автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Метод оценивания параметров работоспособности в автоматизированной системе диагностирования непрерывных многорежимных объектов

<

Ленинградский ордена Ленина я ордена Октябрьской Революции электротехнический институт иызнн В.И.Ульянова(Ленина)

На правах рукописи

ВОЗНИК Владимир Сергеевич

УДК 681.518.54

МЕТОД ОЦЕНИВАНИЯ ПАРАЖГРШ авотосносовности В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ НЕЛРЕРШНЫХ МНОГОРШМНЫХ ОБЪЕКТОВ

Специальность: 0^.13.06 - Автоматизированные системы

управления

Автореферат .диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград - 1990

Работа выполнена в Ленинградском ордена Ленина и ордена Октябрьской Эволюции электротехническом институте имени В.И.Ульянова (Ленина).

Научный руководитель -доктор технических наук профессор Мозгалевский A.B.

Официальные оппоненты: доктор технических наук професоор Глазунов Л.П. кандидат технических наук доцент Сергеев Э.В.

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский институт морского флота.

Защита состоится "¿3" ¡э-гг-рё-ф^ц 1990 г. в ¡4. часов на заседании специализированного совета К 063.36,03 Ленинградского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехнического института имени В.И.Ульянова(Ленина) по адоесу: 197022, Ленинград, ул.Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан /ЧА/ртм 1990 г..

Ученый секретарь специализированного совета

втузов О.И.

. ОВДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. На настоящем этапе развития многие объекты судовой техники достигли той степени конструктивного совершенства, ког-ца дальнейшее увеличение эффективности их использования становится возможным в основном.за счет совершенствования технического обслуживания.

На современных судах морского флота функции управления техническим обслуживанием и использованием оборудования выполняют автоматизированные системы управления технической эксплуатацией судна (АСУ Т&С)В настоящее время в составе АСУ ТоС наиболее интенсивно развиваются системы информационного обеспечения (СИО), входящие в контур.управления техническим состоянием (ТС), и предназначенные для решения задач получения, переработки, передачи и хранения информации о состоянии судового оборудования (СО), ото связано стедениец на морском флоте комплексной системы технического обслуживания и ремонта судов (РД 31.20.50-87), предусматривающей переход к обслуживанию и-ремонту по фактическому ТС и основанной на разработке и широком- внедрении на судах: методов и средств технической.диагностики.

В' связи с этим в состйве АСУ TLC 'стали появляться входящие в СИО автоматизированные системы диагностирования (АСД), выполняющие функции определения фактического ТС объектов и реализованные на, базе средств вычислительной техники. Доминирующей тенденцией в развитии судовых АСД является создание простых и надёжных b эксплуатации локальных систем, отличающихся незначительными вычислительными мощностями и решающих узкий круг, диагностических задач. В связи с .этим важной задачей является разработка методов обработки диагностической информации (ДИ)-в локальных АСД.

Значимость данной проблемы,возрастает при стохастическом характере, ДИ, что типично для задач определения ТС непрерывных многорежимных объектов диагностирования (НМОД) типа судовых'энергетических установок (СоУ), виброакустического состояния электромеханического оборудования, (электроприводов). Для решения подобных задач используются методы функционального диагностирования, рассмотренные в работах Р. Из ермана,. В.Н.Климова, Л.Ф.Пао, Л.Г.Соболева и предусматривающие, как правило^ оценивание параметров работоспособности ,(ПР), а именно степени работоспособности (CP) и интенсивности ее изменения. Однако существующие «етоды оценивания ПР НМОД при стохастичес-

кои характере ДИ стлнчавтся либо низкой достоверностью сценок, либо чрезмерной вычислительной сложностью, затрудняющей их реализацию в лекальных АСД н обеспечение требуемой достоверности диагностирования. Поэтому актуальной задачей является разработка характеризующихся высокой достоверностью и незначительной вычислительной словностьв методов оценивания ПР в АСД судовых НШД.

Цель диссертационной работы заключается в повышении достоверности функционального диагностирования судовых НМОД. В соответствии с указанной целью в работе поставлены и решены следующие задача.

1. Анализ достоверности существующих методов оценивания ПР при функциональном диагностировании НМОД с учетом их вычислительной слогностн.

2. Разработка иодели изменения ПР НМОД.

3. Разработка способов оценивания ПР в АСД восстанавливаемых и невосстанавливаемых НМОД.

4. Разработка прикладных програкм для создания диагностического обеспечения АСД НМОД.

5. Экспериментальное подтверждение полученных результатов в прс цессе функционального диагностирования СЭУ, а также путец имитационного моделирования.

Методы исследования. При решении перечисленных задач использс вались методы теории вероятностей и математической статистики, ко{ реляционного и спектрального анализа, ыногофакторного регрёссионнс го анализа, теории оптимальной и цифровой фильтрации» технической диагностики.

Новые научные результаты.

1. Модель изменения ПР НМОД, включающая модель изменения диаг-ностэдескнх показателей (Д11), регрессионную эталонную модель и интервальные спектральные модели реализаций ДП.

2. Способ оценивания ПР невосстинавлипаеыых НМОД, основанный да рекуррентной фильтрации с постоянной памятью, модель и структура реализующего способ фильтра,

3. Способ оценивания ПР восстанавливаемых НМОД, основанный на рекуррентной фильтрации с ограничиваемой в процессе диагностирования памятью, модель и структура реализующего способ фильтра.

4. Методика построения рекуррентных фильтров для оценивания ПР НМОД.

Практическая ценность. Полученные способы характеризуются высокой достоверностью оценок ПР и незначительной вычислительной сложностью. Реализация способов в локальных А.СД позволяет повысить достоверность функционального диагностирования (оценивания ПР) НМОД. На основании полученных способов разработанн: часть математического, алгоритмического и программного обеспечений АСД цилиндропоршне-вой группы (ЦПГ) С1У; микропроцессорное устройство, предназначенное для оценивания ПР невосстанавливаемых НМОД, новизна которого подт-вервдена положительным решением ВНИИ ГТЮ по заявке на изобретение. Предложенная методика позволяет строить соответствующие требованиям к методам оценивания ПР рекуррентные фильтры, ориентирована на реальный объем априорной информации и реализована в виде разработанного комплекса программ длл создания диагностического обеспечения АСД НМОД.

Реализация результатов исследования. Результаты диссертационной- работы Наили следующее практическое применение.

1. Способы оценивания Г1Р, методика построения рекуррентных фильтров, реализующий ее комплекс программ и диагностическое обеспечение АСД ЦПГ С1У 8KH70/I20E (модели рекуррентных фильтров, алгоритмы. оценивания ПР и реализующая их программа бшб ) - использованы в ЦНИИ морского флота при разработке диагностического обеспечения АСД главных судовых дизельных двигателей.

2. Методика построения рекуррентных фильтров для оценивания ПР использована в ЦНИИ судовой электротехники и технологии при решении задач оценивания параметров трендов }\il, характеризующих виброакустическое состояние корабельного электромеханического оборудования.

3. Модели рекуррентных фильтров для оценивания ПР, методика их построения и реализующий ее комплекс программ использованы на Ц/0 "Ижорский завод" при разработке диагностического обеспечения бортовой АСД электромеханического оборудования карьерного экскаватора.

Использование результатов диссертационной работы при разработке диагностического обеспечения проектируемых АСД позволит повысить достоверность функционального диагностирования, что подтверждено соответствующими документами.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: семинаре АН СССР по теории машин, и механизмов-"Динамические испытания и контроль механи-

ческих систем (Каунас, I98Ö); постоянном семинаре "Техническая диагностика и эффективность систем управления" при Ленинградском отделении научного совета по надежности АН СССР, (Ленинград, 1988); межвузовских совещаниях - семинарах "Методы и средства технической диагностики" (йгбачье, 1987,1989); семинаре "Диагностика, повышение эффективности и долговечности двигателей" (Ленинград-Пушкин,. 1987); Всесоюзной научно-технической конференции "Методы и средства диагностирования технических средств железнодорожного транспорта" (Омск, 1989); конференции "Повышение качества и надежности промышленных изделий" (Ленинград, 1989); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Л1ЛМ иц.В.И.Ульянова(Ленина) в 19371990 гг.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано. 9 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 132 наименований, приложений. Работа содержит 147 страниц основного текста, -26 рисунков, 12 таблиц. Приложения составляют 15 страниц текста, 54 рисунка.

KRITKDE СОДЕРЖАНИЕ RB0TU • . .

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной, работы, формулируются цель.и задачи исследования, приводятся полученные новые научные результаты и отмечается их практическая ценность, .раскрывается основное содержание работы.

Первая глава посвящена анализу проблемы обеспечения достоверности диагностирования в АСД НМОД, как подсистеме АСУ ТоС. В развитии АСУ TIC сформировалась тенденция к созданию СИО с распределенной структурой, основная часть вычислительных средств которых рассредоточена в виде локальных АСД. Задача разработки эффективных методов обработки ДИ в локальных АСД в диссертационной работы решается на примере дизельной Сс>У, относящейся к классу НМОД. и являющейся наиболее ответственным элементом СО, на долю которой приходится свыше 50-Щ5 эксплуатационных затрат по машинному отделению судна.

Для указанных НМОД характерны: длительные периоды и различные режимы использования; медленно развивающиеся деградационные процессы и наличие факторов технического обслуживания и использования, влияющих на их интенсивность; стохастический характер ДИ вследствие

наличия в ряде намеряемых, косвенных диагностических параметров (ВДП) шумов, обусловленных как физической сущностью протекающих процессов, так и возмущающими воздействиями.

Одной из причин недостаточной эффективности существующих методов оценивания ПР в ЛСД НМОД представляется отсутствие комплексных требований к ним, учитывающих сформировавшиеся тенденции в развитии АСУ ТХ, характерные особенности НМОД и специфику их диагностирования в условиях судна. 3 качестве таких требований в диссертационной работе приняты: функциональные требования (оценивание в реальном масштабе времени (Р№) параметров СР и интенсивности ее изменений, а также возможность контроля достоверности оценок); требования к качеству оценок (эффективность, несмещенность и минимальная вычислительная сложность).

Существующие методы оценивания ПР, как правило, сводятся к оцениванию ДП, являющихся результатами сравнения текущих значений ВДП с их эталонными значениями, соответствующими исправному объекту с максимальной СР и связанными с режимами его использования.При оценивании ДП имеют место погрешности вследствие стохастического характера ДИ, Поэтому задача' оценивания ПР'относится.к категории вероятностных и с целью, повышения достоверности сводится к выделению в ДП трендов,'обусловленных изменением ТС. Используемые при этом Методы не удовлетворяют в полной мере сформулированному комплексу требований, в частности, в отношении достоверности и вычислительной сложности. Окончательно не1решена проблема эффективного оценивания ПР при значительных величинах отношений интенсивностой шумов к диапазонам изменения трендов ДП, ограниченным условиями работоспособности.. Не нашли должной проработки вопросы обеспечения быстрой сходимости оценок ПР с учетом градации НМОД на восстанавливаемые И невосстанавлизаемые. Не сформировался единый подход к разработке моделей изменения ПР, позволяющих строить на их основе эффективные способы оценивания ПР. Все это позволило сформулировать совокупность задач исследования и конкретизировать подходы к их решению.

Вторая глава посвящена разработке модели изменения ПР (КИПР) НМОД, отражающей зависимость между ПР и совокупностью измеряемых в процессе, диагностирования режимных факторов (Р$) и ВДП. Полученная МИПР, в отличие от известных, включает модель изменения ДП (МИДП), эталонную модель СЭМ) и интервальные спектральные модели

реализаций ДП.

DM имеет вид известного в технической диагностике многофакторного регрессионного уравнения

S„(i)= 6о'+ I^JiUid.),

где 5^(1) - текущее значение эталонной составляющей НДП"; ^¡П) - текущее измерение j-го Pi. В работе, в отличие от традиционно применяемого метода прямой регрессии, для построения vM предложено . использовать метод включения факторов'многофакторного регрессионного анализа. 1то позволяет избежать неоправданного, с точки зрения повышения адекватности, усложнения модели в случае, когда минималь-• ная совокупность |llj ] не задана.

В качестве первого Pi, включаемого и Ул, принимается Uj с максимальным парным коэффициентом корреляции r$Uj . Все остальные RB совокупности j Uj ^ ранжируются по критерию убывания частного коэффициента корреляции (suj/i^-jup • Статистическая значимость L.M оценивается по р -критерию Фишера, квадрату.коэффициента множественной . корреляции R2 . Критерием для принятия решения о включении в оМ очередного Uj является выполнение условий

/V Л А.

F; >Fh А п; >яи.

где j- шаг итерации, соответствующий включению в ЭМ j-го Pit.

Полученная ШДП (первое и второе уравнения №ПР) отражает инвариантную к R6 зависимость между ДП и ПР, учитывающую наличие в ■ ДП шумов, не связанных с изменением ТС. При этом задача определения ПР сводится к оцениванию параметров трендов (ординат. Х('0 и скоростей x<xl(lv их изменения) нестационарных по математическому, ожида-' нию случайных процессов изменения ДП. Обоснована целесообразность, рекуррентной формы оценок ПР в.РМВ, что позволяет уменьшить требуемые объемы памяти АСД. Показано, что- в силу необратимости деграда-ционных процессов модели трендов ДП на шаге TJ, , в отличие от известных подходов, могут быть описаны детерминированными функциями с нестационариостями по параметрам, обусловленным!как естественным характером развития деградационного процесса, так и влияющим!на его интенсивность факторами технического обслуживания и использования. В-результате предложена нестационарная по параметру -j\ модель тренда ДП в пространстве ПР (первое уравнение МЩ1Р) -: ;

" 7 " JL Ta

да Х(П Гга) x((i)]r - сектор ПР; F=

О ^

- матрица дина-

ники. С учетом малых диапазонов изменения трендов, длительных жизненных циклов и медленно развиващихся деградационных процессов НМОД подобный подход позволяет при построении рекуррентных фильтров использовать "базовые" (наиболее вероятные) стационарные модели трен-цов ДП, являющиеся частным случаем приведенной нестационарной моде-пи при í¡.= const . Размерность вектора JC(U определяется числом оцениваемых по условию задачи параметров трендов.

ПР Xd) недоступны непосредственному измерению и связаны с ДП Yen вторым уравнением МИПР

Yen =ЫХ(1) +V(u,

где 11 Ol- Матрица наблюдения; У(1) - шумы ДП.

Установлено, что V(i) вследствие широкого спектра возмущающих боздействий представляют некоррелированные случайные последовательности с законами распределения, близкими к портальному к характеристиками

; mvfl)] = o и = 0

где ill*1 - символ математического ожидания; Q. . - неотрицательно определенная матрица интенсивности шумов V(i) ; бц] - символ Нро-некера. Y(l) вычисляются по pe3yJibTáTaM измерений ВДЗ и Uli")

Kf на основании третьего уравнения МИПР

Sai - Yai+BUu) ,

где В = t60 ...бр] - матрица параметров IM; U(L) = IL U/L)... ... upCLijT.

Обоснована целесообразность дополнительного описания вероятностной структуры процесса изменения ДП с помощью предложенных интервальных спектральных моделей его реализаций, отличающихся низкой чувствительностью к параметрическим базовым моделям трендов и имеющих вид . |м { f

{&,/*) di -j^GUf ^G^í^rif},

где -fj, . и -f- границы эффективных полос частот соответственно : интервальных спектральных плотностей ({) и Gw. ff) , характе»

- а -

ризувщкх распределение энергий тренда Х(1) и щуг:ов V(il j-ro кв зистационарного интервала длительностью Tj реализаций "fH -частота Найквиста; /V - число интервалов.

Установлено теоретически н экспериментально разделение Ьхх. Ш и G^ (Л в частотной области. В результате, в отличие от известных подходов, в качестве модели шу^ов \Ц1) Д1 принят ограниченный по частоте белый сум. Выделены компоненты f2 и &lv, (•{) спектральных моделей, отличающиеся минимальной чувствительностью к базовый моделям трендов. .

Введение интервальных спектральных моделей реализаций ДП в Ш1Р позволяет расширять обьем априорной информации, используемой при разработке рекуррентных фильтров, отличающихся низкой чувствительностью к возмогшему в процессе диагностирования рассогласовании принятых базовых моделей трендов Д1 с действительными, Принятые положения о детерминированном характере трендов и соответствии шумов Д1 ограниченному по частоте белоцу шуму позволяют обеспечить соответственно высокую эффективность и несмещенность оценок.

В третьей главе разрабатываются способы оценивания ПР восстанавливаемых и нево останавливаемых НШД, методика построения реализующих их фильтров,

На основании ВДЩ1 получено решение задачи оценивания Я? с помощью рекуррентного фильтра с бесконечной памятью (РШ1) ', являющегося частным случаем стационарного фильтра Калмана. Основным недостатком Р<Щ1, обусловленным следафикой задачи, является рарходиыост! оценок Xti/!-) ПР вследствие потери алгоритмом чувствительности к YU) _при i.и возможной параметрической неопределенности д р , обусловленной рассогласованием матриц F и F соот-

ветственно базовьЬс моделей трендов с действительными, что. характерно для предрёмонтных этапов жизненных цикаов НШД'. РФБП. соответствует фушщиональным требованиям к "методам оценивания ПР, однако для обеспечения эффективности и несмещенности оценок.необходимо решать в РМВ задачу идентификации его параметров,.что усложняет реализацию фильтра в локальнкх АСД.

Обоснована целесообразность оценивания ПР НМОД с помощью рекуррентных фильтров с меньшей по-сравнению с P'lffi чувствительностью к параметрической неопределенности. В качестве-метода снижения чувствительности предложено использовать принцип ограничения памяти фильтра.

Задаче рекуррентного оценивания ПР невосстанавливаемых НМОД характерно отсутствие априорной неопределенности начальных условий ■ Х(0) . Повышение эффективности и обеспечение несмещенности оценок ПР при значительных интенсивностях шумов Уй) ДП и возможной параметрической неопределенности й ^ могут быть достигнуты за счет использования принципов каскадной организации и постоянной памяти фильтров. С учетом этого получены способ оценивания ПР невосстанавливаемых НМОД, заключающийся в идентификации параметров трендов ДП, обусловленных изменением ТС, посредством рекуррентной фильтрации с постоянной памятью. Разработаны структура рекуррентного каскадного фильтра с постоянной памятью (Р1Ш1П), реализующего способ,« получена его модель

уц>; = 5(п -В0 - В. и;(П , = иа-]) +

Оп-п., с1 . -с* .

хА -г, а-л+.2з=1ч.г

.£(1/1-1) = х4с;-х/1-а> + х, (мл-п тв,

.^(¿/0 = (¡-1/1-1)4-к!ига), . = > кГ^СО

где 3(0 и и.а) ^-^(Р - текущие измерения соответственно НДП и Р&;. , ; -0 р - параметры уса - вычисленное зна-

чение ДП; С*'1 и ¡¡' 1 , р-1,1.-Х - коэффициенты рекурсивного цифрового фильтра (РЦ^) £-го каскада канала оценивания Х1 (¡) ;

Ь) - оценка на выходе г^а/О , хаа/1) и Х^/Н) - теку-

щие оценки соответственно ординаты тревда ДП, интенсивности ее изменения и однощагового прогноза; - обновляющая последовательность; к{и и - -коэффициенты усиления I. ,-го каскада. На основании модели РМШ получен алгоритм оценивания ПР невосстанавливаемых НМОД.

Полученный способ оценивания ПР отличается от известных тем, что реализующий его РШП имеет каскадную структуру вследствие последовательного соединения по каналу оценивания ХхСИ , постоян-

- Il) -

лые коэффициенты усиления, включает алгоритм вычисления ДП, что позволяет соответственно обеспечить; высокую эффективность оценок ПР при значительных интенсивностях шумов V(0 ДП; несмещенность оценок ПР независимо от длительности работы алгоритма; конечное решение задачи оценивания ПР по измерениям S СП Щ1 и Ш<) PJ?. Область .. эффективного применения способа, ограничена классом невосстанавлива-емых НМОД вследствие высокий чувствительности РКФПП к точности задания начальных условий Х(0) .

Задаче рекуррентного оценивания ПР восстанавливаемых НМОД характерны априорная неопределенность'начальных условий значительные величины интенсивностей шумов ДП и возможность рассогласования базовых моделей трендов с действительными. .Быстрая сходимость, высокая эффективность и несмещенность оценок Xii/L) ПР в этом случае могут быть обеспечены за счет ограничения памяти фильтров в процессе диагностирования и их каскадной организации. На основании этого получен способ оценивания ПР восстанавливаемых НМОД, основанный на рекуррентной фильтрации с ограничиваемой памятью, предусматривающий двухэтапную организацию.оценивания параметров трендов ДП, обусловленных изменением ТС. Разработаны изменяющиеся в процессе диагнос-. тирования модель и структура реализующего способ рекуррентного каскадного фильтра с ограничиваемой памятью (РШОП),.С учетом обозначений, принятых в модели РШШ1, модель ШОП имеет вид

UU) =r saï-Bû-I^fi. LijG) ,

xLa/i-i) = Xjd-Vi-O + £<ы/мОТ0, ,.» _ ]lJ(i) ~ M, 'Mi? > , !

причем

... :juciî-Xaii/UO, к4а) >kï

xi'h) cîi^a-j)^ ZUdl^'Îi-j),; ■ '

• • • * • I

•Ml-U „ -Г-l IL-IIAU-U - jri_-u~rwl ,

*L Ш = X j.-o c4 X (i-j ) + d " X- (L-j);

- f3?tfi-i/v-i)+ K,(i)zci) V Ki ci)

l/l)= A III . fil

XjfH/Hj.+ Ki'za), KJD^ к; ,

X, u/t)-

XA(i/i-l) + ^(DZO), ^(Ü >k{U, .yiCL/l-ib-K^zd) , Ktd)^ <iu,

причем

-i

P(-i/i-0= PPci-iA-i)^, P(i/i)= LI-KoiHlPu/i-i),

где' l 3T - матрица коэффициентов усиления РФБП;

К^11 ■ - коэ|£фициент усиления первого каскада;, PCi/i) - ковариационная матрица ошибок'фильтрации; P(i/l-i) - ковариационная матрица ошибок однощагоього. прогноза. Алгоритм инициируется при начальных условиях л(и) и Р(0/а).

Отличительной особенностью РКУЮП является то, что модель и структура фильтра зависят от соотношения величин и Kj. сле-

дующим образом:

.- при 1^(1) > фильтр, за исключением уравнения для вычисления , идентичен В5ЁП и работает в режиме обнаружения тренда ДП и предварительного оценивания его параметров;

- при К/«-)^ КV' Р№ОП- соответствует РКЙШ и работает в режиме собственно оценивания ЛР. ^

' Ото обеспечивает быструю сходимость оценок .X(i/1) ПР на начальных стадиях работы алгоритма вследствие его низкой чувствительности к неопределенности Х(о); высокую эффективность и несмещенность оценок в режиме собственно оценивания ПР независимо от длительности работы алгоритма; конечное решение задачи оценивания ПР по измерениям Sc) ВДП и ITci> РФ.

На основании модели РЖ>П построен алгоритм оценивания ПР восстанавливаемых 1Ш0Д.

В 'задаче, оценивания ПР НШД для ковариационных матриц j][ шумов \j(i) . Д'Л и максимальных скоростей Xj^iv изменения ординат трендов характерны, значительные величины отношения Sp ЦАг„дх>/чпринято го в работе в качестве меры априорной неопределенности JCCO) . Исследовано, влияние величины $р^/хЛтй)1 на последовательности и предложены рекомендации по выбору параметров матрицы Ktl) , контролируемых в ngpqecce ограничения памяти, учитывающие степень неопределенности .Х"( о) . В результате в отличие от' известных рекомендаций по ограничению памяти'ИБП в качестве подобного параметра

РШОП принят . 1то позволяет избежать ошибочных переключений

структуры фильтра.

Логическим обобщением использованных в процессе исследования методов и подходов является полученная методика'построения рекуррентных фильтров для оценивания ПР НМОД,основными этапами которой являются: статистический анализ экспериментальных данных и построе ние ОМ методом включения факторов многофакторного регрессионного анализа; выбор базовых моделей трендов^^Р, построение МИДП и интер вальных Of) ; расчет параметров LY; и [iij каскадов,

коэффициентов К*", к"' и Jv(i) РК£ПП и (или) РШП с.использованием прямого метода расчета по квадрату АЧХ теории цифровой филь трации, теории оптимальной фильтрации и с учетом априорной неопределенности начальных условий Х(0) .

Отличительной чертой методики является ее практическая направ ленность на характерный для класса ШОД объем априорной информации Методика позволяет строить рекуррентные фильтры, удовлетворяющие требованиям и методам оценивания ПР НМОД и реализована в разработанном комплексе программ JJISTfl , написанных на . алгоритмических языках TURBO PASCAL и FORTRflA/, ориентированных соответственно на IBM.IBM PC/AT и.ДРК-З и предназначенных для создания диагностического обеспечения АСД НМОД.

Анализ реализационных характеристик РКШП и Р1ДОП показал незначительную вычислительную сложность разработанных способов оце-. нивания ПР.

Четвертая глава посвящена, экспериментальному подтверждению основных результатов и положений диссертационной работы. Приведено описание экспериментальных исследований, проведенных на базе .

СОУ теплохода "Павлодар" типа "Варнемюнде". С помощью методики по строения рекуррентных фильтров и комплекса программ UlSTfl произведен статистический анализ полученных массивов экспериментальных данных.и разработана часть математического и программного обеспечений АСУ ТоС в виде диагностического обеспечения АСД ЦПГ СОУ типа 8K270/I20E, включающего: совокупность моделей рекуррентных филь тров для оценивания ПР ЦПГ при различных уровнях априорной неопределенности начальных условий Х(0) в соответствии с выражением

X(i/u=<*<iBT,n,YH,ts,Pj,

где JT(i/l) - оценка параметров тренда, обусловленного изменением CP и содержащегося в "температура втулки цилиндра"; -tBT , П. , Yil , и Ps - текущие значения соответственно температуры втулки цилиндра, частоты вращения гребного вала, положения топливной рейки, температуры и давления продувочного воздуха; - алгоритмы и программу ШАС на языке

Т1ШВ0 Р*ШЦля

оценивания u FIB в диалоговом режиме ПР ЦПГ, ориентированную на U3M типа IBM PC/AT.

Описано схемное решение разработанного устройства, предназначенного для оценивания ПР (параметров трендон ДП) невосстанавлива-змых НМОД и построенного по принципу каскадной фильтрации с постоянной памятью.

Разработанное, диагностическое обеспечение прошло апробацию з процессе обработки с использованием комплекса программ БISTfl пассивов экспериментальных данных за длительные периоды использования ССУ и характеризующих изменение ТС установки. Полученные оценки ПР, в частности, отличались: в 3-5 раз большей эффективностью по сравнению с однокаскадкой фильтрацией с постоянной памятью и 1ерекурсивной фильтрацией; несмещенность» (с 90>- доверительной вероятностью), в отличие от рекуррентной фильтрации с бесконечной памятью, независимо от длительности работы алгоритма; сходимостью на начальных шагах работы алгоритма. Практически" аналогичные результаты зафиксированы, в процессе, имитационного моделирования. Таким )бразом полученные способы оценивания ПР, по.сравнению с соизмеривши по вычислительной сложности известными способами, обеспечива-)т повышение достоверности функционального диагностирования (оце-шнания.ПР) ШОД, что подтверждает достоверность основных положе-шй диссертационной работы. ' ...

В. заключении изложены основные научные-и практические резуль-' ■аты диссертационной работы.. . ■

В приложениях приведены: результаты обработки массивов экспе-мментальных данных по С-У дК?Ю/12СЕ; результаты имитационного мо-.елиропания; описание разработанных программ и- акты об йспользова-:ии результатов диссертационной работы.,

" . ОСНОВНЫЕ ЖУЛЬТАТЫ-FRC0TU ...... I. Произведен анализ достоверности методой оценивания ПР при

функциональном диагностировании НМОД с учетом их вычислительной, сложности. Сформулированы требования к методам оценивания ПР, определяющим пути повышения их эффективности в АСД 1Ш0Д и.достоверности, оценок,в частности. .

2. Получена модель изменения ПР НМОД, включающая, в отличие от. известных, модель изменения ДП, многофакторную регрессионную эталон ную модель и интервальные спектральные модели реализаций ДП, что позволяет строить на ее основе рекуррентные фильтры, обеспечивающие -конечное решение задачи оценивания ПР в №3 и высокую достоверность оценок при незначительной их вычислительной сложности. ,

3. Шзработан способ оценивания ПР невосстанавливаешх НМОД, основанный, в отличие от известных, на рекуррентной фильтрации с постоянной памятью, причем отличительными особенностями реализующего способ фильтра являются каскадная структура, постоянные коэффициенты усиления и включенное для вычисления ДП многофакторное регрессионное уравнение. 1чо позволяет при незначительной вычислитель ной сложности обеспечить высокую эффективность и несмещенность оценок независимо от длительности работы алгоритма, конечное решение задачи оценивания ПР в В©. 3 рамках способа разработано микропроцессорное устройство, предназначенное'для оценивания ПР невосста-навливаемых НМОД.

4. Шзработан способ оценивания ПР восстанавливаемых НМОД, основанный, в отличие от известных, на рекуррентной фильтрации с огра ничиваемой памятью, причем полученные модель и структура реализующего способ фильтра изменяются в процессе диагностирования и соответствуют рекуррентному фильтру с бесконечной памятью и рекуррентному фильтру с постоянной памятью соответственно на этапах обнаружения трецдов ДП и собственно оценивания ПР. Ото позволяет обеспечить высокую достоверность оценок ПР в ИВ при незначительной вычислительной сложности алгоритма.

5. Получена методика, построения рекуррентных фильтров для оценивания ПР НМОД, основными отличительными особенностями которой являются: описание трендов ДП как с помощью базовых линейных дискретных моделей в пространстве ПР, так и интервальных спектральных моделей реализаций ДП; возможность учета степени априорной неопределенности начальных условий Х(о) при выборе контролируемых в процессе ограничения памяти фильтров коэффициентов усиления; использование метода включения факторов многофакторного регрессионного ана-

лиза для построения эталонных моделей. i-'то позволяет обеспечить характеристики фильтров, удовлетворяющие требованиям к методам оценивания ПР в локальных ЛСД НМОД и определяет практическую направленность методики на реальный объем априорной информации.

6. Разработан комплекс программ Ш5ТЙ на языках Т11ЯВ0 PASCAL и FÜRTIW, Предназначенных для создания диагностического обеспечения АСД НМОД и позволяющих выполнять: статистический анализ массивов экспериментальных данных и результатов их обработки; расчет параметров рекуррентных фильтров для оценивания ПР и анализ качества результатов фильтрации.

7. йзработана часть математического и программного обеспечений АСУ ТХ й виде диагностического обеспечения АСД ЦПГ СЗУ 8К270/ I20E, включающего модели рекуррентных фильтров, алгоритмы оценивания ПР и. реализующую их программу BIflG- на языке ПШВО PASCAL , предназначенную для оценивания ПР и FME3 в диалоговом режиме и ориентированную на С-БМ IBM PC/AT.

ПУГлШйЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Вознюк B.C., Налявин В.П. Применение цифровых фильтров в задачах функционального диагностирования- судовых энергетических уста-нопок//Изв.ЛйТИ: Сб.науч.тр,/Ленингр.электротех.ин-т им.В.И.Ульлно-ва(Ленина). - Л., 1967. - Вып.386. - C.G0-G5.

2. Вознюк B.C., Моэгалевский A.B., Топорнина O.A. Диагностирование непрерывных многорежимних объектов в условиях воздействия случайных воэмущений//МетЭды и средства технической диагностики: Тез. докл.У1 межвуз.совещания-семинара. - Харьков, ХАИ, 1987. - С.3-4.

3. Возник B.C., Щербаков А.Ю. Проектирование цифровых фильтров для технических средств диагностирования судовых энергетических ус-тановок//Изв.ЛЭТИ: Сб.науч.тр./Ленингр,электротех.ин-т им.В.И.Уль-янова(Ленина). - Л., 1988. - Ввп.402. - С.60-64.

4. Вознюк B.C. Метод диагностирования сложных динамических объектов/Динамика машин и конструкций: Тем.сб,науч.тр. - Челябинск, ЧПИ, 1988. - С. 74-78.

5. Соломенно Н.С., Моэгплевский A.B.-, Вознюк B.C. Вопросы функционального диагностирования главных судовых дизельных двигателей //Динамические испытания и контроль механических систем: Тез.докл. семинара АН СССР. - Каунас, КПИ, 1988. - С.3-4.

6. Возник B.C. Повышение точности оценивания степени работоспособности непрерывна многорежимннх стохастических объектов диагнос-тирования//Методы и средства диагностирования технических средств железнодорожного транспорта: Тез.докл.Всесовзн.научно-техн.конференции. - Омск, 1989.. - С.17-18.

7. Возник B.C., Воеводская М.Г., Мозгалевскмй A.B. Модели цифровых фильтров для технических средств диагностированкя/Д[о видение, качества и надежности промышленных, изделий: Материалы конференции. -Л., ЛД.ЧТН, 1989. - С. 56-60. .

8. Возник B.C., Мозгалевский A.B., Топорнина O.A.' Принципы обработки стохастической диагностической информации при оценивании технического состояния//Методы и средства технической диагностики: Тез. докл.УШ Межвуз.совещания-семинара. - Харьков, ХАИ, 1989. - С.24-26.

9. Возник B.C., Мозгалевский A.B. Автоматизация диагностирования судовых энергетических установок/Системы автоматизации судовых технических средств и их эксплуатация: Тем.сб.науч.тр. - Калининград, КТИРПХ, 1989. - С.22-26. .

Подп.К печ. 15.03.DO.- М- 15549- Формат 60x84 I/I6.

Оф-сатная печать. Печ.л.1,0, уч.-изд.л..1,0. Тираж 100 экз. Зак. КЧО^. Бесплатно,

Ротапринт ЛЗТИ 197022, Ленинград, ул.Проф.Попова, 5