Основы диагностирования автоматизированных и радиоэлектронных систем

Основы диагностирования автоматизированных и радиоэлектронных систем Понятие о контрольных точках объектов диагностики Это ответы на тестовые или на рабочие воздействия, которые снимаются как с основных выходов объекта, так и с дополнительных, организованных специально для целей диагностирования Особенности диагностирования объектов, использующих непрерывные сигналы Используются допусковые методы контроля: • если результат контроля в точке измерений не вышел за пределы допуска, то он кодируется значением « 1», • иначе представляется значением «0». Следовательно, при использовании допусковых методов контроля можно применять различные логические методы. Метод половинного разбиения Этот метод часто используется в аппаратуре с последовательно соединенными элементами. Принятые допущения: 1. Диагностируемая аппаратура, состоящая из N последовательно соединенных функциональных элементов, неработоспособна из-за отказа i-го элемента (i = 1,2, …, N). 2. Вероятности состояний P(Si), т.е. вероятности появления отказа одинаковы (P(Si) =1/N). 3. Стоимости контроля выходных параметров С(zi) также одинаковы, Zi -измеряемый выходной параметр i-го элемента (i = 1,2, …, N). Определение 1-го измеряемого параметра Первым следует контролировать параметр, несущий максимум информации о состоянии диагностируемой аппаратуры, неопределенность состояния которой до контроля оценивается величиной энтропии: Контролируется такой параметр zк, который разбивает объект диагностики пополам, т.е. H(zк) = H0/2 при положительном и отрицательном результатах контроля Пример 1 Функциональная схема устройства z5 8 1 z6 z4 3 z8 1 1 1 1 1 z2 z1 z3 4 1 1 6 7 5 2 Рис. 6.3. Схема поиска неисправностей в устройстве Способ время -вероятность Этот способ находит применение для аппаратуры, в которой функциональные элементы соединены произвольно и имеют разные вероятности P(Si) состояний и различные стоимости проведения контроля C(zi). Эффективность способа оценивается средним временем поиска неисправного элемента или средним временем контроля одного параметра. Пример Функциональная схема устройства Последовательность контроля параметров устанавливается в порядке уменьшения величин: Пример использования для рассматриваемой модели Вероятности появления состояний отказа компонентов : P(S1) = 0.1; P(S2) = 0.25; P(S3) = 0.05; P(S4) = 0.08; P(S5) = 0.1; P(S6) = 0.15; P(S7) = 0.17; P(S8) = 0.1. Условное время измерения параметров: t1 = t4 = 2 мин; t2 = t6 = t8 = 0.5 мин; t3 = t5 = t7 = 1 мин. Решение Рассчитываются отношения: P(S1)/ t1 = 0.1/2= 0.05 P(S2)/ t2 = 0.25/0,5= 0.5 P(S3)/ t3 = 0.05/1=0.05; P(S4)/ t4 = 0.08/2 = 0.04; z2  z6  z8  z7  z5  z1  z3  z4. Среднее время поиска неисправности Tср = 8𝑖=1 𝑃(𝑆𝑖 )𝑡𝑐ум𝑖 (i≠ 7), поскольку при любой неисправности z7 = 0. С учетом последовательности измерений, получим: Tср = P(S2) t2 + P (S6)(t2+ t6) + P(S8)( t2+ t6+ t8) + P(S5) (t2+ t6+ t8+ t5) + P(S1) (t2+ t6+ t8+ t5 + t1) + P(S3) (t2+ t6+ t8+ t5 + t1+ t3) + P(S4) (t2+ t6+ t8+ t5 + t1+ t3+ t4) = 2 мин. 1 1 Z2 2 3 Z8 Z6 1 8 1 5 7 Z5 Z5 4 Z1 1 6 1 1 6 Z3 2 7 Z4 3 4 1 5 Инженерный способ поиска неисправности Основан на вычислении некоторых функций предпочтения. Исходными данными являются: • функциональная модель диагностируемого объекта ; • матрица состояний объекта, которая часто называется таблицей неисправностей. Выбор функции предпочтения Функция предпочтения выбирается в соответствии с решаемой задачей диагностики и исходными данными. Рассматриваются три случая определения параметров: • для оценки работоспособности; • для поиска неисправностей; • для оценки работоспособности и поиска неисправностей. Последовательность контролируемых параметров выбирается по экстремальным значениям функции предпочтения Функция предпочтения при оценке работоспособности объекта Если вероятности отказов элементов объекта одинаковы, то, чем больше нулей в i -строке имеют элементы Sij матрицы состояний, тем большую информацию несет данный параметр о состоянии работоспособности объекта. где W1 (Zi) - функция предпочтения при проверке работоспособности, Zi – контролируемый параметр; S0(ij)=1, если состояние ij-го матричного элемента нулевое; S0(ij)=0, если состояние ij-го матричного элемента единичное. Другие функции предпочтения при проверке работоспособности • Если для диагностируемого объекта известны вероятности состояний P(Si), то функция предпочтения имеет вид: W2 = 𝒎𝒂𝒙𝒊∈𝑵 W2(zi); W2(zi) = 𝑵 𝒋=𝟏 𝑷(𝑺𝒋 )𝑺𝟎 (ij). Если для диагностируемого объекта известны вероятности состояний P(Si) и стоимости контроля параметров C(zi), то функция предпочтения: W3 = 𝒎𝒂𝒙𝒊∈𝑵 W3 (zi); W3(zi) = ( 𝑵 𝒋=𝟏 𝑷(𝑺𝒋 )𝑺𝟎 (ij) )/C (zi). Пример 2 Выбираем, какие параметры нужно контролировать для определения работоспособности. Использование функции предпочтения W1 z/S S1 S2 S3 S4 S5 S6 W1 z1 z2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 z3 z4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 4 5 2 z5 z6 По максимальному значению функции W1 выбираем для контроля параметр z5. В результате контроля z5 матрица неисправностей делится на две части: в одну часть входит функциональный элемент 3, для которого результат контроля положителен; в другую часть входят функциональные элементы 1, 2, 4, 5 и 6, для которых результат контроля отрицателен, что означает неисправность одного из этих элементов. Таким образом, для оценки работоспособности объекта необходимо контролировать параметры z5, z3. Функции предпочтения при поиске неисправности объекта При равенстве вероятностей отказов элементов максимальное количество информации дает контроль того параметра, который делит все возможные состояния на две равные части. Функция предпочтения имеет вид: Функция предпочтения W4 (Zi) определяет для измерения тот параметр, для которого разница между количеством «1» и « 0» в матрице состояний минимальна. Если заданы вероятности состояний P(Si) , то функция предпочтений : Если заданы вероятности состояний P(Si) и стоимости измерений C(zi) , то функция предпочтений: Пример 4 Для устройства , представленного на рисунке, построим таблицу неисправностей и определим порядок измерений, предполагая, что вероятности отказов элементов одинаковы. Будем использовать функцию предпочтений W4 Таблица неисправностей Таблица Пр.4 z/S Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 S1 S2 1 S3 1 1 S4 1 1 1 S5 1 1 1 1 S6 1 1 1 1 S7 1 1 1 1 S8 1 W4 6 2 2 1 1 1 4 6 8 1 1 1 1 1 1 1 6 Выбираем для измерений поскольку W4 (Z3) = 0. параметр Z3, В результате контроля параметра z3 таблица Пр4 делится на две части: в первую часть входят функциональные элементы 4, 5, 6 и 7, для которых результат контроля z3 положителен,. Таблица Пр.4.1. Параметр Z3=1 Si zi S4 S5 S6 S7 z4 z5 z6 z7 1 1 1 1 1 1 W 4 2 2 4 По минимуму W4 выбираем для контроля параметр z5 В результате контроля параметра z5 таблица Пр.4.1 разбивается на две части: в одну часть входят элементы 6 и 7 (таблица Пр.4.2.), для которых результат контроля положителен, а в другую часть – элементы 4 и 5, для которых результат контроля z5 отрицателен Таблица Пр.4.2 Окончание поиска неисправности для ситуации z3 =1, z5=1 Z/S S6 S7 W4 Z6 1 Z7 2 По минимальному значению функции W4 в таблице Пр.4.2 выбираем для контроля параметр z6, который однозначно определяет неисправности: если z6 = 1, то неисправен элемент 7, а если z6 = 0, то неисправен элемент 6. Таблица Пр.4.3 Окончание поиска неисправности для ситуации z3 =1, z5=0 Z/S S4 S5 W4 Z4 1 Z5 2 По минимальному значению функции W4 в таблице Пр.4.3 выбираем для контроля параметр Z4, который однозначно определяет неисправности: если Z4= 1, то неисправен элемент 5, а если = 0, то неисправен элемент 4. Продолжим поиск неисправности для случая, когда параметр z3 равен «0». , таблица Пр. 4.4 Таблица Пр.4.4. Z3=0 zi z1 z2 z3 z8 Si S1 1 S2 1 1 S3 1 1 1 S8 1 W4 2 2 4 2 Поскольку W4 (z) в таблице Пр.4.4 имеют одинаковые значения параметры Z1, Z2 , Z8, выбираем для контроля любой из них например, параметр Z1. При измерении Z1 матрица делится на 2 части. Если Z1 =0, то отказал 1 элемент, а если Z1 = 1, продолжим измерения ( см. табл. Пр.4.5) Таблица Пр.4.5. Z3=0, Z1=1. zi Si W4 S2 S3 S8 z2 1 1 z3 3 z8 1 1 1 Поскольку W4 (z) в таблице Пр.4.5 имеют одинаковые значения параметры Z2 , Z8, выбираем для контроля любой из них например, параметр Z2. Если Z2 =0, продолжаем измерения ( см. табл. Пр.4.6), если Z2 =1, отказал элемент 3 Таблица Пр.4.6. J Z3=0, Z1=1, Z2=0 Si zi W4 S2 S8 z2 2 z8 1 W4 (z8) =0, Выбираем для контроля параметр Z8. Если Z8=0, отказал 8 элемент, если Z8=1, отказал 2 элемент Схема поиска неисправности P(S1) = 0.1; P(S2) = 0.25; P(S3) = 0.05; P(S4) = 0.08; P(S5) = 0.1; P(S6) = 0.15; P(S7) = 0.17; P(S8) = 0.1. Матрица состояний и функция W5 Z1 P(S1) 0.1 P(S2) 0.25 1 P(S3) 0.05 1 P(S4) =0.08 1 P(S5) 0.1 1 P(S6) 0.15 1 P(S7) 0.17 1 P(S8) W5 0.1 1 0.8 Z2 1 1 1 1 1 0.1 Z3 1 1 1 1 Z4 1 1 1 0.16 Z5 1 1 0.36 Z6 1 0.66 Z7 1 Z8 1 1 1 1 1 1 1 0.8 Продолжение поиска неисправностей , если Z3=1 Zi z4 z5 z6 z7 P(S4) 0.08 P(S5) 0.1 1 P(S6) 0.15 1 1 P(S7) 0.17 1 1 1 W5 (zi) 0.34 0.14 0.16 0.5 Окончание поиска неисправностей, если z3 =1, z5 =1 P(S6) 0.15 P(S7) 0.17 Zi z6 z7 1 W5 (zi) 0.02 0.32 Окончание поиска неисправностей, если z3 =1, z5 =0 Zi z4 z5 P(S4) 0.08 P(S5) 0.1 1 W5 (zi) 0.02 0.18 z3 1 z5 1 Z1 1 Z8 1 Z2 z4 z6 1 1 7 6 5 4 1 8 1 3 2