CC BY
34
ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ
УДК 681.326
М.П. Дунаев, А.М. Дунаев
ДУНАЕВ МИХАИЛ ПАВЛОВИЧ - доктор технических наук, профессор кафедры электропривода и электрического транспорта (Иркутский государственный технический университет, Иркутск). E-mail: mdunaev10@mail.ru
ДУНАЕВ АНДРЕЙ МИХАЙЛОВИЧ - студент кафедры автоматизированных систем (Иркутский государственный технический университет, Иркутск). E-mail: DA1075@yandex.ru
Классификация логических алгоритмов технической диагностики
Предложена новая классификация логических алгоритмов методов технической диагностики. Данная классификация, включающая в себя как известные, так и новые методы, позволяет синтезировать новые перспективные алгоритмы, разработанные на основе этих методов.
Ключевые слова: логические алгоритмы, дефекты, диагностирование, экспертные системы.
Классификация алгоритмов
Очевидно, что какими бы совершенным ни являлось современное электрооборудование, проблемы его диагностирования остаются актуальными. В настоящей статье предложена новая классификация логических алгоритмов методов технической диагностики. Данная классификация включает в себя как известные, так и новые методы, она позволяет синтезировать новые перспективные алгоритмы, разработанные на основе этих методов.
Методы классической технической диагностики (ТД) основаны на математических моделях объектов и специальных алгоритмах диагностирования. Это направление детально рассмотрено в работе [7].
Классическая ТД предполагает предварительное глубокое изучение объекта диагностики (ОД), в процессе которого составляется в том или ином виде его математическое описание (математическая модель). В конечном итоге, опираясь на модель ОД и используя различные алгоритмы поиска дефектов, удается гарантированно определить (локализовать) неисправность при минимальном количестве шагов поиска или с минимальным количеством затрат на этот поиск.
Средние затраты диагностирования для определения одного технического состояния объекта диагностирования, обозначенные как C(Z0 , ЕТ), могут быть найдены по выражению (1):
N Zi
C(Zo, ET ) = Z LP(e ) Zt (ek )], (1)
i=1 Z 0
где Zo и Zi - первая и i-я проверки алгоритма диагностирования соответственно; p(ei) - вес i-го технического состояния среди других технических состояний, t(e¿) - время проверки i-го
© Дунаев М.П., Дунаев А.М., 2014 [18] vestnikis.dvfu.ru
блока, et - техническое состояние i-го функционального блока, ЕТ - множество технических состояний объекта диагностирования.
Выражение (1) позволяет определить качество любого алгоритма диагностирования при различных временах элементарных проверок и весах технических состояний ОД и может быть использовано как целевая функция оптимизации алгоритмов диагностирования.
Предлагаемая классификация логических алгоритмов методов технической диагностики показана на рис. 1, на котором указаны следующие алгоритмы методов технической диагностики:
П - алгоритм метода последовательных предпочтений [7],
И - алгоритм инженерного метода [7],
Р/Т - алгоритм времявероятностного метода [7],
N - алгоритм метода половинного деления при равных вероятностях технических состояний и временах их элементарных проверок [7],
P - алгоритм метода половинного деления с неравными вероятностями технических состояний и равными временами их элементарных проверок [7],
T - алгоритм метода половинного деления при равных вероятностях технических состояний элементов и неравным временем их элементарных проверок [2],
S - алгоритм метода половинного деления с учетом характеристик доступности [2], V - алгоритм метода половинного деления с учетом относительной вероятности [2], MS - алгоритм метода поиска по критериям минимума времени первой проверки t1 и с учетом характеристик относительной доступности [2],
MV - алгоритм метода поиска по критериям минимума времени первой проверки ti и с учетом характеристик относительной вероятности [2],
MN - алгоритм метода поиска по критериям минимума времени первой проверки ti и с учетом равных вероятностей технических состояний,
MP - алгоритм метода поиска по критериям минимума времени первой проверки ti и с учетом неравных вероятностей технических состояний и равным временем их элементарных проверок,
MT - алгоритм метода поиска по критериям минимума времени первой проверки ti и с учетом равных вероятностей технических состояний элементов и неравным временем их элементарных проверок,
PTV - алгоритм метода поиска по критериям максимума отношения p1/t1 первой проверки и с учетом характеристик относительной вероятности [1],
PTS - алгоритм метода поиска по критериям максимума отношения pi/ti первой проверки и с учетом характеристик относительной доступности [3],
PTN - алгоритм метода поиска по критериям максимума отношения pi/ti первой проверки и с учетом равных вероятностей технических состояний [5],
PTP - алгоритм метода поиска по критериям максимума отношения p1/t1 первой проверки и с учетом неравных вероятностей технических состояний и равным временем их элементарных проверок [6],
PTT - алгоритм метода поиска по критериям максимума отношения pi/ti первой проверки и с учетом равных вероятностей технических состояний элементов и неравным временем их элементарных проверок [4].
Проведем краткий анализ классификации перечисленных алгоритмов методов технической диагностики.
Многошаговые логические алгоритмы ТД. К этой группе относятся широко известные алгоритмы на основе функций предпочтения (Р, И, Р/Т), а также алгоритмы на основе половинного деления (N, P, Т, S, V). Следует отметить, что последние два алгоритма появились сравнительно недавно и превосходят все вышеперечисленные по критерию средних затрат (1).
Комбинированные логические алгоритмы ТД. В данной группе имеется две подгруппы. К первой относятся алгоритмы на основе использования критерия минимума времени первой проверки 11 и различных модификаций метода половинного деления (МS, МV, МЫ, МР, МТ). Следует отметить, что первые два алгоритма (МS, МУ) хотя и появились сравнительно недавно, уже доказали свою эффективность по критерию (1) при диагностировании различного сложного электрооборудования: электродвигатели, силовые преобразователи, системы управления электроприводом. Что касается последних трех алгоритмов (МЫ, МР, МТ), то здесь еще необходимы дополнительные исследования.
Ко второй подгруппе относятся известные алгоритмы на основе использования критерия максимума отношения р1/11 первой проверки и различных модификаций метода половинного деления (РТУ, РТБ, РТК, РТР, РТТ). Все эти алгоритмы прошли апробацию на сложном электротехническом оборудовании, а именно силовых полупроводниковых преобразователях, и полностью доказали свою эффективность.
Оптимальные логические алгоритмы ТД. К этой группе относятся известные алгоритмы на основе метода ветвей и границ, а также алгоритмы на основе метода динамического программирования. Следует отметить, что сложность применения данных методов в значительной степени возрастает при росте числа блоков функциональной схемы. Например, при числе блоков функциональной схемы, равному 7, количество возможных алгоритмов поиска неисправностей составляет 34104 варианта [2].
Алгоритмы ТД на основе метода Пархоменко. К этой группе относятся известные алгоритмы на основе метода П.П. Пархоменко. Указанный метод основан на работе с таблицами функций неисправностей [7]. Алгоритмы данного метода целесообразно применять в системах автоматического поиска неисправностей [2].
Разработка алгоритма диагностирования преобразователя частоты
Эффективность наладки электрооборудования (ЭО) во многом зависит от качества методов диагностирования. Существующие алгоритмы диагностирования [2, 7], на которых основаны методы половинного деления в известных модификациях, а также времявероят-ностный метод, не являются оптимальными. Эффективность их применения в значительной степени зависит от разных факторов. Вследствие этого представляется важным модифицирование известных алгоритмов диагностирования, позволяющих повысить эффективность наладки ЭО. Рассмотрим новый метод диагностирования (метод поиска по критериям вре-мявероятностной оценки и относительной вероятности, или РТУ-алгоритм) на примере поиска неисправностей в схеме ПЧ. Этот метод отличается от известного метода поиска с учетом относительной вероятности ^-алгоритма диагностирования) стратегией выбора первой элементарной проверки Z0. Эта проверка должна обладать наибольшим значением времяве-роятностной оценки р(е)Н(е), а при равенстве времявероятностных оценок р(е)Н(г) элементарных проверок в качестве первой следует выбирать такую проверку, которая контролирует функциональный элемент, расположенный ближе к центральной части функциональной схемы ОД. Порядок остальных элементарных проверок данного метода соответствует V-алгоритму [1].
Функциональная схема ПЧ представлена рис. 2, где обозначено: 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.
Рис.1. Классификация логических алгоритмов методов технической диагностики
На рис. 3 показана логическая модель ПЧ, построенная по функциональной схеме рис. 2 в соответствии с принятыми допущениями [7]. Входные и выходные сигналы ПЧ представлены вершинами с символами Xг и 2г, где г - индекс элемента логической модели, на вход (с выхода) которого поступают (выходят) сигналы. Элементы ПЧ представлены вершинами с индексами г, соответствующими номерам элементов на схеме рис. 2.
Входные внешние сигналы Х], Х2 соответствуют сигналам ис, иу на рис. 2. Внешний выходной сигнал 26 (рис. 3) соответствует выходному сигналу 1н (рис. 2).
Граф алгоритма, построенный по этому методу (РТУ-алгоритм), показан на рис. 4. Кружками с цифрами внутри обозначены элементарные проверки 21 (1=1, 2...Ц), цифрами 1 и 0 - результаты проверок блоков (исправен - неисправен), прямоугольниками - итоги диагностирования (цифра внутри прямоугольника означает номер неисправного блока).
Исходя из вышеизложенного, в качестве первой элементарной проверки выбираем проверку 25 . Далее в зависимости от ее результатов производятся проверка 28 , и т.д.
Время доступа (цена проверки) Цг), относительная времявероятностная характеристика элементарных проверок У(г) и значение р(г)Л(г) для элементов ПЧ указаны в таблице.
Рис. 3. Логическая модель ПЧ
Рис. 4. Граф РТ^алгоритма диагностирования
Характеристики ПЧ
1 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Р(е0 0,01 0,04 0,05 0,02 0,4 0,1 0,14 0,2 0,04
0,05 0,05 0,02 0,1 0,07 0,06 0,05 0,5 0,1
р(еОЛ(еО 0,2 0,8 2,5 0,2 5,71 1,67 2,8 0,4 0,4
У(еО 0,014 0,056 0,176 0,014 0,282 0,118 0,2 0,112 0,028
Рассмотренный алгоритм диагностирования ПЧ нашел применение в консультирующей экспертной системе для наладки ПЧ на кафедре электропривода и электротранспорта Иркутского государственного технического университета.
Заключение
Итак, нами рассмотрена классификация логических алгоритмов методов технической диагностики, позволяющая определить направление дальнейших исследований в области разработки новых алгоритмов ТД. Дана краткая характеристика известным методам технической диагностики с точки зрения их эффективности по критерию средних затрат. Произведен выбор алгоритма диагностирования преобразователя частоты для стуктурирования базы знаний экспертной системы для наладки ПЧ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дунаев М.П. Многокритериальный логический метод диагностирования // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование: спецвыпуск. [ИрГУПС]. 2011. С. 179-182.
2. Дунаев М.П. Экспертные системы для наладки электропривода. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004.138 с.
3. Дунаев М.П., Ушаков К.Ю. Времявероятностный метод для диагностирования электрооборудования электровоза // Вестник ИрГТУ. 2012. № 10. С. 224-232.
4. Мытник И.А. Модернизированный метод поиска неисправностей для устройств плавного пуска // Вестник ИрГТУ. 2013. № 4. С. 163-167.
5. Мытник И.А. Новый метод поиска неисправностей для устройств плавного пуска // Вестник ИрГТУ. 2013. № 3. С. 107-111.
6. Мытник И.А. Разработка РТР-алгоритма для диагностирования электрооборудования // Вестник ИрГТУ. 2013. № 6. С. 166-169.
7. Осипов О.И., Усынин Ю.С. Техническая диагностика автоматизированных электроприводов. М.: Энергоатомиздат, 1991. 160 с.
COMPUTER SCIENCE, COMPUTER ENGINEERING AND CONTROL
Dunaev M.P., Dunaev A.M.
MIKHAIL P. DUNAEV, Professor, Department of Electric Drive and Electric Transport, Irkutsk State Technical University, Irkutsk, Russia, e-mail: mdunaev10@mail.ru; ANDREI M. DUNAEV, Student, Department of Automation System, Irkutsk State Technical University, Irkutsk, Russia, e-mail: DA1075@yandex.ru
Classification of logical algorithms for technical diagnostic
The article presents the classification of logical algorithms for technical diagnostic. The presented classification includes both new and well-known procedures, it enables one to synthesise new promising algorithms developed on the basis of these procedures.
Key words: logical algorithms, faults, diagnostics, expert systems.
REFERENCES
1. Dunaev M.P., Multicriteria logical method of diagnosing, Modern technologies. System analysis. Simulation. IrGUPS, 2011, pp. 179-182. (in Russ). [Dunaev M.P. Mnogokriterial'nyj logicheskij metod di-agnostirovanija // Sovremennye tehnologii. Sistemnyj analiz. Modelirovanie. IrGUPS, 2011. S. 179-182].
2. Dunaev M.P., Expert systems for commissioning the drive. Irkutsk, IrGTU, 2004, 138 p. (in Russ). [Dunaev M.P. Jekspertnye sistemy dlja naladki jelektroprivoda. Irkutsk: Izd-vo IrGTU, 2004. 138 s.].
3. Dunaev M.P., Ushakov K.Y., Time-probability method for diagnosing electrical locomotive, Herald IrGTU, 2012;10:224-232. (in Russ.). [Dunaev M.P., Ushakov K.Ju. Vremjaverojatnostnyj metod dlja diagnostirovanija jelektrooborudovamja jelektrovoza // Vestnik IrGTU. 2012. № 10. S. 224-232].
4. Mytnik I.A., Upgraded troubleshooting method for soft starters, Herald IrGTU. 2013;4:163-167. (in Russ). [Mytnik I.A. Modernizirovannyj metod poiska neispravnostej dlja ustrojstv plavnogo puska // Vestnik IrGTU. 2013. № 4. S. 163-167].
5. Mytnik I.A., New method for troubleshooting soft starters, Herald IrGTU. 2013;3;107-111. (in Russ). [Mytnik I.A. Novyj metod poiska neispravnostej dlja ustrojstv plavnogo puska // Vestnik IrGTU. 2013. № 3. S. 107-111].
6. Mytnik I.A., Development RTR algorithm for diagnosing electrical, Herald IrGTU. 2013;6:166-169. (in Russ). [Mytnik I.A. Razrabotka RTR-algoritma dlja diagnostirovanija jelektrooborudovanija // Vestnik IrGTU. 2013. № 6. S. 166-169].
7. Osipov O.I., Usynin Y.S., Technical diagnostics automated electric. M., Energoatomizdat, 1991, 160 p. (in Russ). [Osipov O.I., Usynin Ju.S. Tehnicheskaja diagnostika avtomatizirovannyh jelektroprivod-ov. M.: Jenergoatomizdat, 1991. 160 s.].
