru) Способ поиска неисправного блока в дискретной динамической системе на основе анализа знаков передач сигналов
RU2680928C1 (ru) Способ поиска неисправного блока в непрерывной динамической системе на основе функции чувствительности
Yankovskaya et al. Parallel algorithm for constructing k-valued fault-tolerant diagnostic tests in intelligent systems
Anderson et al. Pseudo-random and random test signals
US3102231A (en) White noise fault detection system
Burdiek Generation of optimum test stimuli for nonlinear analog circuits using nonlinear programming and time-domain sensitivities
RU2199776C2 (ru) Способ поиска неисправного блока в динамической системе
US5831437A (en) Test generation using signal flow graphs
US5872795A (en) Method and apparatus for scan testing of multi-phase logic
JP2685666B2 (ja) デジタル論理回路の動的な検査方法
RU2486568C1 (ru) Способ поиска неисправного блока в непрерывной динамической системе
RU2486570C1 (ru) Способ поиска неисправного блока в дискретной динамической системе
Halliday Generation and characterization of correlated spike trains
RU2001106752A (ru) Способ поиска неисправного блока в динамической системе
RU2146063C1 (ru) Способ идентификации линейного объекта
RU2740542C1 (ru) Способ поиска неисправного блока в непрерывной динамической системе на основе функции чувствительности
RU2120656C1 (ru) Способ определения состояния цифровых устройств
Andrejević et al. Delay Defects Diagnosis Using ANNs
Tong et al. Diagnostic tree design with model-based reasoning