Методические и интеллектуальные средства обнаружения и диагностирования отказов функциональных устройств бортовых систем управления летательных аппаратов. I Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 004.89

Д.Е. Крупейников, В.С. Дрогайцев МЕТОДИЧЕСКИЕ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ОБНАРУЖЕНИЯ И ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОТКАЗОВ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ БОРТОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ. I

Рассматриваются методические и интеллектуальные средства оценивания технического состояния функциональных устройств систем управления, обнаружения и технического диагностирования отказов в их поведении.

Функциональные устройств, временные ряды, техническое диагностирование, пространственно-временные модели, обучающие выборки

D.E. Krupeynikov, V.S. Drogaytsev METHODS AND SMART TOOLS FOR DETECTING AND DIAGNOSING FAILURES WITH THE FUNCTIONAL DEVICES OF ON-BOARD AIRCRAFT. I CONTROL SYSTEMS

The article considers the methods and smart tools for estimating mechanical conditions of functional units installed for control systems, detect and diagnose the failures in their behavior.

Functional units, time series, technical diagnostics, space-time model, training sets

Практика проектирования и производства бортовых систем управления подтверждает, что подтвержденная работоспособность составных функциональных устройств (ФУ) в процессе их автономных испытаний не всегда гарантирует заданную работоспособность систем управления (СУ). Возможны такие варианты, когда отказы соответствующих ФУ не обнаруживаются в процессе испытания систем управления.

Предметная область технического диагностирования отказов ФУ в процессе их испытания в составе СУ включает решение двух проблемных задач: первая задача связна с оцениванием технических характеристик отказов в их поведении; в объеме второй задачи обеспечивается техническое диагностирование отказов ФУ.

В рассматриваемой постановке СУ представляют класс бортовых навигационных и класс систем управления силовыми установками летательных аппаратов.

В принятой постановке для описания ФУ и систем управления заданных классов принята модель вида логического направленного графа, имеющая двухуровневую архитектуру, в которой второй, низший уровень представлен моделями информационно и функционально значимых ФУ соответствующей СУ, отражающих структурную организацию модели системы, информационные пути и вход - выходные информационные параметры.

В работе как вариант принцип обоснования состава информационно-значимых ФУ системы реализуется эвристическим способом на основе глубокого знания экспертом характерных свойств ФУ.

ФУ в структуре модели системы вступают между собой в различные взаимосвязи, что предопределяет усложнение процесса выявления причинных связей между переменными описания ФУ и отказами в их поведении. Обуславливает также пересечение информационных путей, правда эта ситуация повышает разрешающие возможности диагностирования отказов ФУ по совокупности выходных параметров.

180

В рассматриваемой постановке механизм диагностирования отказов исходит из предположения, что отказы в ФУ обнаруживаются в результате регистрации показателей нечетких дискретных временных рядов (НДВР) в процессе испытания устройств в составе систем управления, при этом в процессе развития отказов числовые значения показателей временных рядов изменяются от номинальных значений до превышающих допустимые ограничения.

Целесообразность использования интеллектуальных средств в процессах компьютерного решения данной предметной области обусловлено сложностью моделирования процессов диагностики, дефицитом пригодных для практики теоретических положений и программных продуктов, существенной неопределенностью описаний технических состояний ФУ в условиях наличия отказов в их поведении и воздействия последовательности факторов внешней среды.

В этой связи перспективным и эффективным подходом к анализу НДВР и к реализации методов обнаружения и диагностирования отказов ФУ является применение интеллектуальных систем и нейронных сетей, позволяющих наиболее полно использовать экспертные знания в процессах синтеза механизмов вывода и правил принятия решений в результате погружения НДВР в многомерное параметрическое пространство (рис. 1, 2), отражающим их структурную организацию, информационные пути и вход - выходные информационные параметры.

Пространственно-временные модели (рис. 1, 2), построенные на основе показателей НДВР заданных видов, отражают в предыстории признаки времени, определяемые: последовательностью управляющих воздействий, подаваемых на входы ФУ и СУ; динамикой реакций ФУ на управляющие воздействия, последовательностью факторов внешней среды и перечнем штатных циклов испытания.

Анализ пространственно-временных моделей (рис. 1, 2) в процессе выявления причинноследственных связей между переменными описания отказов в поведении ФУ и агрегировании информационно значимых НДВР базируется на способе проецирования многомерного пространства в пространство с ограниченной размерностью с выявлением значимых координат на базовых шкалах пространственно-временного представления.

Метод оценивания степени соответствия технических характеристик ФУ заданным требованиям и обнаружения отказов в их поведении определяются решением задач: построение НДВР характеризующих техническое состояние ФУ; минимизация числа видов и состава НДВР; определение разделительных свойств НДВР применительно к заданному перечню отказов; построение и обучение интеллектуальной системы поддержки данного метода.

На рис. 3 приведена структурная организация средств обнаружения отказов ФУ СУ, отражающая двухуровневую архитектуру модели описания ФУ, технологию их испытания и способ регистрации и анализа НДВР, где М1-М3 - функциональные устройства; {иг3} - задающие управляющие сигналы; (и^} - управляющие воздействия; {У,ОУ} - выходные параметры модели объекта управления; {У}М1} - контролируемые параметры ФУ; {У^} - выходные параметры СУ; {Ш} - факторы внешней среды.

В методах и алгоритмах решения сформулированных проблемных задач предметной области ключевым положением является построение и системный анализ НДВР, используемых в качестве источников извлечения и процедур преобразования знаний, составляющих основу стратегии оценивания степени соответствия технических характеристик ФУ требованиям технических условий (ТУ), обнаружения и технического диагностирования отказов в их поведении. При этом следует отметить, что технические состояния ФУ, определяемые отказами, соответственно и числовые значения показателей НДВР характеризуются неопределенностью и нечеткостью, что предопределяет использование в методических средствах аппарата нечетких множеств и целесообразность применения интеллектуальных методов в процессах формирования механизмов вывода и правил принятия решений.

Применительно к методам решения проблемных задач предметной области принят способ построения пяти видов НДВР, базируемый на основе синтеза и анализа моделей пространственновременного представления переменных (рис. 1, 2), отражающих информационные и процедурные особенности НДВР; причинно-следственные связи между параметрами состояния выхода ФУ, показателями внешней среды и заданным перечнем отказов в поведении устройств, а также разрешающих задачу анализа текущих ситуаций и ситуаций предыстории в поведении ФУ.

Пространственно-временные модели описания технических характеристик ФУ (рис. 1, 2) синтезируются по результатам моделирования состояний физических образцов ФУ в условиях имитации допустимого перечня отказов в их поведении и имитации заданного перечня факторов внешней среды в процессе исполнения штатных циклов испытания систем управления в объеме требований ТУ.

Рассматриваемые способ и сценарии построения НДВР регламентируются критериями и условиями метода оценивания степени соответствия технических характеристик ФУ требованиям ТУ и формализованного метода диагностирования отказов в их поведении.

У,э =1(угмЧ1))|»

ВДіН {г№){ с и {¥£(1)}

Г№)}

у«г1(1) уМ 1(і)

У|' '(I)

у,М)=Г(у«1 1(1))

уМі)

У“‘=1(У(1))

иіИІ^ и2(1)|¥ь и3(1)|^ ит(1)|¥1

и(і)

Рис. 1. Модель регистрации и анализа нечетких дискретных временных рядов первого, второго и третьего вида

ї,8=і№а))|о(*,)

Мі

Я" (ЧI вот, > Ъ“ЧЧ|е(¥)) їїЧЧ|е(¥іі) ^(Ч|0(*т)

^(ї?-И)|о(ї,)

^-«Іе^і) ^"«Іеои

Мі /

у§Г(і)Іа(¥т)

і

/У,

Г шах

7 —~~1

/ , с и ^ Vм1 Ігн У“=!(У^

¥г>Г^Іед)

‘ > _ = --

'Г 1 1 1

¥Рі_1^ІО(¥п)

/М1

£ І тах

і

у.Мі уМ1

і І тіп ^ І н

уіМИи(і))|ад)

иі^Іа(¥і) и2(1)Іо(¥]) ик^1а(¥п)

и^Іа(їїк)

Рис. 2. Модель регистрации и анализа нечетких дискретных временных рядов четвертого и пятого вида

|и,3*

Модель объекта управления

Лицо принимающее решения

Механизмы вывода и правила . принятия V решений Идентификатор векторов технического состояния функциональных устройств (ФУ) Методы обнаружения и диагностирования ФУ Интеллектуальная система поддержки методов . Экспертный информационно-измерительный комплекс . —\/ Эталонные модели технического состояния ФУ Модели пространственно-временного описания состояний ФУ Модель обнаружения и диагностирования отказов ФУ Регистратор -К протоколов наблюдения (временных рядов)

Интеллектуальная обратная связь

Рис. 3. Организация средств обнаружения и диагностирования отказов функциональных устройств систем управления

Согласно принятым условиям и режимам моделирования состояний ФУ СУ применительно к допустимому перечню отказов в их поведении в результате регистрации числовых значений переменных, представленных пространственно-временной моделью, приведенной на рис. 1, 2, формируются пять видов НДВР, удовлетворяющих условиям и требованиям процессов оценивания технических характеристик и обнаружения отказов ФУ:

1. Первый вид НДВР формируется путем регистрации в заданных контрольных точках структуры модели соответствующего ФУ навигации динамики изменения реакций составных компонентов устройства на входные управляющие воздействия при заданном факторе внешней среды в условиях имитации заданного перечня отказов. При этом процедурные и функциональные особенности содержания НДВР данного вида определяются зависимостью:

В

и ... и К

= {К^./р ({К^ЧОК^.Я^О.^а))

/р ({к^-Чо^о},^), дм'(о)

Я ({К";_1(£)|^/г(£)}’йм^(£)’^м^(£))} 1№},{ДЛ’

и ... и К

рг lMj

(1)

г,м,- „ . „ „

р - 1-й параметр ]-го ФУ, отражающий числовые значения реакций устройства на входное

где Гр

управляющее воздействие, здесь Рг|г = 1,гг - число составных компонентов устройства, определяю-

ИЪ(0} - й-е входное управляющее

щее трассу навигации реакций в структуре модели ФУ; {к^' 40 устройство, сформированное предшествующим ФУ информационного пути структуры модели системы управления, здесь И - к-й фактор внешней среды; - режим функционирования_/-го ФУ; -

перечень отказов 7-го ФУ; К - перечень критериев количественной оценки степени соответствия реакций составных компонентов ФУ заданным требованиям; Д - допусковые ограничения реакций.

2. Сценарий формирования НДВР второго вида, характеризующих техническое состояние соответствующего ФУ определяется регистрацией параметров НДВР в режиме реализации дискретного изменения числовых значений управляющих воздействий (рис. 1) в условиях имитации допустимого перечня отказов и заданного фактора внешней среды. НДВР данного вида определяются зависимостью:

г,м7-

= К’М;,Л ({^(^ШО}.^7^)^^)) и ...

/ ({У'£Т;_1(£)|^г(£)},йм^(£), СМ7(і)) и ... и у)'"7, (2)

/П ({і^;"1(с)|^Л(с)},Ям^(с)<Ом^(с))} Ю,{Ду},

где {у^7-1 (і) Л = 1, 77} - последовательность входных управляющих воздействий.

3. НДВР третьего вида формируются в результате выявления на базовых осях многомерной пространственно-временной модели характерных координат траекторий (рис. 1) и локальных подпространств в режиме реализации заданной последовательности входных управляющих воздействий, представляющих динамику изменения и взаимовлияния выходных параметров ФУ в условиях имитации отказов и заданного фактора внешней среды, отражающих факты преодоления параметрами до-пусковых ограничений на основе анализа текущих ситуаций и ситуаций предыстории. Содержание НДВР определяется зависимостью вида:

г,м

к

1,Му

1а ,

г

= К’М;, /і ({Уі 7-1(0 | ^(0}, йм7- (і), ^ (і))

/ ({У'£Г;"1(і)|^г(і)},йМ7(і), ^(і)) и ... и у

/п ({Г)гМ7-1(і)|^г(і)},ЙМ7(і), ^м7(і))} и {у/'5, (3)

/і ({7"Чі)К(і)},Я5(і), ^5(і)) и ... и УЙ /й({УйМг(і)|^г(і)},Й5(і),^5(і))и.иГ^

/п({У"г(і)|^г(і)},Й5(і),^5(і))}|{^г},{Д;}, где {УЙ'5(0И = 7 , т} - г-й выходной параметр СУ, регистрируемый в й-м режиме управляющего воздействия;^^) - режим функционирования СУ; @5(і) - перечень отказов СУ.

4. Формальный сценарий построения четвертого вида НДВР состоит в поиске характерных координат на базовых осях структуры пространственно-временной модели отражающих локальные ситуации (рис. 2) и траектории динамики изменения числовых значений выходных параметров ФУ и СУ, характеризующих факты выхода параметров за допусковые ограничения, регламентируемых текущими ситуациями и ситуациями предыстории, регистрируемых в процессе испытания ФУ в условиях имитации перечня отказов в их поведении и имитации заданной последовательности факторов внешней среды. Информационное содержание данного вида НДВР определяется зависимостью:

Вг,мг = {УІЛ/і ({7рМг-1(і)|Сг(И/і)},ДмЧі), СМг(і)) и ... и уг'Мг,

/у ({Ур^ЧО^И^.Я^ЧО.^ЧО) и ... и У)Л (4)

/г({УрМ!-1(і)|Сг(И/п)},ЙМг(і),дМг(і))}|{^г},{Д;.}, где У{с*(и^)} - числовое значение г-го параметра 1-го ФУ в режиме реализации г-го штатного цикла

испытания СУ в условиях воздействия _/-го фактора внешней среды.

5. Принципиальная особенность построения НДВР пятого вида состоит в объединении средствами временных рядов предыстории технических состояний ФУ, определяемой результатами исполнения последовательности штатных циклов испытаний в условиях воздействия заданного перечня факторов внешней среды и в учете взаимного влияния негативных явлений в поведении заданного состава ФУ СУ. Согласно данного сценария механизм построения НДВР сводится к определению по заданным критериям в многомерном параметрическом пространстве информационно-значимых траекторий динамики изменения выходных параметров ФУ, представленных на базовых осях пространственно-временной модели (рис. 2), отражающих причинно-следственные связи между параметрами состояний выхода ФУ, факторами внешней среды и допустимым перечнем отказов в поведении ФУ.

Процедурная сущность и информационная значимость данного вида НДВР характеризуются зависимостью

Вмг,5 = {УіГ'Мг,/і ({УрМг-1(і)|Сг(И/і)},ДмЧі), СМг(і)) и ... и уг'Мг,

/у ({Ур"І-1(0|Сі(И^}.ЯмЧ0.Є"Ч0) и .иУпг'Мг,/п({УрМг-1(і)|Сг(И/п)},

ДмЧО,СГЧО) и {Уі,5,/і ({у^ХО^ТО},^),^5(і)) и ... и УЙ'5, (5)

/й ({УГ"(і)|^£(Жу)},й5(і),^5(і)) и ... и У;5, /т({у^-(і)|Сг(И/т)},Й5(і),^5(і))}|{^г},{Ду},

Согласно структурной организации, информационного и параметрического содержания НДВР (1)-(5) принципиальная их особенность в плане достижения требуемых уровней глубины и достоверности обнаружения и диагностирования отказов ФУ определяется интеграцией числовых значений параметров состояний выхода, режимов функционирования устройств и факторов внешней среды по результатам анализа текущих ситуаций и ситуаций предыстории в процессе реализации штатных циклов испытания СУ.

В рассматриваемой постановке методическое обеспечение минимизации числа видов и состава НДВР базируется на основе анализа обучающих выборок, формируемых в результате моделирования технических состояний образцов ФУ в процессе их испытания в составе СУ, в условиях имитации допустимого перечня отказов в их поведении и имитации факторов внешней среды.

Технология минимизации числа видов и состава НДВР применительно к заданному перечню отказов ФУ определяется реализацией формальных процедур:

1. Определение координат показателей НДВР на базовых шкалах многомерного параметрического пространства, образующих характерные траектории и локальные подпространства, отражающих выход технических характеристик ФУ за пределы допусковых ограничений, регламентируемых эталонными моделями.

2. Агрегирование информационно-значимых НДВР, обеспечивающих оценку степени соответствия технических характеристик ФУ заданным требованиям и обнаруживающих допустимый перечень отказов в их поведении.

3. Выявление разделительных свойств информационно-значимых НДВР применительно к допустимому перечню отказов ФУ.

Технология минимизации предполагает сокращение исходного числа видов и состава НДВР до достаточных уровней необходимых для обнаружения допустимого перечня отказов ФУ и понижения неопределенности, соответственно повышения достоверности в процессах принятия решений по обнаружению и диагностированию отказов в поведении ФУ. Таким образом, способ минимизации числа видов и состава НДВР определяется выявлением информационно-значимых НДВР в процессе моделирования в заданных условиях технических состояний ФУ. При этом механизм выявления информационно-значимых НДВР заключается в определении обнаруживающих и разделительных свойств НДВР относительно заданного перечня отказов ФУ на стадии их испытания в составе СУ.

Динамика изменения числовых значений показателей и информационная значимость НДВР, представленных в многомерном параметрическом пространстве характерными траекториями (рис. 1, рис. 2) и локальными подмножествами, отражающих превышение предельных ограничений выходных параметров ФУ, количественно оцениваются средствами критериев:

1. Критерий количественной оценки степени соответствия технических характеристик образцов ФУ заданным требованиям и констатации фактов наличия отказов в их поведении по результатам анализа характерных траекторий изменения выходных параметров в многомерном параметрическом пространстве, определяется зависимостью:

где, У;тах, ут;п - регистрируемые числовые значения выходных параметров ФУ, отождествляемые с показателями НДВР; У,ах, Ут;п - пороговые значения допусковых ограничений выходных параметров ФУ;Ун - номинальные значения выходных параметров; р - пороговый уровень выходных параметров; Д - допусковые ограничения на выходные параметры, определяемые требованиями ТУ на ФУ; і,] - индексы отражающие предысторию регистрируемых выходных параметров

2. Критерии оценки степени соответствия технических характеристик заданным требованиям и обнаружения отказов в поведении ФУ по результатам анализа локальных подпространств распределения числовых значений выходных параметров в многомерном параметрическом представлении определяется зависимостями:

Минимизация числа видов и состава НДВР

(6)

> а|{Дг}<

> а|{дг},

(7)

где, а - пороговый уровень показателя НДВР; здесь символ «Л» означает регистрируемое числовое значение показателя НДВР.

На примере траектории динамики изменения числовых значений выходных параметров ФУ (рис. 2 - а, в) представленной НДВР пятого вида, отражающей двухстороннее превышение допуско-вых ограничений, информационная значимость НДВР определяется зависимостью

Л+(-)

Л Мь м

Й,у,

й-1

уГй

м

Яй

|С(^т) Й,Я,У,

й-1

Яй

уГ^ тах

й,уЯЬь-1|с(^т)

уГ^ тіп

й,уЯЬь-1|с(^т)

у«1

м

г Ъ 1

г,Ч'

!-1

|С(^„)

УГ(

' у

г.Я.К.

’!-1

где ?Гь

где, і . _ Мь

йХ

І?М(

м

гГі тах

м -1 г,У.^.1-1|С(^п)

лГі тіп

м -1 г,У'.1-1|С(И>П),

{Дг}'

1|С(^т) гХ

..

чс(^п)

Р; ' ^ ' Р;

- согласно содержанию НДВР пятого вида определяются функцио-

нальными зависимостями, соответственно

рГй (+) Й,УяЪЬ-1|С(^т) уГі

м

г,К

і-1

..

|С(^П)

= /й (Кь-1(0|С(И,)},ДгЧ0, Сг*(0)|{Дй}. = /р ({Ур"Г1-1 (£) |С(^п)}. ЯГі (С). СГі (с)) |{др}.

При распределении числовых значений выходных параметров ФУ в области локальных подпространств в многомерном параметрическом пространстве информационная значимость НДВР, как пример, согласно критериям (6)-(8) определяется зависимостями:

- применительно к виду (2) НДВР (рис. 2с) значимость НДВР количественно оценивается зависимостью:

гМЛ

^(+) — ^М1 -*!

УГ1

ЧКщ|с(^і)

У1

Чн.иі

уГ1 тах і,Уі|С(^;)

уГ1 тіп Уі,Уі|С(^;)

> а

Ід,}.

Г1 где, Уі.у1ь

Кщ|С(^і)

- согласно содержанию НДВР данного вида определяется функциональной зависимостью

У

Г1 (+)

'О — /, ({УЙ2(ф(^)},яГ1(0,СГ1(0)| {Д,}.

Здесь обозначение «С» отражает заданный перечь штатных циклов испытания ФУ в режиме испытания соответствующей СУ в соответствии с требованиями ТУ на образец системы.

- применительно к виду (2) НДВР (рис. 1 - в) значимость НДВР оценивается согласно зависимости

уГ.

^(") Л М;

.-1 . IV |^

уГ.

.-1

тах

где К

Г. (-)

, — л({ум"‘(0|и'і}.ям.(0.?и.(0)| {Д,}

Г. тіп У м(-1

>а

{д,}.

- функциональная зависимость, отражающая

числовые значения показателя НДВР.

Ключевым положением методики понижения уровня неопределенности и повышения достоверности описания средствами НДВР технического состояния ФУ является способ определения разделительных свойств НДВР применительно к заданному перечню отказов ФУ.

В рассматриваемой постановке способ выявления разделительных свойств информационнозначимых НДВР реализуется двумя путями: первый путь состоит в обосновании в многомерном параметрическом пространстве по результатам анализа содержания обучающих выборок числовых значений координат характерных траекторий и локальных подпространств характеризующих динамику изменения показателей НДВР относительно допустимого перечня отказов ФУ; второй путь обусловлен наличием возможных пересечений координат траекторий и подпространств на базовых осях применительно к допустимому перечню отказов ФУ. В этом случаи возможны два сценария. При наличии частичных пересечений координаты определяются в области центров тяжести подпространств распределения числовых значений показателей НДВР, а в условиях полного пересечения координат числовых значений НДВР относительно перечня отказов ФУ выявляются факты отсутствия пересечений между переменными, составляющих функциональные зависимости (1)-(5) показателей НДВР.

Повторяемость динамики изменения числовых значений показателей НДВР в многомерном пространственно-временном представлении переменных (рис. 1, 2) определяется по результатам анализа обучающих выборок, сформированных в процессе моделирования состояний физических образцов ФУ в условиях имитации заданного перечня отказов и в условиях влияния факторов внешней

среды, отражающих текущие ситуации и ситуации предыстории в поведении ФУ:

■ С(И'і) С(ИЬ) . ■ СВД ■ ■ С(Ит)-

Рі аіі аі2 ■ . ац ■ ■ аіт

УГ. — а^г’Гр — 1&г і7 Р, ■ а, ] ■

-05 а5і а52 ■ ■ а5У- ■ ■ а5т -

№).{д,}.

Г.

где У л - 1-й показатель НДВР, характеризующий техническое состояние р-го ФУ в условиях г-го

отказа в его поведении; р,|Ї — 1,5 - г-й вид НДВР; С(И^-)[/ — 1 , т - штатный цикл испытания ФУ в условиях воздействия 7-го фактора внешней среды.

Объем обучающих выборок регламентируется требованием достижения заданного уровня достоверности оценивания степени соответствия технических характеристик ФУ требованиям ТУ и достаточностью состава показателей НДВР для обнаружения допустимого перечня отказов в поведении ФУ.

Средства технического диагностирования отказов ФУ В рассматриваемой постановке исходными данными и знаниями методических средств технического диагностирования ФУ являются конечные результаты метода оценки технического состояния ФУ, представленные способами построения НДВР и формальными процедурами обнаружения отказов в их поведении. При этом каждым показателем НДВР факт обнаружения соответствующего отказа в поведении ФУ определяется условием:

уг^р

,г,- ) ' С(^,0

,Гі,ор

'С(^)

0, если У,

С(^,)

Ы.{Д,}.

(10)

где - область многомерного параметрического пространства распределения числовых значений показателя НДВР за пределами допусковых ограничений.

Центральное звено в методических средствах представляет метод констатации работоспособных состояний и технического диагностирования отказов ФУ, определяющий формальный механизм преобразования исходных данных и знаний, и формирования правил принятия решений по достижению требуемого уровня глубины и достоверности результатов диагностирования.

Метод оценки работоспособных состояний и диагностирования отказов ФУ СУ определяется решением задач:

1. Построение исходного варианта структуры модели диагностирования отказов ФУ в процессе испытания СУ.

2. Минимизация размерности исходной структуры модели диагностирования применительно к допустимому перечню отказов ФУ.

3. Построение и обучение интеллектуальной системы поддержки метода диагностирования отказов ФУ.

4. Синтез и обучение нейросетевой структуры формирования механизмов вывода и правил принятия решений в процессах оценивания работоспособных состояний, обнаружения и диагностирования отказов ФУ (задачи 3, 4 будут рассмотрены в последующей публикации).

На рис. 4 приведен исходный вариант структуры модели диагностирования применительно к данной предметной области, где и - управляющие воздействия; - выходные параметры СУ; УМ1 -

выходные параметры ФУ; QMl - отказы ФУ; W - факторы внешней среды; Ь - критерий минимизации исходной структуры модели.

Отличительная особенность концепции построения и преобразования данного вида модели состоит в объединении массивов разнородной по природе информации, представленной заданными видами НДВР, характеризующей техническое состояние образцов ФУ, штатные циклы их испытания и состояния внешней среды; в использовании формальных процедур преобразования и анализа НДВР, текущих ситуаций и ситуаций предыстории, определяющих динамику изменения числовых значений показателей НДВР относительно заданного перечня отказов в поведении ФУ и информационное содержание причинно-следственных связей между состояниями выхода образцов ФУ, состояниями внешней среды и заданным перечнем отказов ФУ.

и им і уиі(і) и ад к

-уМ1 1г уГ Vм5 *2 УГ Vм2 *з у Ы4 1г уМ5 у0 Ат уМ1 12 У М2 *3 Vм4 1г

ч? ч“

ч“‘

«Г

ч? чГ

Чг“ ОС і] ОСіі ОСіі ОСіі

: : : : : : : : : :

4“

Чп чГ

чГ

: : : : : : : : : :

ч2"

ь а ь С СІ

Рис. 4. Структура модели процесса диагностирования отказов функционального канала

объекта системы управления

Процесс построения исходных вариантов моделей диагностирования применительно к заданным видам НДВР регламентируется соблюдением условия:

О, приВ^і ^ С2(И^,) ^ показатели НДВР

в пределах допусковых ограничений

1, при В^м; ^ Сг(Шр) ^ за пределами

(11)

здесь элемент модели диагностирования 1|а

‘Л

ограничений

= 0 при условии, если показатели НДВР соответствующего вида (В^м;) находятся в пределах допусковых ограничений при исполнении г-го штатного

цикла испытания образцов ФУ в условиях воздействия р-го фактора внешней среды; Цо^-Ц = 1 - когда указанное выше условие не выполняется, соответственно некоторые показатели НДВР находятся за пределами допусковых ограничений.

В процессе понижения размерности исходной структуры модели диагностирования, информационная значимость показателей соответствующих НДВР и их разделительных свойства применительно к заданному перечню отказов ФУ количественно оцениваются применением критерия [1,2] в результате пошагового преобразования модели:

' п т ,(о) . ,(1)

, VV п(г,1)г,д п(г,1)г,д

1- = тахАА , 2)

1 8 1 1

где ^[°1)г д, ^(11)гд - число не обнаруживаемых (Цаг.1| = 0), обнаруживаемых (Цаг.1| = 1) отказов ФУ соответствующим показателем НДВР; - число не обнаруженных отказов _/-ым показателем НДВР

с учетом показателей, включенных в перечень информативных на предыдущих шагах преобразования модели;/. - наибольшее число обнаруженных (не обнаруженных) отказов _/-м показателем НДВР в группе на текущем шаге преобразования модели; / = 1 ,п - число диагностируемых отказов; д = 1, т - число групп модели на шагах преобразования.

Конечным итогом преобразования исходной структуры модели является инженерный вариант структуры модели диагностирования отказов заданного перечня, пригодный для практического применения по назначению.

Из приведенного содержания методического обеспечения обнаружения и технического диагностирования отказов ФУ в процессе испытания в составе СУ следует, что при этом обеспечивается также диагностирование отказов в поведении систем до глубины составных ФУ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Системный подход к ситуационному управлению отказоустойчивостью технических объектов в условиях нештатных ситуаций / В.А. Ушаков, В.С. Дрогайцев, Г.С. Говоренко, С.В. Козлов // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2007. №3. С. 20-27.

2. Ушаков В.А. Построение информационно-управляющих систем обеспечения технических характеристик сложных динамических объектов / В.А. Ушаков // Вестник СГТУ. 2007. №4 (28). Вып. 1. С. 121-135.

Дрогайцев Валентин Серафимович -

доктор технических наук, профессор кафедры «Автоматизация и управление технологическими процессами» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Крупейников Денис Евгеньевич -

аспирант кафедры «Автоматизация и управление технологическими процессами» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Valentine S. Drogaytsev -

Dr. Sc., Professor Department of Automation and Technological Processes Control, Gagarin Saratov State Technical University

Denis E. Krupeynikov -

Postgraduate

Department of Automation

and Technological Processes Control,

Gagarin Saratov State Technical University

Статья поступила в редакцию 10.12.12, принята к опубликованию 20.02.13