CC BY
16УДК 621.314.5
АВТОМАТИЗАЦИЯ СИНТЕЗА ОПТИМАЛЬНОГО АЛГОРИТМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ Дунаев Андрей Михайлович
Аспирант, Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова 83, e-mail: west-ma@yandex.ru
Аннотация. В статье рассмотрен подход к автоматизации процесса нахождения оптимального логического алгоритма диагностирования преобразователей частоты по функциональной схеме. Описана алгоритмизация основных этапов построения оптимальной последовательности выполнения элементарных проверок над функциональными блоками диагностируемого устройства: выбор блока первой проверки, определение блочных номенклатур ветвей, формирование совокупности возможных последовательностей выполнения элементарных проверок в ветвях, выявление оптимальных последовательностей по критерию минимальности средних затрат на выполнение. Приведён пример работы созданного приложения автоматизированного синтеза алгоритма. Ключевые слова: оптимальный алгоритм диагностирования; процедура синтеза алгоритма диагностирования; средние затраты диагностирования; дерево алгоритма диагностирования.
Введение. Достаточное разнообразие заданных допустимых элементарных проверок позволяет получать диагностические алгоритмы различного качества. Представители означенного класса, проанализированные и разработанные автором данной статьи на более ранних этапах исследования, могут быть определены как квази-оптимальные по своему отношению к структуре диагностируемых устройств [9].
Однако следует отметить, что наибольшей практической значимостью обладают задачи построения оптимальных алгоритмов диагностирования [2], поскольку именно подобные задачи являют собой немаловажный аспект совершенствования средств обслуживания систем в связи с возрастанием сложности последних и повышением требований к эффективности их действия [6-8].
Целью настоящей работы является синтез оптимального алгоритма диагностирования неисправностей преобразователей частоты по функциональной схеме.
1. Логические алгоритмы диагностирования и критерий их оптимальности. Функциональная схема промышленного преобразователя частоты (ПЧ), представленная на рисунке 1, содержит 9 функциональных блоков, а также графическое обозначение передаваемых в системе сигналов [4].
Рис. 1. Функциональная схема промышленного ПЧ
На рисунке 1 имеют место следующие обозначения: ВА - вводной автоматический выключатель; ВФ - входной фильтр; НВ - неуправляемый выпрямитель; СФ -сглаживающий фильтр; АИ - автономный инвертор; Н - нагрузка преобразователя; БП -блок питания системы управления; СУ - система управления; ПУ - панель управления; ~ис -напряжение питающей сети переменного тока; иВХ - входное напряжение силовой схемы преобразователя; иВЫХ - выходное напряжение преобразователя; иБП - выходное напряжение блока питания; иУ - сигнал задания выходной частоты; 1н - ток нагрузки.
Диагностические алгоритмы опираются на функциональную схему диагностируемого устройства и служат для описания порядка проведения элементарных проверок над его функциональными блоками [3, 5]. Эффективность указанных алгоритмов определяется средними затратами диагностирования для определения одного технического состояния объекта диагностирования, которые могут быть найдены по выражению (1):
Ж
, Ет ) = X [/Н^ >Х 'О,- )]> 0)
г=1 ^
^ о
где 2а - первая проверка алгоритма диагностирования; р(ег) - вес г-го технического состояния среди других технических состояний, 1(е) - время проверки /-го блока, ег - техническое состояние /-го функционального блока, - множество технических состояний объекта
диагностирования, е1 €Е ЕТ ; ^¡{с у~ сумма времён проверок алгоритма диагностирования
го
от проверки 2о до проверки 2г [3, 9] .
Таким образом, критерием оптимальности алгоритма является минимальность средних затрат диагностирования для определения одного технического состояния объекта диагностирования [1]. Данные, необходимые для вычисления этого показателя, представлены в таблице 1. К ним относятся значения веса технического состояния и времени проверки ьго функционального блока.
Таблица 1. Времяве
оятностные характеристики функциональных блоков
i 1 2 3 4 5 6 7 8 9
p(ei) 0,01 0,04 0,05 0,02 0,4 0,1 0,14 0,2 0,04
0,05 0,05 0,1 0,02 0,07 0,06 0,05 0,5 0,1
2. Процедура синтеза оптимального алгоритма. Синтез диагностического алгоритма, характеризуемого минимальными затратами, осуществляется согласно предлагаемой методике, включающей следующие этапы:
1. Анализ функциональной схемы диагностируемого устройства на предмет определения целесообразности выполнения проверок конкретных блоков в различных ситуациях.
2. Выбор блока, подлежащего проверке в первую очередь.
3. Построение блочной номенклатуры ветви.
4. Составление полного расклада последовательностей выполнения элементарных проверок над блоками ветви.
5. Нахождение оптимальных последовательностей элементарных проверок.
6. Синтез дерева искомого алгоритма из найденных оптимальных конфигураций его составных частей.
Результатами анализа, проводимого на первом из перечисленных этапов, должны стать два логических массива выполнения проверок (ЛМВП). Один из них формируется на случай получения неисправных выходных сигналов (ЛМВП0), другой - на случай получения исправных выходных сигналов (ЛМВП1).
Второй этап процедуры заключается в выборе блока первой проверки (БПП) по критерию минимальности времени проверки.
Необходимо отметить, что рассматриваемые далее третий, четвёртый и пятый этапы выполняются отдельно для каждой из ветвей синтезируемого дерева алгоритма.
Третий шаг состоит в определении блочной номенклатуры ветви синтезируемого алгоритма на основании результатов выполнения двух предыдущих этапов - данных ЛМВП и информации о БПП.
Четвёртая ступень рассматриваемой методики направлена на конструирование всех возможных порядков осуществления проверок. По причине наибольшей сложности данной части процедуры для реализации следует продемонстрировать полученное в результате алгоритмизации графическое представление описываемого этапа, показанное на рисунке 2.
Полный расклад комбинаций ветви
Рис. 2. Блок-схема подпроцедуры составления полного расклада комбинаций
Условием 1 обозначена исчерпанность кандидатов младшего уровня и невозможность формирования из оставшихся комбинации, равномощной номенклатуре ветви без МБНВ[1].
На пятом этапе предполагается выделение из сформированного расклада одной или нескольких последовательностей, характеризуемых минимальной стоимостью выполнения. Шестой шаг ввиду своей простоты в детализированном описании не нуждается. 3. Работа приложения автоматизированного синтеза оптимального алгоритма. Структура разработанного рабочего прототипа «РС_ОРТ!М» размещена на рисунке 3.
Стартовая Процедура- Процедура- Процедура-
процедура -► построитель -► расчетчик -► избиратель -
OA
Рис. 3. Структура приложения «FC_OPTIM»
На рисунке 3 имеют место следующие обозначения: ТВВХ - таблица времявероятностных характеристик; ЛМВП - логические массивы выполнения проверок; ПРК - полный расклад комбинаций; ОА - оптимальный алгоритм.
Приложение использует псевдографическую систему представления дерева синтезируемого алгоритма диагностирования.
В этой системе представления ячейка, содержащая номер блока, который следует проверить в случае получения исправного выходного сигнала (левая дочерняя позиция), располагается на следующей строке таблицы непосредственно под ячейкой с номером блока произведённой элементарной проверки (родительской позиции).
Ячейка с номером блока, подлежащего проверке при получении неисправного сигнала (правая дочерняя позиция), находится правее левой дочерней позиции на соответственно 1,
2, 2 ~, ... , 2" 1 ячеек (где п - общее число уровней блоков-кандидатов, к - индекс уровня рассматриваемой материнской позиции, а индекс уровня дочерней позиции БПП принят равным 0).
Рисунком 4 проиллюстрировано состояние формы, соответствующее моменту начала работы приложения.
Рис. 4. Приложение «FC_OPTIM». Начало работы
На рисунках 5 и 6 зафиксированы результаты работы рассматриваемой программы. Ввиду того, что в ходе решения задачи была найдена 1 конфигурация правой ветви и 2 конфигурации левой, возможны две версии дерева алгоритма, отвечающего критерию оптимальности.
Рисунок 5 отражает первый вариант представления, соответствующий, как позволяет заключить опыт предыдущих исследований, M1a- и MPO-алгоритмам [4, 5]. На рисунке 6 показана конфигурация второго варианта, соответствующего МРТ-алгоритму [1, 5].
У РС_орпм
Таблица времявероятностных характеристик
1 2 3 РП и Е: 8 и
р 0,01 0.01 0.05 0.02 0,4 0,1 0,11 0,2 0,01
Т 0.05 0.05 0.1 0.02 0,07 0,06 0,05 0,5 0,1
Дерево алгоритма
ПОСТРОИТЬ
Блок первой проверки [БПП] р
Затраты: 0.0004
Левая ветвь (при исправном сигнале БПП) Правая ветвь (при неисправном сигнале БПП)
5
7
со
э
2
3 1
Затраты: 0,2132
Затраты: 0,0125
ИТОГОВЫЕ ЗАТРАТЫ: 0,2261
Рис. 5. Приложение «БС_ОРТ1М». Результаты работы. Первый вариант
V РС_орт!М
Таблица времявероятностных характеристик
1 2 3 и |£_ □ 8 и
Р 0,01 0,04 0,05 0,02 0,4 0,1 0,14 0,2 0,04
Т 0,05 0,05 0,1 0,02 0,07 0,06 0,05 0,5 0,1
Дерево алгоритма
ПОСТРОИТЬ
Блок первой проверки (БПП) р
Затраты: 0.0004
Левая ветвь (при исправном сигнале БПП) Правая ветвь (при неисправном сигнале БПП)
5 л
7
Э я V
8
2
3 1
Затраты: 0.2132
Затраты: 0.0125
ИТОГОВЫЕ ЗАТРАТЫ: 0.22Б1
Рис. 6. Приложение «БС_ОРТ1М». Результаты работы. Второй вариант
Последний из построенных алгоритмов диагностирования в настоящий момент используется в качестве основы структурирования базы знаний рабочего прототипа экспертного комплекса для наладки преобразователей частоты «БСЗ».
Граф данного алгоритма приведён на рисунке 7. Вершины графа обозначают проверки функциональных блоков, дуги графа - результаты этих проверок: 0 - сигнал не в норме (неисправный), 1 - сигнал в норме (исправный) [5], а прямоугольные рамки содержат номера блоков, в которых локализована выявленная неисправность.
Заключение. В рамках данной работы предложена процедура синтеза оптимального алгоритма диагностирования преобразователей частоты по функциональной схеме. Разработано приложение «FC_OPTIM» для автоматизации построения описанного алгоритма. Получены два дерева алгоритмов, удовлетворяющих критерию оптимальности. Одна из полученных конфигураций соответствует МРТ-алгоритму, в настоящее время используемому для структурирования базы знаний экспертного комплекса «FC3» [1].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бахвалов С.В., Дунаев А.М., Дунаев М.П. Выбор алгоритма для построения базы знаний экспертной системы диагностирования электрооборудования // Информационные и математические технологии в науке и управлении. 2016. №2. С. 46-51.
2. Григорьев А.В., Осотов В.Н. Диагностика в технике. Понятия, цели, задачи // Электротехника. 2003. № 4. С. 46-51.
3. Дунаев М.П. Методы управления технологическим процессом контроля и наладки промышленного оборудования (промышленность): автореферат дис. ... док. тех. наук. Иркутск. 2004. 18 с.
4. Дунаев М.П. Экспертные системы для наладки электропривода. Иркутск: ИрГТУ. 2004. 138 с.
5. Дунаев М.П., Дунаев А.М. Экспертный комплекс для наладки преобразователей частоты // XX Bajkal'skaja Vserossijskaja konferencija «Informacionnye i matematicheskie tehnologii v nauke i upravlenii». Trudy = XX Baikal Russian conference "Information and Mathematical Technologies in Science and Management". Proceeding. Irkutsk: MESI SB RAS. 2015. V. 3. Pp. 20-28.
6. Забокрицкий Е.И., Холодовский Б.А., Митченко А.И. Справочник по наладке электроустановок и электроавтоматики. Киев: Наукова Думка. 1985. 704 с.
7. Мозгалевский А.В., Калявин В.П., Костанди Г.Г. Диагностирование электронных систем. Л.: Судостроение. 1984. 224 с.
8. Осипов О.И., Усынин Ю.С. Техническая диагностика автоматизированных электроприводов. М.: Энергоатомиздат. 1991. 160 с.
9. Техническая диагностика // I Всесоюзное совещание по технической диагностике. Сборник трудов / под общ. ред. П.П. Пархоменко. М.: Наука. 1972. 368 с.
UDK 621.314.5
AUTOMATION OF SYNTHESIS OF THE OPTIMAL ALGORITHM OF FREQUENCY CONVERTERS DIAGNOSTICS Andrey M. Dunaev
Graduate student, National Research Irkutsk State Technical University (NR ISTU) 83, Lermontov Str., 664074, Irkutsk, Russia, e-mail: west-ma@yandex.ru
Abstract. The paper considered an approach for programming automation of the forming of the optimal electric equipment diagnosis algorithm. Follow steps of the process are described: selecting of the first checking functional unit, determination of tree parts representatives, forming of possible diagnostic checking sequences, finding of the optimal sequences. The example of the application for automated synthesis of the optimal diagnosis algorithm is described.
Keywords: optimal diagnosis algorithm; procedure of the synthesis of diagnosis algorithm; the average cost of diagnosis.
References
1. Bahvalov S.V., Dunaev M.P., Dunaev A.M. Vybor algoritma dlja postroenija bazy znanij jekspertnoj sistemy diagnostirovanija jelektrooborudovanija [The choice of the algorithm for building the knowledge base of the expert system for diagnosing electrical equipment] // Informacionnye i matematicheskie tehnologii v nauke i upravlenii = Information and Mathematical Technologies in Science and Management". 2016. № 2. Pp. 46-51. (in Russian).
2. Grigor'ev A.V., Osotov V.N. Diagnostika v tehnike. Ponjatija, celi, zadachi [Diagnosis in engineering. Concepts, goals, tasks] // Elektrotekhnika = Electrical engineering. 2003. № 4. Pp. 46-51. (in Russian).
3. Dunaev M.P. Metody upravlenija tehnologicheskim processom kontrolja i naladki promyshlennogo oborudovanija (promyshlennost'). Avtoref. dis. ...dokt. tehn. nauk [Methods for controlling the technological process of control and adjustment of industrial equipment (industry)]. Irkutsk. 2004. 18 p. (in Russian).
4. Dunaev M.P. Jekspertnye sistemy dlja naladki jelektroprivoda [Expert systems for adjusting the electric drive]. Irkutsk: Izdatel'stvo IrGTU = IrSTU Publ. 2004. 138 p. (in Russian).
5. Dunaev M.P., Dunaev A.M. Jekspertnyj kompleks dlja naladki preobrazovatelej chastoty [Expert complex for adjustment of frequency converters] // XX Bajkal'skaja Vserossijskaja
konferencija «Informacionnye i matematicheskie tehnologii v nauke i upravlenii». Trudy = XX Baikal Russian conference "Information and Mathematical Technologies in Science and Management". Proceeding. Irkutsk: MESI SB RAS. 2015. Vol. 3. Pp. 20-28. (in Russian).
6. Zabokrickij E.I., Holodovskij B.A., Mitchenko A.I. Spravochnik po naladke jelektroustanovok i jelektroavtomatiki [Reference book for adjustment of electrical installations and electroautomatics]. Kiev. Naukova Dumka = Scientific thought. 1985. 704 p. (in Russian).
7. Mozgalevskij A.V., Kaljavin V.P., Kostandi G.G. Diagnostirovanie jelektronnyh sistem [Diagnostics of electronic systems]. Leningrad. Sudostroenie. 1984. 224 p. (in Russian).
8. Osipov O.I., Usynin Ju.S. Tehnicheskaja diagnostika avtomatizirovannyh jelektroprivodov [Technical diagnostics of automated electric drives]. Moscow. Energoatomizdat. 1991. 160 p. (in Russian).
9. Tehnicheskaja diagnostika [Technical diagnostics] // I Vsesojuznoe soveshhanie po tehnicheskoj diagnostike. Sbornik trudov / pod obsh. red. P.P. Parhomenko = I All-Union Conference on Technical Diagnostics: Collection of works / commonly ed. P.P. Parkhomenko. Moscow. Nauka = Science. 1972. 368 p. (in Russian).
