Функциональное диагностирование

Под функциональным диагностированием будем понимать диагностирование, осуществляемое во время функционирования объекта, на который поступают рабочие воздействия (рисунок 4).

Рисунок 4 – Система функционального диагностирования

Разрыв связей в проверяемом объекте или подача тестовых воздействий, которые приводят к неправильному функционированию, недопустимы. К достоинствам функционального диагностирования относятся его непрерывность и связанная с этим оперативность получения информации о правильности функционирования объекта. Такое функционирование особенно важно для объектов, работающих длительное время.

В зависимости от цели диагностирования, вида диагностических признаков и модели дефектов возможны различные постановки задач функционального диагностирования (рисунок 5).

Рисунок 5 – Задачи функционального диагностирования

Целью диагностирования является определение технического состояния объекта с указанием при необходимости места, вида и причины дефекта. Разделяя способы диагностирования по объему информации о дефекте, которую требуется получить, различают: обнаружение факта неправильного функционирования, когда выносится одно из 2-х утверждений – «объект функционирует правильно» и «объект функционирует неправильно», указание с заданной степенью точности места дефекта и определение конкретного вида дефекта (идентификация дефекта). Под идентификацией дефекта имеется в виду определение его качественных или количественных характеристик, например величины отклонения от номинального значения искаженного коэффициента передаточной функции объекта, степени аварийности объекта при данном дефекте и т.д.

Названные цели объединяются термином «поиск дефекта». Конечной целью диагностирования является коррекция – устранение дефекта или нейтрализация его последствий. Она может осуществляться автоматическим отключением неисправных участков системы или принятием иных мер по защите объекта, а также парированием дефекта путем использования структурной или информационной избыточности. В измерительных и информационно-вычислительных системах коррекция сводится к исправлению ошибок в выходных переменных и восстановлению их правильных значений.

Под диагностическими признаками понимаются характеристики объекта используемые для определения его технического состояния. Ими могут служить выходные сигналы объекта или его отдельных блоков, параметры объекта (например, коэффициенты передаточной функции), а также косвенные признаки, характеризующие процессы, сопутствующие основному, такие как уровень вибрации, акустический шум и др.

Анализ известных методов проверки правильности функционирования позволяет выделить два основных подхода к контролю технического состояния объекта: в пространстве параметров и пространстве сигналов.

В первом случае определяются текущие значения параметров объекта (коэффициенты передаточных функций, постоянные времени и т.д.) и оценивается отклонение их от номинального значения. Во втором случае проверяется отклонение выходных сигналов объекта и его блоков от теоретических значений. В обоих случаях объект считается функционирующим неправильно, если отклонение превышает допустимую величину. Основная трудность при первом подходе связана со сложностью измерений текущих значений параметров, тогда как их номинальные значения обычно бывают известны. При втором подходе, напротив, главная проблема состоит в необходимости непрерывного определения номинальных значений выходных сигналов для текущих значений входных сигналов. Классификация методов функционального диагностирования в соответствии с приведенными двумя подходами представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Классификация методов функционального диагностирования

Методы диагностирования в пространстве параметров условно можно разбить на три группы. Первая группа методов функционального диагностирования в пространстве параметров использует результаты одного из разделов современной теории автоматического управления – теории идентификации. Основная задача идентификации состоит в получении или уточнении математического описания объекта по измерениям его входного и выходного сигналов. Для диагностирования в принципе можно использовать любой из известных методов идентификации. Однако, целесообразно по возможности упрощать применяемые методы, испол

ьзуя дополнительную априорную информацию о номинальных значениях параметров исправного объекта и модели дефектов.

Математической основой второй группы методов, которые могут применяться и при диагностировании в пространстве сигналов, является теория распознавания образов. Текущее состояние объекта характеризуется вектором в пространстве диагностических признаков, разбитых на области, соответствующие тем или иным дефектам. Эти области частично перекрываются, и задача состоит в том, чтобы по измеренному значению вектора диагностических признаков указать наиболее вероятный дефект.

Вторая группа методов использует принцип составления словарей дефектов (диагностических таблиц), согласно которым составляются списки наиболее характерных неисправностей и соответствующих им значений диагностических признаков. Обычно под неисправностью понимают недопустимое отклонение некоторого параметра от номинального значения, а ее признаком служит превышение предельного уровня некоторых сигналов, хотя возможны и другие варианты. Поэтому данный метод используется при диагностировании и в пространстве параметров и в пространстве сигналов, причем часто используются косвенные диагностические признаки, а также переменные состояния вспомогательных механизмов и устройств объекта.

Методы диагностирования в пространстве сигналов делятся на две группы. Первая, из которых использует априорно известные сведения о характеристиках сигналов (амплитуде, частотных свойствах и др.). Примером может служить контроль уровня динамического диапазона сигнала, колебательности, спектра. Сюда же относятся методы, использующие примешивание к входному сигналу объекта, вспомогательного сигнала небольшой амплитуды и последующее выделение, и анализ соответствующей ему составляющей в выходном сигнале. К недостаткам методов этой группы относятся необходимость иметь априорную информацию о характеристиках выходных сигналов, неизбежная зависимость указанных характеристик от входных сигналов, поведение которых заранее чаще всего неизвестно, и недостаточная полнота контроля.

От указанных недостатков свободна вторая группа методов, основанная на использовании алгебраических инвариантов. В методах этой группы диагностирование осуществляется путем проверки некоторых алгебраических соотношений (контрольных условий), которым должна удовлетворять совокупность выходных сигналов объекта, дополненная при необходимости одним или несколькими избыточными сигналами. Инвариантность контрольных условий состоит в том, что при отсутствии дефекта они обязаны выполняться для любых входных сигналов в любой момент времени. К наиболее известным из методов этой группы относятся дублирование и резервирование.

Поиск по сайту: