Способ поиска неисправностей динамического блока в непрерывной системе на основе функции чувствительности

Изобретение относится к контролю и диагностированию систем автоматического управления и их элементов. Технический результат - уменьшение вычислительных затрат, связанных с реализацией моделей с пробными отклонениями параметров. Он достигается тем, что предварительно регистрируют реакцию заведомо исправной системы, определяют выходные сигналы модели, полученные в результате использования параметрической функции чувствительности, для чего поочередно соединяют связью две модели: на вход первой модели подают тестовый сигнал, выходом первой модели становится вход блока с искомым параметром, соединяют выход первой модели со входом второй через передаточную функцию, входом второй модели становится выход блока с контролируемым параметром, снимают выходные сигналы после каждого блока второй модели, полученные выходные сигналы регистрируют, замещают систему с номинальными характеристиками контролируемой, на вход системы подают аналогичный тестовый сигнал, определяют сигналы контролируемой системы, определяют отклонения сигналов контролируемой системы от номинальных значений, определяют диагностические признаки, по минимуму значения диагностического признака определяют неисправный параметр. 1 ил.

 

Изобретение относится к области контроля и диагностирования систем автоматического управления и их элементов.

Известен способ поиска неисправностей динамического блока в непрерывной системе (Способ поиска неисправностей динамического блока в непрерывной системе: пат. 2429518 РФ: МПК⁷ G05B 23/02 (2006.01) / Шалобанов С.С. - №2010128421/08; заявл. 08.07.2010; опубл. 20.09.2011. Бюл. №26).

Недостатком этого способа является то, что он использует задание величин относительных отклонений параметров передаточных функций для моделей с пробными отклонениями.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ поиска неисправностей динамического блока в непрерывной системе (Способ поиска неисправностей динамического блока в непрерывной системе: пат. 2450309 РФ: МПК⁷ G05B 23/02 (2006.01) / Шалобанов С.С. - №2010148469/08; заявл. 26.11.2010; опубл. 10.05.2012. Бюл. №13).

Недостатком этого способа является то, что он использует задание величин относительных отклонений параметров передаточных функций для моделей с пробными отклонениями.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является уменьшение вычислительных затрат, связанных с реализацией моделей с пробными отклонениями параметров.

Поставленная задача достигается тем, что предварительно регистрируют реакцию заведомо исправной системы F_{j ном}(t_l), j=1, …, k; l=1, …, n на интервале t_l∈[0,Т_К] в k контрольных точках при n дискретных моментах времени на входное воздействие x(t), определяют выходные сигналы модели для каждой из k контрольных точек, полученные в результате использования параметрической функции чувствительности, для чего поочередно для каждого из m параметров всех блоков динамической системы соединяют связью две модели: на вход первой модели подают тестовый сигнал x(t), выходом первой модели становится вход блока с искомым параметром, соединяют выход первой модели со входом второй через передаточную функцию: j=1, …, k; i=1, …, m; l=1, …, n, где W_j - передаточная функция блока, в котором содержится контролируемый параметр α_i, входом второй модели становится выход блока с контролируемым параметром α_i, снимают выходные сигналы после каждого блока второй модели, полученные выходные сигналы для каждой из k контрольных точек и каждой из m совмещенных моделей с параметрической функцией чувствительности и n дискретных значений времени V_ji(t_l), j=1, …, k; i=1, …, m; l=1, …, n регистрируют, замещают систему с номинальными характеристиками контролируемой, на вход системы подают аналогичный тестовый сигнал x(t), определяют сигналы контролируемой системы для k контрольных точек в n дискретные моменты времени F_i(t_l), j=1, …, k; i=1, …, m; l=1, …, n, определяют отклонения сигналов контролируемой системы для k контрольных точек в n дискретные моменты времени от номинальных значений

ΔF_i(t_l)=F_j(t_l)-F_{j ном}(t_l), j=1, …, k; l=1, …, n,

определяют диагностические признаки для каждого из m параметров из соотношения

по минимуму значения диагностического признака определяют неисправный параметр.

Выражение (1) можно представить в виде:

где:

Диагностические признаки (2) лежат в фиксированном интервале значений [0, 1], поэтому различимость двух параметрических дефектов может оцениваться как разность значений соответствующих признаков.

Таким образом, предлагаемый способ поиска неисправностей сводится к выполнению следующих операций:

1. В качестве динамической системы рассматривают систему, состоящую из произвольно соединенных динамических элементов, передаточные функции которых в сумме содержат m параметров.

2. Предварительно определяют время контроля Т_К≥Т_ПП, где Т_ПП - время переходного процесса системы. Время переходного процесса оценивают для номинальных значений параметров динамической системы.

3. Фиксируют число контрольных точек k.

4. Предварительно определяют векторы Y_i(t_l) выходных сигналов модели в l-е дискретные моменты времени, полученные в результате функций чувствительности i-го параметра каждого из m параметров всех блоков для номинальных значений параметров передаточных функций блоков, для чего выполняют пункты 5-7.

5. Подают тестовый сигнал x(t) (единичный ступенчатый, линейно возрастающий, прямоугольный импульсный и т.д.) на вход системы управления с номинальными характеристиками. Принципиальных ограничений на вид входного тестового воздействия предлагаемый способ не предусматривает.

6. Регистрируют реакцию системы с номинальными характеристиками F_{j ном}(t_l), j=1, …, k; l=1, …, n нa интервале t_l∈[0,T_K] в k контрольных точках для n дискретных моментов времени.

7. Определяют выходные сигналы модели для каждой из k контрольных точек, полученные в результате использования параметрической функции чувствительности, для чего поочередно для каждого из m параметров всех блоков динамической системы соединяют связью две модели: на вход первой модели подают тестовый сигнал x(t), выходом первой модели становится вход блока с искомым параметром, соединяют выход первой модели со входом второй через передаточную функцию: j=1, …, k; i=1, …, m; l=1, …, n, где W_j - передаточная функция блока, в котором содержится контролируемый параметр α_i, входом второй модели становится выход блока с контролируемым параметром α_i, снимают выходные сигналы после каждого блока второй модели, полученные выходные сигналы для каждой из k контрольных точек и каждой из m совмещенных моделей с параметрической функцией чувствительности и n дискретных значений времени V_ji(t_l), j=1, …, k; i=1, …, m; l=1, …, n регистрируют.

8. Замещают систему с номинальными характеристиками контролируемой. На вход системы подают аналогичный тестовый сигнал x(t).

9. Определяют сигналы контролируемой системы для k контрольных точек и n моментов времени F_j(t_l), j=1, …, k; 1=1, …, n, осуществляя операции, описанные в пунктах 5 и 6 применительно к контролируемой системе.

10. Определяют отклонения сигналов контролируемой системы для k контрольных точек и n моментов времени от номинальных значений ΔF_j(t_l)=F_j(t_l)-F_{j ном}(t_l), j=1, …, k; l=1, …, n.

11. Вычисляют диагностические признаки наличия неисправного параметра по формуле (1).

12. По минимуму значения диагностического признака определяют дефектный параметр.

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа поиска одиночного дефекта для системы, структурная схема которой представлена на чертеже.

Передаточные функции блоков:

номинальные значения параметров: k₁=1 (J₁); T₁=5 с (J₂); К₂=1 (J₃); Т₂=1 с (J₄); K₃=1 (J₅); Т₃=5 с (J₆). При поиске одиночного дефекта в виде отклонения коэффициента усиления k₁=0.8 (дефект №1) в первом звене путем подачи ступенчатого тестового входного сигнала единичной амплитуды и Т_к=10 с получены значения диагностических признаков по формуле (3) при использовании трех контрольных точек, расположенных на выходах блоков. Дефект, найденный путем получения функции параметрической чувствительности и вычисленный по формуле (3), дает следующие значения диагностических признаков: J₁=0.1644; J₂=0.3202; J₃=0.5844; J₄=0.8855; J₅=0.3631; J₆=0.5386.

Моделирование процессов поиска параметрических дефектов во втором и третьем блоках для данного объекта диагностирования при том же ступенчатом входном сигнале дает следующие значения диагностических признаков. При наличии дефекта в блоке №2 (в виде уменьшения параметра k₂ на 20%, дефект №3): J₁=0.5293; J₂=0.5115; J₃=0.1166; J₄=0.4605; J₅=0.5725; J₆=0.5988. При наличии дефекта в блоке №3 (в виде уменьшения параметра k₃ на 20%, дефект №5): J₁=0.3884; J₂=0.3854; J₃=0.5064; J₄=0.4734; J₅=0.02149; J₆=0.305.

Минимальное значение диагностического признака во всех случаях правильно указывает на дефектный параметр.

Способ поиска неисправностей динамического блока в непрерывной системе на основе функции чувствительности, основанный на том, что фиксируют число m параметров передаточных функций блоков, входящих в состав системы, определяют время контроля Т_К≥Т_ПП, фиксируют число k контрольных точек системы, регистрируют реакцию системы и модели, регистрируют реакцию заведомо исправной системы F_jном(t_l), j=1,…,k; l=1,…,n на интервале t_l∈[0,Т_К] в k контрольных точках и n дискретных моментов времени, замещают систему с номинальными характеристиками контролируемой, на вход контролируемой системы подают аналогичный тестовый сигнал x(t), определяют сигналы контролируемой системы для k контрольных точек и n дискретных значений времени F_j(t_l), j=1,…,k; 1=1,…,n, определяют отклонения сигналов контролируемой системы для k контрольных точек и n дискретных значений времени от номинальных значений ΔF_j(t_l)=F_j(t_l)-F_{j ном}(t_l), j=1,…,k; l=1,…,n, определяют диагностический признак, по минимуму диагностического признака определяют неисправный параметр, отличающийся тем, что определяют выходные сигналы модели для каждой из k контрольных точек, полученные в результате использования параметрической функции чувствительности, для чего поочередно для каждого параметра всех блоков динамической системы соединяют связью две модели: на вход первой модели подают тестовый сигнал, выходом первой модели становится вход блока с искомым параметром, соединяют выход первой модели со входом второй через передаточную функцию: j=1,…,k; i=1,…m; l=1,…,n, где W_j - передаточная функция блока, в котором содержится контролируемый параметр α_i, входом второй модели становится выход блока с искомым параметром α_i, снимают выходные сигналы после каждого блока второй модели, полученные выходные сигналы для каждой из k контрольных точек и каждой из m совмещенных моделей с параметрической функцией чувствительности и n дискретных значений времени V_ji(t_l), j=1,…,k; i=1,…m; l=1,…,n, и регистрируют, определяют диагностические признаки из соотношения

по минимуму диагностического признака определяют неисправный параметр.