CC BY
32
УДК 007.52; 681.518
В.С. Дрогайцев, В.А. Ушаков, Р.Е. Куликов
СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ
Рассматриваются средства обеспечения эксплуатации электротехнических комплексов по техническому состоянию в процессе исполнения ими заданных функций в условиях влияния внешней среды. Предложены критерии для оценивания работоспособных состояний и обнаружения предотказных ситуаций комплексов, позволяющие представить аналоговые выходные параметры бинарными сигналами. Основой интеллектуальной системы диагностирования источников генерации предотказных состояний комплексов является база данных и знаний.
Техническое диагностирование, интеллектуальная система, базы данных и знаний, предотказное состояние, электротехнический комплекс, выходной параметр, модель диагностирования
V.S. Drogaytsev, V.A. Ushakov, R.E. Kulikov
ENSURING OPERATION OF ELECTROTECHNICAL COMPLEXES ACCORDING TO TECHNICAL CONDITIONS
The paper considers means for ensuring operation of electrotechnical complexes in accordance with technical conditions under the impact of external environment. The proposed criteria can be utilized to estimate efficient conditions and detect pre-failure situations for the complexes which allow simulation analog output parameters by means of the binary signals. The basis of the intelligent system which helps diagnose sources for generating pre-failure conditions of complexes is formed by the database and competence.
Technical diagnosis, intelligent system, database and knowledge base, pre-failure condition, electrotechnical complex, output parameter, diagnosis model
На стадии применения по назначению сложных электротехнических комплексов существует потребность эксплуатации комплексов по техническому состоянию, позволяющей повышать эффективность их применения, направленно регламентировать профилактические и восстановительные виды работ и сокращать эксплуатационные затраты.
В рассматриваемой постановке методика обеспечения эксплуатации электротехнических комплексов по техническому состоянию базируется на основе упреждающего обнаружения, технического диагностирования предотказных состояний комплексов и своевременного формирования управляющих решений по нейтрализации источников генерации предотказных состояний в результате логического анализа средствами информационно-измерительных систем динамики изменения в предыстории числовых значений выходных параметров комплексов в пределах их допусковых ограничений, характеризующих деградацию выходных параметров.
Технология методики обеспечения эксплуатации электротехнических комплексов по техническому состоянию включает решение совокупности взаимосвязанных задач: оценивание работоспособных состояний комплексов; обнаружение и техническое диагностирование источников генерации предотказных состояний в их поведении; синтез аппаратных средств информационно-измерительных и управляющих систем, встраиваемых в структуру комплексов; формирование управляющих решений по нейтрализации источников генерации предотказных состояний комплексов. При этом предполагаются известными перечень факторов внешней среды, допусковые ограничения на выходные параметры комплексов и вход-выходные функциональные зависимости.
В заданных условиях внешней среды и режимах функционирования комплексов средствами информационно-измерительных систем регистрируются функциональные зависимости вида
Y(t) = Yi(t),fi{u(t),w(t),R(t),s(t)), (1)
где U, Y,W,R - векторы управляющих сигналов, выходных параметров, факторов внешней среды, режимов функционирования комплексов; S - перечень предотказных состояний комплексов; t - время.
Оценивание работоспособных состояний и обнаружение предотказных ситуаций комплексов средствами числовых значений выходных параметров, а также представление аналоговых выходных параметров бинарными сигналами осуществляются применением критериев вида:
— при двухстороннем допусковом ограничении 1-го выходного параметра электротехнического комплекса
'У+ —V. У — У(-\ \
1 } тп у 1 1 и 1 1 и 1 I 1
К
а+(-) ч
1, при
0, при
У — V.
. 1; тах 1; н
У + — У
1; тах 1; н
У — У
. 1; тах 1; н
(
(
У — У ■ I
'1н '; т;п I
;т;п * /2 - . + (-)
у —9(-)\
'1н 1; тт * ,2 0 . + (-)
У — У . 1'2-Р1 '
';н '; тт I
(2)
где У; - измеренные числовые значения выходного параметра; У; н - номинальные значения выходного параметра; У; т23, У\ тщ - допусковые ограничения числового значения выходного параметра; (3; -пороговое ограничение уровня деградации выходного параметра в пределах допусковой зоны; 7 -элемент модели диагностирования источников генерации предотказных состояний; {} - перечень критичных факторов внешней среды к состояниям электротехнического комплекса; {Я:} - перечень режимов функционирования соответствующего комплекса; «+(—)» - обозначает двухстороннее до-пусковое ограничение /-го выходного параметра; «+», «(—)» - обозначают максимальное и минимальное допусковые ограничения /-го выходного параметра соответственно.
— при максимальном допусковом ограничении выходного параметра комплекса
К+,{шд},{я1} - \\а+\\ -
1, при
0, при
— при минимальном допусковом ограничении выходного па аметра комплекса
К(-)
К;,{Шд\{я1}
а(-) а;}
(3)
(4)
УЩшд},т - У;(А)'П (и(Ё).^(ь),я(р),Б(ь))
> — var,
(5)
В качестве исходной информации решения проблемных задач, связанных с оцениванием работоспособных состояний электротехнических комплексов, обнаружением и диагностированием источников генерации предотказных ситуаций используются результаты моделирования состояний комплексов в условиях имитации критичных режимов их функционирования, имитации факторов внешней среды и заданного перечня предотказных ситуаций согласно зависимости вида [1]:
и(д)
Я(р) ВД )
где А, д, 1г,р - векторы признаков переменных; Б(Ь) - перечень предотказных состояний комплекса.
В процессе моделирования состояний электротехнических комплексов в результате анализа обучающих выборок агрегируются информационно-значимые вход-выходные функциональные зависимости, обладающие обнаруживающими и разделительными свойствами, и выявляются причинно-следственные связи между состояниями выхода и режимами функционирования комплексов, показателями внешней среды и заданным перечнем источников генерации предотказных ситуаций, составляющих информационную основу методов решения проблемных задач обнаружения и диагностирования предотказных ситуаций.
Поскольку решаемые проблемные задачи описываются большими объемами разнородной по природе информации, метод решения проблемной задачи диагностирования источников генерации предотказных состояний в данной постановке поддерживается средствами интеллектуальной системы, база данных и знаний которой определяется условиями вида
Зиг(д).....ип(д); Уг(А).....Ут(А); Ш^К).....ШГ(К); Яг(р).....Яа(р);
Кт.....К:;Дт.....Д$ ^ (следует) Н = {^(А), Д (ВД, Ш(П), Д(#,5(0) ^ ...
... С !}(А), Д (У(д), ^(Л), Д(р),5(С)) С ... (6)
■■■ С /$ (у(д),^(Л),д(р),5(с))} = (^¡>|{Кг},{д.},
где V, 3 - кванторы «для всех», «существует», отражающие перевод данных в знания [2, 3]; Н - логическая организация переменных диагностирования заданного перечня источников генерации предотказных состояний электротехнических комплексов; = 1,2,... - перечень диагностируемых предотказных
состояний комплекса; {Кг} - перечень критериев оценивания работоспособных состояний и обнаружения предотказных ситуаций комплекса; {Д-} - перечень допусковых ограничений выходных параметров комплекса.
Технология построения исходной структуры модели диагностирования источников генерации предотказных состояний электротехнических комплексов, представленной в виде матрицы (рис. 1), определяется содержанием причинно-следственных связей между переменными, полученных в результате моделирования состояний комплексов в условиях имитации режимов их функционирования, состояний внешней среды ^(£) и имитации предотказных состояний в поведении комплексов, где I = 1, п - число предотказных состояний; у = 1 , т - число выходных параметров соответствующего комплекса; Ь - критерий оценивания информационной значимости вход-выходных функциональных зависимостей; а, Ь, с -численные значения, определенные использованием приведенного критерия Ь; 8(Я) - зависимость перечня предотказных состояний от режимов функционирования комплексов; и^У^и^^^иг^г - последовательности управляющих сигналов в определенных контрольных точках съема диагностической информации.
Преобразование исходной структуры модели диагностирования (рисунок) к конечному (инженерному) варианту состоит в пошаговом определении по критерию (7) информационно-значимых вход-выходных функциональных зависимостей, состав которых является достаточным для оценивания работоспособных состояний и диагностирования заданного перечня источников генерации предотказных состояний соответствующего электротехнического комплекса.
Структура модели диагностирования источников генерации предотказных состояний электротехнического комплекса
Критерий оценивания информационно-значимых вход-выходных функциональных зависимостей характеризуется зависимостью вида [4]:
п т
п т * п§ц я)
п/.л , • п ,,
о- = тах---(-)-, (7)
Л)0) + Л-
где п^О?) г^Пф-) г 9 - число необнаруживаемых (а^ = 0), обнаруживаемых (а^- = 1) предотказных состояний соответственно по результатам оценивания числовых значений у-го выходного параметра;
- число необнаруженных предотказных состояний у-м параметром с учетом параметров, включенных в перечень информативных на предыдущих шагах преобразования модели диагностирования;
hj - наибольшее число обнаруженных (не обнаруженных) предотказных состояний j-м параметром в группе на текущем шаге преобразования модели; 1 = 1, п - число предотказных состояний; g = 1 , m - число групп диагностируемых предотказных состояний на шагах преобразования исходной структуры модели диагностирования.
Конечный вариант модели диагностирования определяет ограниченные составы вход-выходных функциональных зависимостей, режимов функционирования и факторов внешней среды, обладающих разделительными свойствами в плане технического диагностирования заданного перечня источников генерации предотказных состояний соответствующего электротехнического комплекса, что позволяет направлено обеспечивать требуемый уровень достоверности результатов диагностирования источников генерации предотказных состояний электротехнических комплексов и сокращать временной цикл их испытания.
На основе анализа результатов диагностирования источников генерации предотказных состояний эксплуатация электротехнических комплексов по техническому состоянию осуществляется в результате упреждающего парирования источников генерации предотказных состояний путем своевременного устранения причин предотказных состояний, реконфигурации структуры электротехнических комплексов и рационального использования дублирующих средств.
В рассматриваемой постановке предполагается, что при наличии результатов обнаружения и технического диагностирования источников генерации предотказных состояний электротехнических комплексов управляющие решения по реализации мер поддержания работоспособных состояний комплексов формируются экспертами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ушаков В. А. Интегрированная нейросетевая система ситуационного управления процессами обеспечения технических характеристик динамических объектов. Ч. 1. Формальный подход к построению интеллектуальных систем / В.А. Ушаков, Г.С. Говоренко, В.С. Дрогайцев // Мехатроника, автоматизация, управление. 2006. № 7. С. 14-19.
2. Васильев С.Н. Анализ координатных и других преобразований моделей динамических систем методом редукции / С. Н. Васильев, Р. И. Козлов, С. А. Ульянов // Труды Института математики и механики УрО РАН. 2009. Т. 15. № 3. С. 38-55.
3. Аншаков О. М. ДСМ-метод и модификационные исчисления / О. М. Аншаков // Искусственный интеллект и принятие решений. 2008. № 1. С. 55-79.
4. Системный подход к ситуационному управлению отказоустойчивостью технических объектов в условиях нештатных ситуаций / В.А. Ушаков, Г.С. Говоренко, В.С. Дрогайцев, С.В. Козлов // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2007. № 3. С. 20-27.
Дрогайцев Валентин Серафимович - Valentin S. Drogaytsev -
доктор технических наук, профессор кафедры Dr. Sc., Professor
«Автоматизация, управление, мехатроника» Department of Automation, Management
Саратовского государственного технического and Mechatronics,
университета имени Гагарина Ю.А. Yuri Gagarin Saratov State Technical University
Ушаков Виталий Алексеевич - Vitaliy A. Ushakov -
кандидат технических наук, генеральный Ph. D., Director General
директор ОАО «КБ Электроприбор», Саратов OAO KB Electropribor, Saratov
Куликов Роман Евгеньевич - Roman E. Kulikov -
аспирант кафедры «Автоматизация, управление, Postgraduate
мехатроника» Саратовского государственного Department of Automation, Management and
технического университета имени Гагарина Ю.А. Mechatronics,
Yuri Gagarin Saratov State Technical University
Статья поступила в редакцию 15.03.14, принята к опубликованию 16.06.14
