CC BY
13П. А. Будко
Доктор технических наук, профессор, ученый секретарь ПАО «Интелтех»
A. М. Винограденко
Кандидат технических наук, доцент, докторант,
Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С. М. Буденного
B. К. Гойденко
Адъюнкт, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С. М. Буденного
А. В. Меженов
Адъюнкт, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С. М. Буденного
РЕАЛИЗАЦИЯ СПОСОБА МНОГОУРОВНЕВОГО КОМПЛЕКСНОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ
АННОТАЦИЯ. Предложено устройство для реализации способа многоуровневого комплексного контроля технического состояния радиоэлектронной аппаратуры, основанного на комплексировании измерительной информации, поступающей от нескольких типов датчиков, что позволяет повысить достоверность результатов идентификации технического состояния радиоэлектронного оборудования и расширить область применения технических средств контроля и диагностики.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: контроль, диагностика, идентификация, класс технического состояния, объект контроля, дефект.
Введение
Воздействующие на радиоэлектронные системы (РЭС) различные внутренние и внешние факторы неизбежно вызывают постепенное изменение характеристик ее элементов, а в конечном итоге и ее работоспособности. Трудоемкость и временные затраты на выявление и устранение дефектов в местах их возникновения достаточно велики. На данный момент при растущей сложности современных радиоэлектронных систем, увеличении числа контролируемых параметров, миниатюризации размеров элементов, а также низкого уровня использования систем, выполняющих функции прогнозирования и диагностирования предаварийного состояния, актуальными являются задачи прогнозирования отказов в рабочем режиме, снижения времени восстановления, уменьшения
ресурсов сил и средств, требуемых для диагностирования, что возможно достичь при использовании неразрушающих методов контроля и диагностики.
В статье предложены способ и устройство комплексного контроля и диагностики радиоэлектронных модулей образцов вооружения, военной и специальной техники, основанный на комплексировании измерительной информации, поступающей в реальном режиме времени от тепловизора, датчика напряженности магнитного поля, датчика напряжения и датчика влажности.
Реализация заявленного способа опирается на использование неразрушающих методов контроля и диагностики, применяемых в различных отраслях промышленной электроники и электротехники [1—3]. Так известен способ распределенного контроля и адаптивного
управления многоуровневой системой [3], однако его недостатком является то, что в процессе выработки управляющего воздействия постоянно используется вся доступная измерению информация, что в распределенной системе (на глобальном контуре контроля) не только вызывает избыточность измерительной информации, но и приводит к тому, что в процессе функционирования сети (измерительной сети, сенсорной сети) все измерительные средства находятся в активном состоянии.
Также известны устройства, реализующие неразрушающие виды контроля [4—6], например устройство автоматизированного контроля технического состояния электрооборудования [6], однако их недостатками являются: относительно высокая вероятность ошибки при измерении малых отклонений параметров контролируемых электроустановок от нормы в рабочих режимах, это приводит к тому, что отклонение контролируемого параметра от нормы может быть не зафиксировано; идентификация отклонений контролируемых параметров от нормы только по одному признаку (напряженность магнитного поля). Этим объясняется низкая достоверность результатов идентификации технического состояния контролируемого объекта. Кроме того, отмечается относительно большое время поиска неисправности, поскольку для выбора оптимального источника измерительной информации (датчика, сенсора) из числа заданных необходимо осуществить последовательный контроль всех существующих источников, а также необоснованность выбора оптимального датчика, обусловленная тем, что при этом предварительный контроль с учетом различных состояний объектов контроля отсутствует [6].
Кроме промышленной электроники и электротехники неразрушающие методы контроля активно применяются и в отрасли телекоммуникаций [7—9]. К недостаткам блоков принятия решения таких устройств [9] относятся: высокая вероятность отказа в обслуживании, вызванная тем, что назначение порогов срабатывания системы контроля осуществляется без учета общего состояния системы и величины загрузки буферных устройств узлов коммутации каналов связи, вызывающее блокировку устройства на загруженной сети; достаточно низкую производи-
тельность и высокий коэффициент простоя, поскольку для контроля сложных технических систем и идентификации их состояния необходимо производить измерение, преобразование и обработку большого числа параметров, что нередко связано с отключением системы и ее простаиванием.
Цель статьи: предложить технические решения способа многоуровневого комплексного контроля технического состояния РЭС, позволяющего осуществлять диагностику пре-даварийного и аварийного состояния в режиме on-line.
Достижимость технического результата
Техническим результатом, достигаемым с помощью предложенных способа многоуровневого комплексного контроля технического состояния РЭС, устройства для его осуществления и блока принятия решения, рис. 1, является:
повышение достоверности результатов идентификации технического состояния объектов контроля;
расширение области применения технических средств контроля и диагностики;
определение классов технических состояний объектов контроля;
идентификация отклонений параметров контролируемых объектов от нормы по нескольким признакам (температура, напряженность магнитного поля, напряжение, влажность и др.);
снижение избыточности измерительной информации в системе контроля.
При рассмотрении способа многоуровневого комплексного контроля технического состояния РЭС под термином «радиоэлектронной системы» будем понимать совокупность всего радиоэлектронного оборудования (РЭО) на всех уровнях разукрупнения, т. е. элементов радиоэлектронных систем.
Реализация способа многоуровневого комплексного контроля технического состояния радиоэлектронных систем
Предложенный способ многоуровневого комплексного контроля технического состояния РЭС, поясняется алгоритмом, представленным на рис. 2.
Рис. 1. Структурная схема устройства многоуровневого комплексного контроля ТС РЭС
Радиоэлектронная система
Распределенная группа объектов контроля
Радиоэлектронное оборудование
Уровень 1 (помещение)
Уровень 2 (стойка)
Уровень 3 (блок)
Уровень к
Распределенные блоки датчиков
ш
блок датчиков к-го уровня
блок датчиков 3-го уровня
V
блок датчиков 2-го уровня
блок датчиков 1-го уровня
измерительная им* Ф о р м а ц и ]
Устройство комплексного контроля технического состояния радиоэлектронного оборудования
Первым этапом способа является этап анализа, на котором:
на шаге 1 определяют исходные данные, ограничения и допущения;
на шаге 2 па к уровнях формируют пороговые значения на контролируемые параметры и устанавливают на к уровнях РЭО (платы, блока, стойки, отсеки и др.) в виде М(к, п) групп диапазонов достоверности;
на шагах 3—4 для каждого контролируемого элемента радиоэлектронного оборудования, на заведомо работоспособных экземплярах, по разносторонним признакам создают их «рабочий профиль» и запоминают его в виде эталон* *
ныхматриц,.£п техническогосостояния;
Первым этапом алгоритма метода является этап анализа, на котором:
на шаге 5 измеряют мгновенные значения сигналов, поступающих с датчиков напряженности магнитного поля, тепловизора, напряжения, видеокамеры, пропорционально изменяемым во времени напряженности внешнего магнитного поля, температуре, напряжению и цветовому спектру, создаваемых контролируемым элементом РЭС в рабочем режиме;
на шаге 6 по изменению среднего уровня результатов измерения технического состояния радиоэлектронного оборудования осуществляют построение карты Хотеллинга в виде по-
верхности точек в трехмерном пространстве, при этом каждая точка г поверхности представлена следующими величинами:
1) математическим ожиданием тх положения в трехмерном пространстве гх, гу, гг;
2) матрицей ковариации г5, задающей дисперсию трехмерного нормального распределения положения точки;
3) вероятностью параметрического отказа готк;
4) вероятностями получения измерительного сигнала о предаварийных состояниях N элементов РЭС гё , где I е 1,..., N
на шагах 7—9 оцифровывают измеренные мгновенные значения сигналов, поступающих с датчиков и запоминают в виде векторов цифровой последовательности длиной N, из которых формируют матрицу технического состояния g1...gn размерностью NxN;
Вторым этапом способа является идентификация, накотором:
на шаге 10 осуществляют выбор элемента матрицы gn текущего технического состояния радиоэлектронного оборудования;
на шаге 11 осуществляют выбор элемента эталонной матрицы gn ;
на шаге 12 принимают решение на поэлементное сравнение образа исследуемой матрицы технического состояния с одним из образов эталонных матриц технического состояния,
НАЧАЛО
Определение исхоодных данных, множества допущений и ограничений
гтг
Установка пороговых значений контролируемых параметров на к уровнях РЭС, в виде М(к, п) групп диапазонов достоверности
Формирование банка эталонных описаний возможных технических состояний РЭО («рабочий профиль»)
Составление и запомнинание эталонных матриц д,"... дп" технического состояния
0
Измерение мгновенных значений сигналов по разносторонним признакам (температуре, напряженности электромагнитного поля, напряжению, цветовому спектру)
Формирование диапазонов достоверности О по матрицам возможных технических состояний и построение статических карт Хотеллинга
Выбор элемента / = 17=1 матрица дп
Выбор эталонной -хрП матрицы {дп"\ на к уровне
1 г
Оцифровывание измеренных мгновенных значений сигналов
1 г
Запоминание измеренных сигналов в виде векторов цифровой последовательности длиной N
Формировани цифровой последов технических сос резмерно е из векторов ательности матриц таянийд,... д„, :тью Л/х/у
I?] Вывод количества совпадений исследуемой матрицы с набором эталонных матриц
I?] Определение
исследуемой матрицы
I
[13 Определение уровня
предаварийного состояния РЭС
иг
I
Осуществление позначного весового мажоритарного сложения полученных сигнлов на к уровнях РЭС
И] Идентификация
технического состояния и места отказа в РЭО
Распознавание классов технического состояния РЭС
КОНЕЦ
Рис. 2. Алгоритм, реализующий способ многоуровневого комплексного контроля ТС РЭС
соответствующего исследуемой. При этом под сравнением понимается операция сложения по модулю два информационных содержаний сравниваемых элементов матриц;
на шаге 13 при совпадении значений в элементах сравниваемых матриц происходит суммирование числа совпадений;
на шаге 14—18 осуществляется сравнение элементов матриц снизу—вверх и слева—направо;
на шаге 19 осуществляют отображение количества совпадений элементов исследуемой матрицы с набором элементов эталонных матриц, I = N,7 = И{шаги 15,18), после того, как будет оценен последний элемент сравниваемых матриц;
на шаге 20 определяется матрица по наибольшему числу совпадений исследуемой матрицы gn с одной из эталонных матриц техниче-*
ского состояния gn ; при условии, что совпало не менее 99 % от общего количества элементов матриц технического состояния;
на шаге 21 определяют уровень предава-рийного состояния контролируемого элемента радиоэлектронного оборудования, идентифицируемый скоростью выхода контролируемого параметра за пределы диапазона достоверности;
на шаге 22 принимают решение о полученной измерительной информации, путем позначного весового мажоритарного сложения гп сигналов измерительной информации, поступивших с весовыми коэффициентами оту типов датчиков, находящихся на £ уровнях РЭО;
на шаге 23 оценивают состояние системы в несколько этапов, причем на первом этапе, используют локальную информацию о состояниях каждого элемента к-го уровня радиоэлектронного оборудования, по которой обнаруживают путем сравнения с диапазоном достоверности нарушение заданного режима функционирования (нормальное или аварийное состояние); на последующих этапах оценки, определяют уровень предаварийного состояния контролируемого объекта, путем измерения всей доступной измерению информации на региональном (глобальном) уровне. Этапы прохождения оценки РЭО представлены в вероятностном графе состояния системы (см. рис. 3). Идентифицируют место отказа элемента РЭО;
на шаге 24 осуществляют распознавание классов технического состояния радиоэлектронного оборудования, согласно алгоритма (см. рис. 4).
Алгоритм имеет три этапа работы: обнаружения отказа радиоэлектронного оборудования, идентификации ошибок контроля (на каждом из к уровней радиоэлектронного оборудования) и распознавания класса технического состояния радиоэлектронного оборудования. На последнем, завершающем, этапе алгоритма выделены финальные вероятности состояния РЭО, по которым определяются классы его технического состояния, означающие:
«1» — система заблокирована, отказ обнаружен и распознан;
«2» — система работоспособна, ложное обнаружение и распознание;
«3» — система заблокирована, отказ обнаружен, но не распознан;
«4» — система работоспособна, ложное обнаружение не распознано;
«5» — система заблокирована, отказ не обнаружен;
Рис. 3. Вероятностный граф распознавания технических состояний РЭО, реализующий поэтапный принцип принятия решения
(Начало)
Пороговые Значение Измеренное значения Измеренное значения
значения обобщенною параметров локального параметров регионального
Хо;Уо;-Уо показателя уровня уровня
Измеренное значения параметров глобального/ уровня
( Остановка )
Рис. 4. Вероятностный граф распознавания технических состояний РЭО, реализующий поэтапный принцип принятия решения
«6» — система работоспособна, признана работоспособной.
Причем, на рис. 3 и 4 классы технического состояния «1...4» радиоэлектронного оборудования относятся к завершающему этапу контроля, а классы «5!», «б!», «52», «62», ... — к ка-ждомуиз уровней (1, 2, ...) (этапу).
Для Заказчика наиболее предпочтительным являются класс «6», когда система работоспособна и признана работоспособной. Следующим по предпочтению идет класс технического состояния «1» — система заблокирована, отказ обнаружен и распознан. Математически вариационный ряд предпочтений классов технического состояния радиоэлектронного оборудования — можно записать:
«6» > > «4» > «2» > «3» > «5». В качестве исходных данных алгоритма используются: пороговые значения (допуски) на параметры элементов РЭО, используемых на
различных к уровнях его функционирования; значение обобщенного показателя качества; измеренные значения параметров подсистем на каждом из уровней разукрупнения РЭС (локальный, групповой, глобальный); априорное состояние РЭС.
Реализация устройства многоуровневого комплексного контроля технического состояния радиоэлектронного оборудования
Предложенное устройство многоуровневого комплексного контроля технического состояния РЭО, показанное на рис. 5, состоит из источника тока 1, блока датчиков 2, радиоэлектронного оборудования 3, блока обработки сигналов 4, блока принятия решения 5, блока управления 6 и блока вывода информации 7. Причем первый и второй выходы источника тока 1 подключены к силовым входам блока
Рис. 5. Функциональная схема устройства комплексного контроля ТС РЭО
силовой вх1
Г 1 1 1 1 1 1 1 линф.вх.1 1 6.2 Ключи «е- упр.вых.1 Кнопка ПГпуск» 6.11 1 -¡- 1 уп 6 Блок »авления 1 1 инф.вых.1
4!— 6.3 Контроллер 1 1 1 1 1 1 1
и
III 1 ¡1С
V/ инф.вх.З 1 и-3 инф.вх.З ^
1 ^ инф.вых.2| инф.вых.2
^ упр. вых. 11 упрьвых.
ynp.Bbix.2v 1 \ 1
Рис. 6. Принципиальная схема блокауправления
управления 6 и радиоэлектронного оборудования 3, технологические выходы которого связаны со входами 2.1, 2.2, 2.3, ..., 1.], блока датчиков и являются одноименными входами соответственно датчика тепловизионного 2.1, датчика напряженности магнитного поля 2.2, датчика контроля напряжения 2.3, ... и датчика видеоизображения 1.]. Выходы с каждого из перечисленных датчиков поступают на соответствующие входы блока обработки сигналов 4 и далее подключены к группе первых информационных входов блока принятия решения 5, второй информационный и управляющий входы, а также группа первых и третий информационные выходы которого поступают соответственно на второй информационный и управляющий выходы и группу первых и третий информационные входы блока управления
6, который своими 1, 2, ...,у' выходами второй управляющей группы связан соответственно с 1.1, 1.2, ..., \.] управляющими входами блока датчиков 2, поступающими на входы соответствующих датчиков 2.1 .2, 2.3, ..., 2.]. При этом первый информационный выход блока управления 6 соединен с блоком вывода информации
7, второй вход которого связан с одноименным информационным выходом блока принятия решения 5, а информационный вход соединен сРЭОЗ.
Источник тока 1 предназначен для обеспечения электропитания радиоэлектронного оборудования постоянным током.
Блок датчиков 2 предназначен для измерения различными способами (индуктивным и тепловизионным способами, электрически и визуально, и др.) уровня сигнала, пропорционального изменяющимся во времени соответствующим параметрам, характеризующим РЭО 3 в рабочем режиме.
Радиоэлектронное оборудование 3 предназначено для передачи и приема информации на расстоянии по радиоканалу при помощи электромагнитных сигналов. Является объектом контроля технического состояния.
Блок обработки сигналов 4 предназначен для обработки и преобразования поступающего с блока датчиков 2 сигналов в вектора цифровых последовательностей, из которых формируют матрицу технического состояния g.
Блок принятия решения 5 предназначен для двухэтапной оценки технического состояния РЭО 3 и определению места отказа по информационным сигналам, поступающим с блока обработки сигналов 4.
Блок управления 6 предназначен для управления работой и подачи управляющих импульсов в основные блоки устройства многоуровневого комплексного контроля технического состояния радиоэлектронного оборудования. Он может быть реализован различными способами, например, показанным на рис. 6.
Блок управления 6 состоит из кнопки «Пуск» 6.1, вход которой является силовым входом блока, а выход подключен к силовому
входу ключей 6.2, группа вторых управляющих выходов которых является выходом блока, а группа первых управляющих входов подключена к группе первых управляющих выходов контроллера 6.3, первый и второй информационные выходы, управляющий выход, группа первых информационных входов и третий информационный вход которого являются соответственно первым и вторым информационными выходами, управляющим выходом, группой первых информационных входов и третьим информационным входом блока.
Кнопка «Пуск» 6.1 предназначена для подачи напряжения на ключи 6.2 для запуска блока датчиков 2.
Ключи 6.2 предназначены для включения (отключения) датчиков, блока датчиков 2, по управляющему воздействию контроллера 6.3.
Контроллер 6.3 предназначен для формирования управляющего сигнала, подаваемого на ключи 6.2 для включения (отключения) «избыточных» датчиков, а также формирования результирующей информации, выводимой на модуль вывода информации, по аварийному или предаварийному состоянию контролируемого радиоэлектронного оборудования 3.
Модуль вывода информации 7 предназначен для отображения информации идентифицированного технического состояния и места отказа в радиоэлектронном оборудовании 3.
Реализация блока принятия решения
Блок принятия решения 5 состоит: из модуля регистров записи 5.1, в который входяту регистров записи знаков (5.1.1, 5.1.2, ..., 5.1./); модуля установки весовых коэффициентов 5.2, в который входяту схем установки весовых коэффициентов (5.2.1, 5.2.2, ..., 5.2у); модуля весовых множителей, в который входяту схем весовых множителей (5.3.1, 5.3.2, ..., 5.3у); модуля идентификации технического состояния 5.4 и модуля весового мажоритарного сложения знаков 5.5. Функциональная схема предложенного блока принятия решения 5 показана на рис. 7.
На схеме показаны 1, 2, ...,у регистры записи знаков 5.1.1, 5.1.2, ..., 5.1у, первые входы которых образуют группу первых информационных входов блока 5, группы вторых выходов каждого из 1, 2, ...,у" регистра соединены с входами 1, 2, ...,у" схем установки весовых коэффициентов 5.2.1, 5.2.2, ..., 5.2у, выход каждой из которых
упр.вых. С
> С\ 1\ д 1-е ^ ^инф.вх.С - — 1-е ~ вых. /Д Д ь-л О 2-е инф.вх. 2-й инф.вых.
2-й инф. вых.
к блоку 7 вывода ^нф
5.4 Модуль идентификации технического состояния
\iy\l-— \1
. упр. вх.
упр. вх.
. 3-й и нф. вх.
|от блока буп ра вл.
3-й инф.вых.
5.5 Модуль весового мажоритарного сложения знаков
2-е инф вх. |отблокабуправл.
|3-й инф. вых.
к блоку б ■управления
L
5 Блок принятия решения
Рис. 7. Функциональная схема блока принятия решения
подключен ко второму входу соответствующей 1, 2, ...,у' схеме весовых множителей 5.3.1, 5.3.2, ..., 5.3.]. При этом третьи входы/выходы каждой из схем весовых множителей 5.3.1, 5.3.2, ..., 5.3] подключены к третьим выходам/входам соответствующих 1, 2, ...,у' регистров записи знаков
5.1.1, 5.1.2, ..., 5.1./, вторые вход^1 которых объединен^! в группу первых информационных выходов блока 5 и соединены с соответствующими выходами группы управляющих выходов модуля идентификации технического состояния 5.4, третьи информационные выходы которого являются входами модуля весового мажоритарного сложения знаков 5.5, а выход которого является третьим информационным выходом блока 5. В свою очередь, каждый из группы первых информационных входов модуля идентификации технического состояния 5.4 соединен соответственно с первым информационным выходом своего регистра записи знаков 5.1.1,
5.1.2, ..., 5.1./, каждый первый информационный выход которых объединен в группу первых информационных входов блока 5. Каждый из группы первых информационных выходов модуля идентификации технического состояния 5.4 поступает соответственно на первый информационный вход соответствующих схем весовых множителей 5.3.1, 5.3.2, ..., 5.З./, выходы которых объединены в группу вторых информационных входов модуля 5.4, управляющий и третий информационный входы, а также второй информационный выход которого являются управляющим и третьим информационным входом, а также вторым информационным выходом блока принятия решения 5.
Регистры записи знаков 5.1.1—5.1./ предназначены для записи векторов цифровых последовательностей, формируемых из сигналов, поступающих с блока обработки сигналов 4.
Схемы установки весовых коэффициентов 5.2.1—5.2./ предназначены для хранения критических значений параметров, контролируемого РЭОЗ.
Схемы весовых множителей 5.3.1—5.3./ предназначены для сравнения векторов цифровых последовательностей, поступающих с регистров записи знаков 5.1.1—5.1./, и критических значений измеряемых параметров РЭО.
Модуль идентификации технического состояния 5.4 предназначен для поэлементного сравнения исследуемой матрицы технического состояния g, с эталонными матрицами техни-
ческого состоянияgm, где т= 1, 2, ..., М, аМ — число возможных технических состояний РЭО 3, хранящихся в элементе памяти эталонных параметров 5.4.4 блока, анализа числа совпадений сравниваемых матриц gm, идентификации технического состояния РЭО 3 по наибольшему числу совпадений элементов сравниваемых матриц. Он может быть реализован различными способами, например, показаннымнарис. 8.
Модуль идентификации технического состояния 5.4 состоит из генератора стробирующих импульсов 5.4.1, вход которого является управляющим входом модуля, а выход подключен к входу вычислителя 5.4.2, управляющие выходы которого являются управляющими выходами модуля, а информационный выход подключен к вторым входам 1, 2, ...,7 реверсивных регистров
5.4.5.1, 5.4.5.2, ...,5.4.5./', первые входы которых являются вторыми информационными входами модуля, а третьи входы подключены к выходу компаратора 5.4.3, группа первых входов которого является группой первых информационных входов модуля, а второй вход подключен к выходу элемента памяти эталонных параметров 5.4.4, вход которого является третьим информационным входом модуля. При этом выходы каждого из 1, 2, ...,у' реверсивных регистров 5.4.5.1,
5.4.5.2, ...,5.4.5./' объединены в группу входов схемы опроса 5.4.6, группа первых и второй информационные выходы которой являются соответственно группой первых и вторым информационными выходами модуля, а группа третьих информационных выходов подключена к шифратору 5.4.7, выходы которого являются группой третьих информационных выходов модуля 5.4.
Генератор стробирующих импульсов 5.4.1 предназначен для формирования управляющих импульсов в процессе выполнения идентификации технического состояния контролируемого радиоэлектронного оборудования.
Вычислитель 5.4.2 предназначен для формирования управляющих воздействий на контроллер 6.3, на втором этапе поиска, для формирования решения по отключению (подключению) «избыточных» датчиков.
Компаратор 5.4.3 предназначен для сравнения пороговых значений с измеряемыми параметрами.
Схема памяти эталонных параметров 5.4.4 предназначена для записи «рабочего профиля» контролируемого радиоэлектронного оборудования 3.
1-е инф.вх. упр. вых. 2-е инф вх. 1-е инф вых.
3-й инф.вых.
Рис. 8. Функциональная схема модуля идентификации технического состояния
Реверсивные регистры 5.4.5.1—5.4.5./ предназначены для записи информации о динамике выхода контролируемых параметров за пределы диапазона допусков.
Схема опроса 5.4.6 предназначена для регистрации сигналов, поступающих с выходов реверсивных регистров 5.4.5.1—5.4.5./.
Шифратор 5.4.7 предназначен для преобразования сигналов, поступивших с блока опроса 5.4.7 в двоичную кодовую комбинацию, содержащую информацию о номере (типе) оптимального датчика из числа пересмотренных.
Модуль весового мажоритарного сложения знаков 5.5 предназначен для сложения х сигналов измерительной информации, поступивших с весовыми коэффициентами от/ типов датчиков на к уровнях радиоэлектронного оборудо-
вания, заключающееся в вычислении значения сумм, результирующих сигналов о неисправности объектаконтроля.
Осуществление метода многоуровневого комплексного контроля технического состояния радиоэлектронного оборудования
Специфика построения устройства комплексного контроля технического состояния радиоэлектронного оборудования такова, что блок, обозначенный в схеме рис. 1, как распределенная группа объектов контроля, может представлять собой отдельную подсистему в виде к-уровней (стойка, блок, консоль, ..., плата), соответствующих глобальному, региональному и локальному уровням, при этом в данном случае организуется
система контроля технического состояния на каждом уровне. Объединяющим элементом являются обозначенные в схеме распределенные блоки датчиков, позволяющие осуществлять съем измерительной информации с объектов контроля, установленных на к уровнях. Это необходимо для формирования результирующего решения о работоспособности объектов контроля, формируемого в блоках обработки сигналов 4 и принятия решения 5 (см. рис. 6). Управление процессом распределенного контроля осуществляется в блоке управления 6. С учетом этого, название метода и устройства, реализующего его подчеркивает распределенность процедуры контроля радиоэлектронного оборудования.
Заявленный метод многоуровневого комплексного контроля технического состояния РЭО и устройство, его реализующее включает этапы анализа и идентификации.
На этапе анализа в схему памяти эталонных параметров 5.4.6 записан «рабочий профиль» технического состояния РЭО 3 в виде матриц технического состояния, представляющих собой вектора цифровых последовательностей.
При подаче сигнала на силовой вход, нажатием кнопки «Пуск» 6.1 блока управления 6 питающее напряжение источника тока 1, через ключи 6.2, подается на первые входы датчиков блока датчиков 2, включая их.
Исследуемые сигналы с блока датчиков, регистрирующих изменения температуры, напряженности магнитного поля, напряжения и цветового диапазона на элементах РЭО 3, подаются на модуль обработки сигналов 4, где преобразуются в цифровую форму, а от него — на первые информационные входы регистров записи знаков 51] блока принятия решения 5.
Сигналы с первого выхода регистра записи 5.З./ поступают на первые входы компаратора 5.4.3 модуля идентификации технического состояния 5.4, в котором происходит их сравнение с эталонными значениями параметров «рабочего профиля» элемента РЭО, поступающими из схемы памяти эталонных параметров 5.4.4. «Рабочий профиль» представляет собой эталонные матрицы рабочего состояния контролируемых элементов РЭО.
Матрица рабочего состояния контролируемых элементов радиоэлектронного оборудования состоит из аЬ ячеек памяти, соответствующих а-м и Ь-м уровням измеряемого сигнала, где а — критический уровень контролируемого
параметра, Ь — критическая скорость изменения контролируемого параметра (соответственно, а-я строка и Ь-й столбец условной матрицы).
В случае, если сигналы с первого входа компаратора, характеризующие текущее техническое состояние элемента радиоэлектронного оборудования, превышают а-й или а-й и Ь-й уровни сигнала рабочего профиля — то данный сигнал распознается как аварийный, если только Ь-й — то предаварийный.
Результат сравнения через реверсивные регистры 5.4.5] поступает на схему опроса 5.4.6, в которой осуществляется поочередный опрос сигналов результата анализа.
Сигналы со статусом «авария» через второй информационный выход модуля идентификации технического состояния 5.4 поступают для немедленного отображения на блоке вывода информации 7.
Сигналы со статусом «предаварии» отправляют через первый информационный выход модуля идентификации технического состояния 5.4 на первые входы схемы весовых множителей 5.3]. По информации сигналов «предаварии» со второго выхода схемы опроса осуществляют построение карты Хотеллинга — статистического диапазона выходов контролируемых параметров за пределы доверительных интервалов, как результат мониторинга изменения среднего уровня многопараметрического процесса.
После поступления информационных сообщений (сигналов) от каждого из датчиков блока датчиков 2 в цифровой форме на соответствующие регистры записи знаков 5.1], данные сигналы синхронизируются через синхронизирующие выходы с весовыми коэффициентами эталонных сигналов схем установки весовых коэффициентов 5.2], формируя в схемах весовых множителей 5.3] совместно с сигналами «предаварии», поступающими на первые входы регистров, матрицыg1...gmтехнического состояния размерностью Нх^диапазона достоверности и, своевременно корректируя его границы.
После каждого отсчета измеряемого сигнала результат в виде логической «единицы» записывается в (аЬ)-ю ячейку памяти регистра записи знаков 5.1], которая соответствует а-му и Ь-му уровням сигнала на выходе блока обработки сигнала 4 (а-я строка и Ь-й столбец условной матрицы).
На этапе идентификации сигналы с выходов схемы весовых множителей 5.3.j поступают на вторые информационные входы реверсивных регистров 5.4.5./ и информационный вход вычислителя 5.4.2 модуля идентификации технического состояния 5.4.
Если со всех схем весовых множителей 5.3./ поступают сигналы, характеризующие нормальную работу элементов радиоэлектронной системы, то с целью уменьшения избыточности измерительной информации модуля идентификации технического состояния 5.4 с выхода вычислителя 5.4.2, через первые информационные выходы блока принятия решения
5, сигнал поступает на первые информационные входы контроллера 6.3 блока управления
6, который через первые управляющие выходы отключает датчики блока датчиков 2, осуществляющие подачу «избыточной» информации.
Для обратного подключения необходимых датчиков блока датчиков 2 с управляющего выхода контроллера 6.3 блока управления 6, поступает сигнал на управляющий вход генератора стробирующих импульсов 5.4.1 блока принятия решения 5, который подает сигнал на вычислитель 5.4.2, о принятии необходимого решения по подключению датчиков.
Для поэлементного сравнения полученной на этапе анализа матрицы технического состояния с «рабочим профилем» и последующей идентификации технического состояния элементов радиоэлектронного оборудования по наибольшему числу совпадений элементов сравниваемых матриц сигналы с выходов схем весовых множителей 5.3.j поступают на вторые информационные входы реверсивных регистров 5.4.5 .j.
Сигналы проходят через реверсивные регистры 5.4.5.j на схему опроса 5.4.6 в тот момент, когда на третьи входы реверсивных регистров будет подан сигнал с компаратора 5.4.3 «авария» или «норма».
С третьего информационного выхода модуля идентификации технического состояния 5.4 сигнал поступает на схему весового мажоритарного сложения знаков 5.5.
В схеме весового мажоритарного сложения знаков 5.5, с целью сокращения вычислительных операций для принятия решения о полученной измерительной информации, используют позначное весовое мажоритарное сложение rn сигналов измерительной инфор-
мации, поступивших с весовыми коэффициентами оту типов датчиков, заключающееся в вычислении значения сумм по формуле.
я(гх) [я^) я(гп) ]
X К. (г ) = тах ), (г ) ,
1=1 [ 1=1 1=1 ]
При этом результирующие сигналы аварии (о неисправности объекта контроля) по численным значениям принятых сигналов аварии г1, г2, ..., гп принадлежат алфавиту из 0 разрешенных знаков (в пределах допусков). Тогда, значение гх, соответствующее первой сумме вариационного ряда является оптимальным решением о поступившем сигнале неисправности при использовании критерия максимального правдоподобия.
я( 1)
Вычисление значения сумм ^ К- (г1),
}=1
я (гп )
^ К - (гп) осуществляется с использованием
]=1
(©-1)(1 - рош)
формулы К} = 1п----, гдерош;. - ве-
Ртр у
роятность поступления «ошибочного» сигнала аварии;р ■ —вероятность поступления сигнала о техническом состоянии объекта контроля, находящегося в пределах допусков.
Этапы осуществления оценки радиоэлектронной системы представлены в вероятностном графе состояния системы (см. рис. 3), где Р1 = 1 — Р2 — априорная вероятность отсутствия аварийной ситуации;
Р2 — априорная вероятность появления аварийной ситуации;
а — ложный отказ (ошибка первого рода);
Р — необнаруженный отказ (ошибка второго рода);
И — нормальная работа;
А — авария (отказ);
0 — этап обнаружения отказа;
Р — этап распознавания отказа;
к = 1, 2, ..., К — уровни радиоэлектронного оборудования.
При этом классы технического состояния обозначены 1,2,..., 51; 61; где:
1 = Р2р0рр ...Рк;
2 — Рха0 ^ р к ?
3 = р2р0 Рр ...Рк;
5 = Р2Р0; 6 = Рха0; 51=р2РОРР ;
6Х = Рха0 а Р.
Распознавание классов технического состояния элементов РЭО осуществляют согласно алгоритму (см. рис. 8), включающему этап обнаружения отказа РЭО, этап идентификации ошибок контроля (на каждом из к уровней РЭО) и этап распознавания класса технического состояния РЭО.
В нем в качестве исходных данных используются:
1) пороговое значение обобщенного показателя технического состояния радиоэлектронного оборудования а0;
2) пороговые значения на параметры х^ ,
9 К
у0, ..., у0 элементов радиоэлектронного оборудования, используемых на различных (локальный, региональный, глобальный к-х, к = 1, 2, ..., К) уровнях её функционирования;
3) измеренные значения обобщенного показателя состояния радиоэлектронного оборудования;
4) измеренные значения параметров технических устройств на каждом к-м уровне разукрупнения РЭО (локальном, региональном, глобальном).
На этапе обнаружения отказа осуществляется контроль комплексного показателя радиоэлектронного оборудования Л(а) и сравнение с заданным в исходных данных пороговым значением параметра а0. При выполнении заданного условия (например, Л(а) >а0) формируется сигнал о нормальном функционировании радиоэлектронного оборудования.
При невыполнении заданного условия (выходе значения обобщенного (комплексного) показателя за пределы допуска) осуществляется измерение./ значений показателей технического состояния (параметров), гдеу = 1, 2, ...,/, на локальном уровне радиоэлектронного оборудования, которые на следующем этапе сравнивают с пороговыми значениями Л(а) > а0 для идентификации места отказа.
По результатам сравнения определяется нормальное состояние радиоэлектронного оборудования (Ж) с вероятностью Р1 = Р(Щ либо его аномальное состояние (N) с вероятностью
Р2 = 1 — Р1 = Р( N). Причем идентификацию места отказа на первом (1) (локальном) уровне радиоэлектронного оборудования осуществляют с учетом ошибок первого (а!) и второго (Р:) рода, которые соответствуют вероятности «ложной тревоги» и, «пропуску нарушения». Данные вероятности называют соответственно риском заказчика и риском потребителя.
Физический смысл ошибок первого и второго рода заключается в том, что вероятность «ложной тревоги» равна величине наступления события, когда система контроля правильно зафиксировала нормальное (Ж) техническое состояние РЭО (с вероятностью Р1), однако ошибочно классифицировано состояние аварии (А), и, в свою очередь, вероятность «пропуску нарушения» равна величине наступления события, когда система контроля правильно зафиксировала аномальное техническое состояние (N) радиоэлектронного оборудования (с вероятностью Р2), но при этом в результате идентификации отказа классифицировано отсутствие аварии — (А).
Аналогично происходит выявление нарушения работоспособности РЭО (ее аварийного состояния — А) и на последующих к = 1, 2, ..., К контурах контроля и управления РЭО (на втором (2) (региональном) уровне — А^, вплоть до глобального — ^к). Переход на следующий уровень идентификации отказа осуществляется при выполнении условия, что на предыдущем уровне было обнаружено аварийное состояние (А) и измеренные значения параметров данного уровня вышли за пределы установленных (заданных) допусков.
Так при обнаружении аномального состояния РЭО N на локальном уровне осуществляется измерение значения параметров регионального уровня и сравнение их с заданными пороговыми значениями Л(а) >а0. При этом ошибки первого и второго рода имеют место быть на каждом уровне многоуровневой РЭО: а2ир2; а3иР3; ...; акиРк-
На завершающем этапе распознавания класса технического состояния РЭО в результате работы системы контроля на К уровнях разукрупнения РЭО выявляются финальные вероятности состояния РЭС, показанные на рис. Зи4и описанные выше.
Причем классы технического состояния «1», «2», «3», «4» многоуровневого оборудования
РЭС относятся к завершающему этапу контроля, а классы «5!», «б!» — присутствуют на каждом из X уровней.
Выводы
Для подтверждения возможности достижения указанного технического результата было проведено математическое моделирование, показавшее высокую эффективность заявленного способа многоуровневого комплексного контроля технического состояния РЭО и устройства его реализующего.
Достоверность результатов контроля (оценки и идентификации) технического состояния элементов РЭО в предложенных технических решениях значительно выше, чем при осуществлении аналогичного контроля объек-тавпрототипах [3, 6, 9].
С учетом получения измерительной информации от нескольких датчиков, где число источников не меньше 2-х, можно сделать вывод, что достоверность получения информации о техническом состоянии объекта контроля предложенных технических решений выше, чем у прототипа Б2, причем
>> Б2.
Таким образом, предложенные способ многоуровневого комплексного контроля технического состояния радиоэлектронного оборудования, устройство для его осуществления и блок принятия решения обладают существенным положительным эффектом, заключающимся в повышении достоверности результатов идентификации технического состояния радиоэлектронного оборудования и расширении области применения технических средств контроля и диагностики.
ЛИТЕРАТУРА
1. Жердев Н. К., Креденцер Б. П., Белоконь Р. Н.
Контроль устройств на интегральных схемах. — Киев: Техника, 1986. - С. 87.
2. Марков А. А. и др. Способ неразрушающего контроля изделий. Патент РФ № 2184373. Опубл. 27.06.2002. Бюл. № 18.
3 . Буцко П.А., Винограденко А. М., Дорошенко Г. П. и др. Способ распределенного контроля и адаптивного управления многоуровневой системой. Патент РФ № 2450335. Опубл. 10.05.2012. Бюл. № 13.
4. Сукиязов А. Г. и др. Устройство бесконтактного определения технического состояния тиристоров источника питания. Патент Ки № 2185632, 20.07.2002, бюл. № 20.
5. Сукиязов А. Г. и др. Устройство бесконтактного мониторинга полупроводниковых элементов однофазных и трёхфазных мостовых выпрямителей. Патент на полезную модель № 66820. Опубл. 20.09.2007. Бюл. № 27.
6. Буцко П. а., Винограденко А. М., Литвинова. В.
и др. Способ и устройство автоматизированного контроля технического состояния электрооборудования. Патент РФ № 2548602. Опубл. 20.04.2015. Бюл. № 11.
7. Фомин Л. А., Буцко П. А. Эффективность и качество инфокоммуникационных систем. Методы оптимизации. — Москва: Физматлит, 2008. С. 146—157.
8. Николашин Ю. Л., Буцко П.А., Жуков Г.А.
Нейрокомпьютерный подход к решению задачи оптимизации приема информации в канале с переменными параметрами //Нейрокомпьютеры: разработка, применение,— 2016,— № 1. С. 49-58.
9. Буцко П.А., Винограденко A.M., Жуков Г.А., Литвинов А. И. Комплексное использование разнородных каналов связи для управления робототехниче-скими комплексами на базе единой системы радиомониторинга // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. — 2017. — Т. 9, № 1. — С. 18-41.
