CC BY
38
Электротехника
УДК 681.326
М.П. Дунаев, А.М. Дунаев
ДУНАЕВ МИХАИЛ ПАВЛОВИЧ - профессор кафедры электропривода и электрического транспорта (Иркутский государственный технический университет, Иркутск). Лермонтова ул., 83, Иркутск, 664074. E-mail: [email protected]
ДУНАЕВ АНДРЕЙ МИХАЙЛОВИЧ - студент кафедры автоматизированных систем (Иркутский государственный технический университет, Иркутск). Лермонтова ул., 83, Иркутск, 664074. E-mail: [email protected]
Новые логические алгоритмы технической диагностики
В настоящей статье предложены два новых логических алгоритма технической диагностики. Данные логические алгоритмы представляют собой комбинации известных методов, что позволяет синтезировать новые перспективные алгоритмы, разработанные на основе этих методов.
Ключевые слова: логические алгоритмы, неисправности, диагностирование, программный комплекс.
Введение
Эффективность наладки электрооборудования во многом зависит от качества методов диагностирования. Существующие логические алгоритмы диагностирования [2, 5-7, 10, 11], как правило, имеют в своей основе метод половинного деления. К известным модификациям метода половинного деления относятся следующие: метод половинного деления при равных вероятностях технических состояний [5, 11]; с неравными вероятностями технических состояний и равными ценами элементарных проверок [10]; половинного деления при равных вероятностях технических состояний элементов и с учетом цен их элементарных проверок [7], а также метод поиска с учетом относительной вероятности [2]. Времявероятностный метод, рассмотренный в работах [4, 7], имеет в своей основе логическую идею, отличающуюся от вышеупомянутых модификаций метода половинного деления, однако так же, как и они, не является оптимальным. Вследствие этого представляется интересным подход, заключающийся в модифицировании известных алгоритмов диагностирования путем их сочетания, позволяющий повысить эффективность наладки ЭП. Предлагаемый подход реализован в новых алгоритмах диагностирования, классификация которых предложена в [3]. Некоторые из упомянутых в [3] алгоритмов были подробно рассмотрены в работах [1, 4, 5, 8], еще два алгоритма будут рассмотрены ниже.
Средние затраты диагностирования для определения одного технического состояния объекта диагностирования [6, 10], обозначенные как C(Z0, Ef), могут быть найдены по известному выражению (1):
N Zi
C (Zо, Ef ) = Z [p(ei) SÍ (ек )], (1)
i=1 Z о
где Zo и Zi - первая и i-я проверки алгоритма диагностирования соответственно; p(e¡) - вес i-го технического состояния среди других технических состояний, t(ei) - время проверки i-го блока, ei -
© Дунаев М.П., Дунаев А.М., 2015
ВЕСТНИК ИНЖЕНЕРНОЙ ШКОЛЫ ДВФУ. 2015. № 2 (23)
1
ВА (1)
ВФ (2)
НВ (3)
техническое состояние г-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 объекта диагностирования и может быть использовано как целевая функция оптимизации алгоритмов диагностирования.
Рассмотрим процесс диагностирования на примере преобразователя частоты.
Функциональная схема преобразователя частоты (ПЧ) представлена рис. 1, 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, -Це - 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.
На рис. 2 показана логическая модель ПЧ, построенная по функциональной схеме рис. 1 в соответствии с принятыми допущениями [11]. Входные и выходные сигналы блоков ПЧ представлены вершинами с символами Хг и Уг, 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. 1.
СФ (4)
Шх
БП (7)
Шых
£
1
АИ (5) <- СУ (8) <— ПУ (9)
Н (6)
Рис. 1. Функциональная схема ПЧ
Рис. 2. Логическая модель ПЧ
Входные внешние сигналы Х1г Х2 соответствуют сигналам ис, иу на рис. 1. Внешний выходной сигнал Уб (рис. 2) соответствует выходному сигналу 1н (рис. 1).
МР-алгоритм диагностирования
Рассмотрим новый алгоритм диагностирования по критериям минимума времени первой проверки 11 и с учетом неравных вероятностей технических состояний (МР-алгоритм) на примере поиска неисправностей в схеме ПЧ (рис. 1). Этот алгоритм отличается от известного МV-алгоритма [6] (алгоритма диагностирования по критериям минимума времени первой проверки 11 и с учетом характеристик относительной вероятности) стратегией выбора проверок после первой элементарной проверки Zo. По данному алгоритму последующие после Zo проверки выбираются с учетом характеристик относительной вероятности. Первая проверка при построении МР-алгоритма должна обладать наименьшим значением времени проверки а при равенстве времен элементарных проверок ^е^ в качестве первой следует выбирать такую проверку, которая контролирует функциональный элемент, расположенный ближе к центральной части функциональной схемы ОД. Порядок остальных элементарных проверок данного алгоритма соответствует Р-алгоритму [11].
Граф алгоритма, построенный по этому методу (МР-алгоритм), показан на рис. 3. Кружками с цифрами внутри обозначены элементарные проверки Zi 0=1, 2...!Ы), цифрами 1 и 0 - результаты проверок блоков (исправен - неисправен), прямоугольниками - итоги диагностирования (цифра внутри прямоугольника означает номер неисправного блока).
Номер блока 1 в функциональной схеме ПЧ, вес технического состояния p(ei), время доступа (цена проверки) и значение p(ei)/t(ei) для элементов ПЧ указаны в табл.1.
Рис. 3. Граф МР-алгоритма диагностирования
Характеристики технического состояния ПЧ
Таблица 1
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 0,1 0,02 0,07 0,06 0,05 0,5 0,1
р^/КеО 0,2 0,8 0,5 1 5,71 1,67 2,8 0,4 0,4
Рассмотрим граф алгоритма, показанный на рис. 3, более детально. Исходя из вышеизложенного, в качестве первой элементарной проверки выбираем проверку четвертого блока 24 (рис. 2), так как она обладает минимальным временем проверки = 0,02 из табл. 1).
Дальнейшее построение графа МР-алгоритма диагностирования проходит по методу половинного деления с неравными вероятностями технических состояний р(вг) и равными ценами элементарных проверок [11] и предполагает, что следующим контролируемым элементом выбирается тот, элементарная проверка которого делит ОД на части, веса технического состояния которых близки к 0,5. В результате расчета с использованием данных табл. 1 приходим к выводу, что следует проверить пятый блок, и т.д.
В зависимости от исходов промежуточных проверок алгоритм диагностирования может составлять от 2 до 4 шагов.
Средние затраты диагностирования для МР-алгоритма диагностирования ПЧ могут быть найдены по выражению (1) и составят:
Х(20,Е®) =0,2281.
Рис. 4. Граф МРТ-алгоритма
МРТ-алгоритм диагностирования
Рассмотрим другой новый алгоритм диагностирования по критериям минимума времени первой проверки ^ и с учетом времяверо-ятностных характеритик технических состояний (МРТ-алгоритм) на примере поиска неисправностей в схеме ПЧ (рис. 1).
Этот алгоритм отличается от вышеизложенного МР-алгоритма (алгоритма диагностирования по критериям минимума времени первой проверки ^ и с учетом неравных вероятностей технических состояний) стратегией выбора проверок после первой элементарной проверки Zo. По данному алгоритму последующие после Zo проверки выбираются с учетом времявероят-ностных характеритик технических состояний. Первая проверка при
построении МРТ-алгоритма должна обладать наименьшим значением времени проверки ^е^, а при равенстве времен элементарных проверок ^е^ в качестве первой следует выбирать такую проверку, которая контролирует функциональный элемент, расположенный ближе к центральной части функциональной схемы ОД. Порядок остальных элементарных проверок данного алгоритма соответствует РТ-алгоритму [11].
Граф алгоритма, построенный по этому методу (МРТ-алгоритм), показан на рис. 4.
Рассмотрим его более детально. Исходя из вышеизложенного, в качестве первой элементарной проверки выбираем проверку четвертого блока Z4 (рис. 2), так как она обладает минимальным временем проверки (^ = 0,02 из табл. 1).
Дальнейшее построение графа МРТ-алгоритма диагностирования проходит по времявероятност-ному методу [1 1] и предполагает, что следующим контролируемым элементом выбирается тот, элементарная проверка которого - соотношение p(ei)/t(ei) имеет максимальное значение. В результате использования данных табл. 1 приходим к выводу, что следует проверить пятый блок, и т.д.
В зависимости от исходов промежуточных проверок алгоритм диагностирования может составлять от 2 до 5 шагов.
Средние затраты диагностирования для МРТ-алгоритма диагностирования ПЧ могут быть найдены по выражению (1 ) и составят:
Х(2о,Е®)= 0,2261.
Эффективность алгоритмов диагностирования
Проведем сравнение двух предложенных алгоритмов диагностирования (МР-алгоритма и МРТ-алгоритма) с известными алгоритмами диагностирования [1-3; 5-11]. В качестве объекта диагностирования во всех случаях выступала функциональная схема преобразователя частоты (рис. 1)
Результаты сравнения эффективности алгоритмов диагностирования представлены в табл. 2. Исходя из результатов сравнения алгоритмов диагностирования преобразователя частоты (табл. 2) наиболее эффективными оказались два алгоритма (МР-алгоритм и МРТ-алгоритм), при этом МРТ-алгоритм занял первое место, а МР-алгоритм - второе.
Таблица 2
Сравнение алгоритмов диагностирования
Название алгоритма Средние затраты C(Z0,ET) Место алгорима
МРТ-алгоритм 0,2261 1
МР-алгоритм 0,2281 2
РТТ-алгоритм [8] 0,2285 3
РТS-алгоритм [1] 0,229 4
РТ-алгоритм [6, 10] 0,254 5
РТ?-алгоритм [9] 0,2879 6
РТУ-алгоритм [1] 0,3387 7
N-алгоритм [5, 11] 0,4595 8
МУ-алгоритм [3] 0,462 9
Р-алгоритм [10] 0,5141 10
Т-алгоритм [7] 0,5598 11
Заключение
Итак, нами рассмотрены два новых логических алгоритма технической диагностики, имеющие более высокую эффективность по критерию средних затрат по сравнению с известными алгоритмами технической диагностики.
В качестве основы для построения структуры базы знаний программного комплекса для наладки преобразователей частоты может быть принят МРТ-алгоритм, имеющий наименьшие средние затраты C(Zo,ET) среди известных алгоритмов диагностирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дунаев М.П. Многокритериальный логический метод диагностирования // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2011. С. 179-182. (Специальный выпуск журнала).
2. Дунаев М.П. Экспертные системы для наладки электропривода. Иркутск: ИрГТУ, 2004. 138 с.
3. Дунаев М.П., Дунаев А.М. Классификация логических алгоритмов технической диагностики // Вестник Инженерной школы ДВФУ. URL: vestnikis.dvfu.ru/images/2014-2-3.pdf (дата обращения: 20.03.2015).
4. Дунаев М.П., Ушаков К.Ю. Времявероятностный метод для диагностирования электрооборудования электровоза // Вестник ИрГТУ. 2012. № 10. С. 224-232.
5. Ксёндз С.П. Диагностика и ремонтопригодность радиоэлектронных средств. М.: Радио и связь, 1989. 248 с.
6. Кудрицкий В.Д., Синица Н.А., Чинаев П.И. Автоматизация контроля радиоэлектронной аппаратуры. М.: Советское радио, 1977. 256 с.
7. Мозгалевский А.В., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика. М.: Высшая школа, 1975. 207 с.
8. Мытник И.А. Модернизированный метод поиска неисправностей для устройств плавного пуска // Вестник ИрГТУ. 2013. № 4. С. 163-167.
9. Мытник И.А. Разработка РТР-алгоритма для диагностирования электрооборудования // Вестник ИрГТУ. 2013. № 6. С.166-169.
10. Осипов О.И., Усынин Ю.С. Техническая диагностика автоматизированных электроприводов. М.: Энергоатомиздат, 1991. 160 с.
11. Основы технической диагностики (Модели объектов, методы и алгоритмы диагноза) / под ред. П.П. Пархоменко. М.: Энергия, 1976. 464 с.
THIS ARTICLE IN ENGLISH SEE NEXT PAGE
Electrical engineering
Dunaev M., Dunaev A.
MIKHAIL P. DUNAEV, Professor, Sub-Department of Electric Drive and Electric Transport, Irkutsk State Technical University. 83, Lermontov St., Irkutsk, Russia. 664074, e-mail: [email protected]
ANDREI M. DUNAEV, Student, Sub-Department of Automation System, Irkutsk State Technical University. 83, Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074, e-mail: [email protected]
New logical algorithms for technical diagnostics
The article presents two new logical algorithms for technical diagnostics. They are a combination of known methods which makes it possible to synthesise new promising algorithms developed on the basis of these methods.
Key words: logical algorithms, faults, diagnosis, program complex.
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 diag-nostirovanija // 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., Dunaev A.M. Classification of logical algorithms for technical diagnostic. FEFU: School of Engineering Bulletin. URL: vestnikis.dvfu.ru/images/2014-2-3.pdf (in Russ.). [Dunaev M.P., Dunaev A.M. Klassifikacija logicheskih algoritmov tehnicheskoj diagnostiki // Vestnik Inzhenernoj shkoly DVFU. URL: vestnikis.dvfu.ru/images/2014-2-3.pdf (data obrashhenija: 20.03.2015)].
4. Dunaev M.P., Ushakov K.Y., Time-probability method for diagnosing electrical locomotive, Bulletin IrGTU, 2012;10:224-232. (in Russ.). [Dunaev M.P., Ushakov K.Ju. Vremjaverojatnostnyj metod dlja diag-nostirovanija jelektrooborudovanija jelektrovoza // Vestnik IrGTU. 2012. № 10. S. 224-232].
5. Ksendz S.P. Diagnostic and control of radio-electronic. M., Radio i Sviaz. 1989, 248 p. (in Russ.). [Ksjondz S.P. Diagnostika i remontoprigodnost' radiojelektronnyh sredstv. M.: Radio i svjaz', 1989. 248 s.].
6. Kudritsky V.D., Sinitsa N.A., Chinaev P.I. Automation of control for radio-electronic. M., Sovetskoe Radio, 1977, 256 p. (in Russ.). [Kudrickij V.D., Sinica N.A., Chinaev P.I. Avtomatizacija kontrolja radiojel-ektronnoj apparatury. M.: Sovetskoe Radio, 1977. 256 s.].
7. Mozgalevky A.V., Gaskarov D.V. Technical diagnostic. M. Visshaij shkola, 1975, 207 p. (in Russ.). [Mozgalevskij A.V., Gaskarov. D.V. Tehnicheskaja diagnostika. M.: Vysshaja shkola, 1975. 207 s.].
8. Mytnik I.A. Upgraded troubleshooting method for soft starters, Bulletin 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].
9. Mytnik I.A., Development RTR algorithm for diagnosing electrical, Bulletin IrGTU. 2013;6:166-169. (in Russ.). [Mytnik I.A. Razrabotka RTR-algoritma dlja diagnostirovanija jelektrooborudovanija // Vestnik IrGTU. 2013. № 6. S. 166-169].
10. Osipov O.I., Usynin Y.S. Technical diagnostics automated electric. Energoatomizdat, 1991, 160 p. (in Russ.). [Osipov O.I., Usynin Ju.S. Tehnicheskaja diagnostika avtomatizirovannyh jelektroprivodov. M.: Jenergoatomizdat, 1991. 160 s.].
11. Foundations of technical diagnostic (Models of objects, methods and algorithms of diagnosis), ed. P.P. Parhomenko. M., Energia, 1976, 464 p. (in Russ.). [Osnovy tehnicheskoj diagnostiki (Modeli ob#ektov, metody i algoritmy diagnoza) / pod red. P.P. Parhomenko. M.: Jenergija, 1976. 464 s.].
