автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Методы и алгоритмы поиска дефектов в системах автоматического управления на основе моделей дефектов

На правах рукописи

Шалобанов Сергей Сергеевич

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПОИСКА ДЕФЕКТОВ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ МОДЕЛЕЙ

ДЕФЕКТОВ

05.13.01 - системный анализ, управление и обработка информации (техника и технология)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Хабаровск-2013 0050641

005061733

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тихоокеанский государственный университет»

доктор технических наук, доцент Воронин Владимир Викторович

Соловьёв Вячеслав Алексеевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет», кафедра «Электропривод и автоматизация промышленных установок», заведующий кафедрой

Константинов Константин Витальевич, кандидат технических наук, доцент,. ФГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет», кафедра «Электротехника и электроника», и.о. заведующего кафедрой '

Дальневосточный филиал ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и "радиотехнических измерений»

Защита состоится «01» июля 2013 г: в 15:00 на заседании диссертационного совета Д 212.294.05 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тихоокеанский государственный университет» по адресу; 680035, г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136, ауд. 315".

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тихоокеанского государственного университета.

Автореферат разослан «2Н>> -ММЖ 2013 г.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Учёный секретарь диссертационного совета

Бурдинский Игорь Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Задачи создания и исследования алгоритмов диагностирования занимают важное место в общей проблеме построения высокоэффективных методов, алгоритмов и диагностического обеспечения систем автоматического управления. Применение структурных методов и алгоритмов, базирующихся на структурных свойствах объектов диагностирования, является перспективным направлением.

Для описания проявления некоторых дефектов часто необходимо менять структуру динамической модели одного или нескольких блоков объекта. Это может приводить к ошибкам поиска дефектов при решении задачи с использованием диагностической модели неизменной структуры. Поэтому необходимо строить диагностические признаки по структурному (блочному) принципу и исключить этап параметрической классификации из процесса технического диагностирования для устранения источника ошибок. В этом случае появляется возможность поиска дефектов в условиях изменения размерности параметрического пространства и структуры моделей блоков.

С помощью структурного подхода возможны процедуры исследования и создания диагностических моделей линейных и нелинейных объектов с целью назначения требуемого количества и позиционирования контрольных точек, а также вычисления теоретической различимости всех возможных в объекте дефектов.

Для решения перечисленных задач целесообразно применять структурные методы диагностирования, использующие модели дефектов. В качестве моделей дефектов в работе используются модели с пробными отклонениями параметров передаточных функций блоков или матрица знаков передач сигналов от выходов блоков к контрольным точкам.

Анализ состояния вопроса по данной проблеме показывает, что перечисленные выше задачи не решены в полной мере.

Целью работы является решение задач разработки структурных методов и алгоритмов построения и анализа диагностических моделей, а также поиска дефектов непрерывных и дискретных, линейных и нелинейных систем автоматического управления, упрощающих процесс диагностирования и повышающих различимость дефектов.

Задачи исследования:

1) разработка методов и алгоритмов поиска дефектов в системах автоматического управления на основе пробных отклонений параметров модели, анализа знаков передач для построения нормированных и бинарных диагностических признаков, значительно сокращающих вычислительные затраты на диагностирование;

2) разработка алгоритмов назначения контрольных точек и выбора значений используемых диагностических параметров;

3) разработка программных средств для исследования свойств предложенных методов и алгоритмов.

Методы исследования базируются на математическом аппарате теории управления, теории чувствительности, системного анализа, высшей и линейной алгебры. Проверка и исследование свойств алгоритмов диагностирования осуществлялась путём их компьютерного моделирования.

Научная новизна работы:

1) Разработаны методы и алгоритмы поиска дефектов в системах автоматического управления, основанные на использовании пробных отклонений параметров модели, анализа знаков передач сигналов блоков объекта для построения нормированных и бинарных диагностических признаков, значительно упрощающих процесс диагностирования и улучшающие различимость дефектов;

2) Предложены нормированные и бинарные диагностические признаки наличия одиночных и кратных, структурных и параметрических дефектов, для нахождения их методом пробных отклонений параметров модели и методом анализа знаков передач сигналов;

3) Предложены нормированные количественные характеристики априорной и апостериорной различимости структурных и параметрических дефектов для анализа свойств разработанных алгоритмов;

4) Разработана методика назначения контрольных точек и выбора величин используемых диагностических параметров в объекте диагностирования путём анализа значений характеристик различимости пар дефектов;

5) Созданы программные средства, реализующие предложенные методы и позволяющие исследовать свойства алгоритмов диагностирования и свойства объектов диагностирования.

Практическая ценность результатов работы. Предложенные методы поиска дефектов, назначения контрольных точек и выбора значений диагностических параметров позволяют существенно сократить объем измерений на объекте. Программный комплекс обеспечивает возможность разработчикам и специалистам по эксплуатации систем автоматического управления моделировать различные неисправности, задавать входные воздействия, контрольные точки и диагностические параметры.

Результаты диссертационной работы внедрены в ОАО «Хабаровский нефтеперерабатывающий завод», ЗАО «Стрежень», в учебный процесс кафедры «Автоматика и системотехника» ТОГУ.

По результатам работы получены 13 патентов на изобретение, 3 положительных решения на выдачу патентов на изобретения, 3 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Алгоритмы поиска одиночных и кратных дефектов в непрерывных и дискретных системах автоматического управления на основе пробных отклонений параметров модели.

2. Алгоритм поиска одиночных дефектов в системах автоматического управления на основе анализа знаков передач сигналов с использованием нормированного диагностического признака.

3. Алгоритм поиска одиночных дефектов в непрерывных системах автоматического управления на основе анализа знаков передач сигналов с использованием бинарного диагностического признака.

4. Методика анализа диагностической модели и выбора значений используемых диагностических параметров для разработанных алгоритмов.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты работы докладывались на десятой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2010), международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании '2010» (Одесса, 2010), международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований '2011» (Одесса, 2011), одиннадцатой международной научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности" (Санкт-Петербург, 2011), международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте "2011» (Одесса, 2011), международной научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития "2011» (Одесса, 2011), "Modern materials and technologies 2011" International Russian-Chinese Symposium (Khabarovsk, 2011), двенадцатой международной научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности" (Санкт-Петербург, 2011), международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании '2011» (Одесса, 2011), XIV Краевом конкурсе молодых учёных и аспирантов (Хабаровск, 2012), где завоевали 2 место, международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте '2012» (Одесса, 2012), XV Краевом конкурсе молодых учёных и аспирантов (Хабаровск, 2013), где отмечены почётной грамотой за высокий уровень представленного научного доклада.

Публикации и личный вклад автора. Основные результаты диссертации отражены в 29 печатных работах, в том числе 6 - в изданиях, входящих в Перечень российских рецензируемых научных журналов.

В совместных публикациях автору принадлежат следующие научные результаты: в [1, 16, 22] - разработка алгоритмов диагностирования, в [5, 13, 18, 19, 26, 28] - постановка задачи и разработка алгоритмического обеспечения, в [4, 8-10, 17, 20] - программная реализация алгоритмов поиска дефектов.

Результаты работы, полученные автором самостоятельно и опубликованные без соавторства, отражены в [2,3, 6, 7,11, 12,14, 15, 21,23-25, 27, 29].

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, приложения. Работа содержит 136 страниц основного текста, 32 рисунка, 8 таблиц, библиографический список из 129 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обозначается актуальность темы, формулируются цели, задачи и методы исследования, характеризуется научная новизна, достоверность, приводится практическая значимость работы.

В первой главе приводится обзор современных проблем и задач диагностирования систем автоматического управления. Рассматриваются виды диагностических моделей. Излагается методика построения структурно-матричной модели непрерывных систем автоматического управления анализируется возможность ее применения для решения поставленных задач.

Во второй главе приводится синтез алгоритмов поиска дефектов методом пробных отклонений параметров модели.

Алгоритм поиска одиночных структурных дефектов методом пробных отклонений параметров модели.

Алгоритм поиска дефектов с глубиной до динамического блока и с использованием нескольких параметров интегрирования основан на определении интегральных оценок отклонений сигналов номинальной модели от сигналов объекта диагностирования. Для получения интегральных оценок отклонений сигналов динамических элементов будем использовать интегральные преобразования временных функций в области вещественных значений для нескольких параметров интегрирования, которые лежат в интервале 0 < а, < да (где I - номер параметра интегрирования). Если записать интегральные преобразования для нескольких параметров интегрирования, то формула позволяет перейти от обработки временных функций к анализу численных значений нескольких функционалов:

Т„ _ _

' №/(*,) = ь{лр^)}= р^/ф^'Л.У = 1к,1 = 1,тп, О)

о

где } - номер контрольной точки; Рщ

(О и ^ - сигналы модели и объекта соответственно в _/-й контрольной точке; Тк — время контроля объекта диагностирования; к — число контрольных точек; сс1 — параметр 1-го интегрального преобразования, т — число интегральных преобразований.

В процессе диагностирования вычисляются также интегральные оценки отклонений сигналов номинальной модели от сигналов модели с пробными отклонениями параметров в различных блоках, если учитывать несколько параметров интегрирования, то формула примет вид:

АР/а,) = ь{\Р/о}= ¡АРл(ф-а''Ж, ] = Тк,г = Тп,Ы Цп,

(2)

где г - номер блока с пробным отклонением, Рп(О - сигнал модели с пробными отклонениями параметров г-го блока для_/-й контрольной точки, п - число блоков.

Выражения (1) и (2) позволяют вычислить элементы векторов Д^1 и АР, размерность которых определяется количеством контрольных точек. Диагностический признак наличия структурного дефекта при использовании многократного интегрирования сигналов определяется формулой:

т 1=1

1-

>1

м м

= л,_/ = !,*.

Для нормированных векторов и АР формула (3) запишется в виде:

Л

= -2 1-

ты

1Д(а,)

.м

■,/ = 1, л,

где

- , ДРдаЛ АР;,(а,)

4РАсс,) =

(3)

(4)

(5)

(6)

где г - номер контрольной точки объекта диагностирования.

Диагностические признаки (3) или (4) могут принимать значения от 0 и до 1. Минимальное значение признака указывает на наличие дефекта в блоке.

Блок, пробное отклонение параметров которого минимизирует значение диагностического признака (3) или (4), считается дефектным.

Поскольку диагностические признаки лежат в фиксированном интервале значений [0,1], различимость двух дефектов может оцениваться как разность значений соответствующих признаков. Фактическая различимость г-го дефекта определяется по формуле:

где - значение признака г-го присутствующего в объекте дефекта, ^ч -значение ближайшего к нему по величине признака.

Операции по реализации предлагаемого алгоритма, направленные на определение диагностических признаков структурных дефектов по формуле (3) или (4) иллюстрируются функциональной блок-схемой устройства поиска структурных дефектов, показанной на рисунке 1.

ЧГ(1)

X > 1 5

с^г

1гИ.

ар® I

т:

2п

2 -сЯ

£

Модель с пробным отклоненном

Рисунок 1 - Функциональная схема устройства поиска структурных дефектов методом пробных

отклонений параметров модели

Алгоритм поиска одиночных параметрических дефектов методом пробных отклонений параметров модели.

Алгоритм поиска дефектов с глубиной до параметра динамического блока основан на определении отклонений сигналов во временной области номинальной модели от сигналов объекта диагностирования.

Диагностический признак наличия параметрического дефекта без использования интегральных оценок сигналов определяется следующей формулой:

~]2

1 \ '■-¿Л

1к О

1-

1-1

ал = 1,п.

(7)

Для нормированных векторов Д^ и ЛР формула (7) запишется в следующем виде:

(8)

■Л =4- 1 =

1к 0\_ ]=1

Диагностические признаки (7) или (8) могут принимать значения от 0 и до 1. Минимальное значение признаков указывает на наличие дефекта в конкретном параметре какого-либо блока.

Параметр, пробное отклонение которого минимизирует значение диагностического признака (7) или (8), считается дефектным.

Операции по реализации предлагаемого алгоритма, направленные на определение диагностических признаков структурных дефектов по формуле (7) или (8) иллюстрируются функциональной блок-схемой устройства поиска параметрических дефектов, показанной на рисунке 2.

£ * -Е

2

гТ^ии?^

X J Тк J

РиГ1

Модель с пробным отклонением

Рисунок 2 - Функциональная схема устройства поиска параметрических дефектов методом пробных отклонений параметров модели

Алгоритм поиска параметрического дефекта без использования интегральных оценок сигналов улучшает эффективность диагностирования параметрического дефекта, за счёт увеличения помехоустойчивости, путём значительной различимости параметрических дефектов внутри отдельного ДЭ.

В третьей главе решаются задачи оптимизации метода пробных отклонений параметров модели для диагностирования систем автоматического управления.

Теоретическая различимость дефектов систем автоматического управления. Если в формулу для определения признака наличия дефекта (3) вместо элементов вектора интегральной оценки отклонения сигнала объекта от сигнала модели подставить элементы вектора интегральной оценки отклонения сигнала модели с пробным отклонением другого динамического блока или параметра передаточной функции, то значение функционала будет определяться парой векторов пробных отклонений двух блоков или двух параметров и будет определять теоретическую (априорную) различимость двух структурных или параметрических дефектов. Тогда величину различимости дефектов будет описывать нормированный функционал в диапазоне значений от 0 до 1. В том случае, когда мера теоретической различимости равна 0, дефекты не различимы, то есть эквивалентны для этих параметров поиска дефекта (входной сигнал, контрольные точки, время диагностирования), а вычисляемые признаки наличия дефекта равны.

При поиске структурного дефекта величина различимости определяется выражением:

ю

( *

Ц.лрЛа)-лрЛа)

Км-'_

±АР^(а).±АР;,(а)

¡1=1

где <Рр - величина различимости дефектов в г-ом иу'-ом блоке; А:—число контрольных точек;

ДРр j{a) - значение интегральной оценки отклонения сигнала модели с пробным

отклонением в у-м блоке для ^ -ой контрольной точки.

При поиске параметрического дефекта с использованием интегрирования диагностического признака во временном окне шириной Тк величина функционала различимости определяется выражением:

' * V

1 Ч, «." 1 (1

1к 0

I-

л=I М'1

ж

(10)

II

где V¡1 - величина различимости дефектов ву-ом и ¿-ом параметре; ¿—число контрольных точек; Тк — время контроля;

АРа у (') - значение отклонения сигнала модели с пробным отклонением в у'-м

параметре для ^ -ой контрольной точки в момент времени Г.

Метод анализа знаков передач сигналов с использованием нормированного диагностического признака. Метод основан на определении интегральных оценок отклонений сигналов номинальной модели от сигналов объекта диагностирования (!)•

В процессе диагностирования вычисляются также элементы знаков передач сигналов каждого блока, входящего в состав системы для каждой контрольной точки:

Рл = {-1;0; 1}, 7 = 1,..„к;/ = /,...,и,

(п)

где г - номер блока, '' - элементы знаков передач каждого блока для у -

контрольной точки г — блока, п — число блоковг р

Элементы 1' определяют из множества значений {-1,0,1}, значение -1 определяют, если знак передачи сигнала от выхода /'-го блока до у'-й контрольной точки отрицательный, значение 0 определяют, если передача сигнала от выхода г-го блока до у'-й контрольной точки отсутствует, значение 1 определяют, если знак

передачи сигнала от выхода г-го блока доу-й контрольной точки положительный.

Р

Элементы знаков передач •" используют вместо изменении интегральных оценок сигналов модели для всех контрольных точек, полученные для пробных отклонений параметров блоков.

Выражения (1) и (11) позволяют вычислить элементы векторов А/7 и Р , размерность которых определяется количеством контрольных точек. Для получения нормированного диагностического признака элементы указанных векторов нормируются по формулам (5) и (12):

РР

(12)

где / - номер контрольной точки объекта диагностирования.

Элементы полученных нормированных векторов (5), (12) используются для вычислений диагностических признаков по формуле:

J¡= 1 -

I

,1 = 1,и

(13)

Вектор знаков передач, минимизирующий значение диагностического признака (13), указывает на наличие дефекта в этом блоке.

Операции по реализации предлагаемого алгоритма, направленные на определение диагностических признаков по формуле (13) иллюстрируются функциональной блок-схемой устройства поиска дефектов, показанной на рисунке 3.

ечг

пгИ-

/ейог —

Вектор знаю» передач

£ * -Еп

[П-СЕ

V тГ1-

Признак

Рисунок 3 - Функциональная схема устройства поиска дефектов методом анализа знаков передач сигналов с использованием нормированного диагностического признака

Метод анализа знаков передач сигналов с использованием бинарного диагностического признака. Метод заключается в том, что определяют знаки отклонений интегральных оценок сигналов контролируемой системы для к контрольных точек от номинальных значений:

Затем производят операцию попарного сравнения элементов вектора знаков передач сигналов ¿-го блока Р}„ ] = 1,...,к; ¡ = 1,...,п и вектора знаков отклонений интегральных оценок (ЛР1 (а)), ]-1,...,к по формуле:

Р* = П = (14)

Поскольку операция есть операция эквивалентности, то выражение (14) принимает значение 1 только в том случае, когда все элементы векторов

р]ч={-1;0;1}, }=1,...Хъ 81^((Щ(а)),] = 1,...,к для каждой контрольной точки попарно равны. Затем производят операцию попарного сравнения элементов инверсии вектора знаков передач сигналов /-го блока

) — {—1, 0,1}, ] = 1,...,к; г = 1,...,п и векх0ра знаков отклонений интегральных оценок (а))< ] = !.■■■, к по форМуЛе:

Р{ = П(гш(Р]{) = зг^^а))), г = 1,...,п (15)

Поскольку операция = есть операция эквивалентности, то выражение (15) принимает значение 1 только в том случае, когда все элементы векторов

тлГц) ( 1), ] - 1,...,к. и 1 для каждой контрольной

точки попарно равны.

Затем производят вычисление бинарных диагностических признаков из соотношения:

^=Р1иР„1 = 1,...,п. (16)

Операции по реализации предлагаемого алгоритма, направленные на определение диагностических признаков по формуле (16) иллюстрируются функциональной блок-схемой устройства поиска дефектов, показанной на рисунке 4.

«го

<1 Г(а)

Определение энлка

С^Ч" ГГИ-

/есАог — Вектор

ЗНЛС01 П«р«ДЛЧ

СЮ 1 1

Приокзк

Смена онака

Рисунок 4 - Функциональная схема устройства поиска дефектов методом анализа знаков передач сигналов с использованием бинарного диагностического признака

Первое слагаемое формулы (16) принимает значение 1, если знаки отклонений интегральных оценок сигналов совпадают с элементами вектора знаков передач сигналов, второе слагаемое формулы (16) принимает значение 1, если знаки отклонений интегральных оценок сигналов совпадают с инвертированными элементами вектора знаков передач сигналов. Инверсия вектора знаков передач сигналов учитывает возможность проявления дефекта одного и того же блока как со знаком плюс (например увеличение значения параметра блока), так и со знаком минус (например уменьшение значения параметра блока).

По единичному значению бинарного диагностического признака определяют структурный блок с дефектом.

В четвёртой главе приведены результаты имитационного моделирования разработанных алгоритмов поиска дефектов и исследование их эффективности.

В первом и втором разделах главы приводится описание разработанного программного комплекса поиска дефекта и пример автоматического построения диагностической модели с помощью программного обеспечения. В третьем разделе приведены результаты тестирования работоспособности программного комплекса на примерах пяти объектов диагностирования непрерывных и дискретных, линейных и нелинейных систем.

Имитационное моделирование процессов поиска дефектов. Для исследования свойств алгоритмов поиска дефектов использовалась структурная схема ОД № 1, приведённая на рисунке 5, представляющая собой систему стабилизации с ПИ-регулятором.

Рисунок 5 - Структурная схема объекта диагностирования №1

Передаточные функции динамических элементов:

Р ; Т2р +1.^ Т3р + 1^

Номинальные значения параметров: Т,=5 с; К,=1; К2=1; Т2=1 с; К3=1; Т3=5 с.

В таблице 1 приведены результаты определения диагностических признаков различных одиночных структурных и параметрических дефектов.

Таблица 1

Результаты моделирования поиска дефектов

Дефект ^ ЛТС Блок 1 Блок 2 БлокЗ Л1П

V V Ъ11 Ъ11 V

Блок 1 к1=0.8 0 0.784 0.074 0.074 0.049 0.184 0.589 0.855 0.371 0.612 0.135

Блок 1 Т1=4 0 0.784 0.074 0.074 0.035 0.055 0.58 0.819 0.392 0.517 -0.02

Блок 2 к2=0.8 0.784 0 0.747 0.747 0.551 0.553 0.041 0.462 0.546 0.578 0.421

Блок 2 Т2=0.8 0.782 0 0.745 0.745 0.87 0.823 0.486 0.016 0.46 0.452 0.444

Блок 3 кЗ=0.8 0.074 0.747 0 0.074 0.394 0.4 0.519 0.456 0.016 0.307 0.291

БлокЗ Т3=4 0.074 0.748 0 0.074 0.619 0.52 0.585 0.26 0.318 0.055 0.205

определяется правильно. Причём структурное диагностирование отличается от параметрического стабильностью апостериорной различимости

Для рассматриваемого ОД были получены следующие значения коэффициентов априорной различимости структурных дефектов по формуле (9):

(рС12=0.7843; <Рп =0.07422; ^ =0.7471.

Априорные значения мер различимости параметрических дефектов, вычисленные по формуле (10):

<Рк1-Т1 =0.7038; <Рк1-к2 =0.5504; <Ры-Т2 =0.8042; <Рк1-кз =0.3983; <Рк1-ТЗ =0.4013; Фт1-к2 =0.6708; (Рт1-Т2 =0.2999; =0.402;

(РТ1-ТЗ =0.3796; =0.4846; Ры-кз =0.5304; (Рк2-ТЗ =0.6007;

Я „Я

=0.4792; =0.3859; <РкЗ-ТЗ =0.317.

Сравнение априорных и апостериорных значений различимости показывает хорошую для практики степень предсказания различимости.

На рисунке 6 представлены зависимости апостериорной различимости дефектов Л/ от величины погрешностей измерения временных характеристик при использовании различных алгоритмов поиска дефектов. Моделирование осуществлялось по всему множеству возможных одиночных либо кратных структурных или параметрических дефектов путём реализации относительного отклонения параметров при моделировании дефектов 8 =20%.________

ЛТ

0,35 -г-

Рисунок 6 - Влияние уровня погрешности измерения временных сигналов & а на различимость А/ по всему множеству возможных дефектов в ОД №1

Анализ полученных зависимостей показывает, что алгоритм поиска структурных дефектов с использованием интегральных оценок сигналов обеспечивает лучшую различимость, чем алгоритм поиска параметрических дефектов без использования интегральных оценок сигналов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения диссертационной работы были получены следующие результаты:

1. Разработаны и исследованы новые методы и алгоритмы поиска одиночных и кратных дефектов с глубиной до структурной единицы или параметра передаточной функции на основе моделей дефектов. Показана применимость алгоритмов поиска дефектов во временной области для диагностирования линейных и нелинейных, непрерывных и дискретных систем;

2. Введено понятие нормированного и бинарного диагностических признаков, являющихся безразмерными величинами, что позволяет при диагностировании методом пробных отклонений параметров модели или методом анализа знаков передач сигналов производить сравнительный анализ условий и результатов диагностирования различных объектов;

3. Предложены количественные характеристики различимости пары структурных и параметрических дефектов при диагностировании методом пробных отклонений. Показано, что предложенные априорные меры различимости пар дефектов, дают оценки с достаточной для практики точностью совпадающие с фактически полученными апостериорными коэффициентами различимости;

4. Разработаны программные средства для исследования алгоритмов диагностирования и анализа диагностической модели непрерывных и дискретных, линейных и нелинейных САУ. Программный комплекс позволяет исследовать эффективность алгоритмов поиска одиночных и кратных, структурных и параметрических дефектов во временной области анализа объекта диагностирования, осуществлять статистическое моделирование процессов диагностирования для оценки влияния погрешностей снятия динамических характеристик на апостериорную различимость дефектов;

5. Решение задач поиска дефектов на тестовых примерах подтвердило работоспособность (улучшение различимости), эффективность (упрощение процесса диагностирования) и расширенные функциональные возможности предложенных методов и алгоритмов, а также правильность выдвинутых теоретических положений;

6. Практическая ценность полученных результатов подтверждается их использованием при решении ряда практических задач. Результаты внедрены, путём использования разработанных программных средств в ОАО «Хабаровский нефтеперерабатывающий завод» для настройки, контроля и диагностирования автоматизированных систем управления технологическим процессом на

установке ПВ-1, в технологию производственного процесса цеха

резинотехнических изделий ЗАО «Стрежень», путём использования переданного

программного комплекса и в учебный процесс кафедры «Автоматика и

системотехника» ТОГУ.

Основные результаты диссертационной работы представлены в списке

публикаций.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Шалобанов, С.С. Диагностирование непрерывных динамических систем методом пробных отклонений параметров модели / В.В. Воронин, С.С. Шалобанов // Информатика и системы управления. - 2010. - № 1(23). - С. 121-127.

2. Шалобанов, С.С. Улучшение различимости дефектов в непрерывных динамических системах путём многократного интегрирования сигналов / С.С. Шалобанов // Информатика и системы управления. - 2010. - № 3(25). -С. 88-94.

3. Шалобанов, С.С. Поиск параметрических дефектов в непрерывных динамических системах методом пробных отклонений параметров модели / С.С. Шалобанов // Датчики и Системы. - 2011. - №4. - С. 34-37.

4. Шалобанов, С.С. Диагностирование непрерывных динамических систем методом топологических связей / C.B. Шалобанов, С.С. Шалобанов // Вестник Тихоокеанского государственного университета. - 2011. - № 4(23). - С. 75-82.

5. Шалобанов, С.С. Адаптивный алгоритм поиска неисправного блока в системах автоматического управления / В.В. Киселёв, C.B. Шалобанов, С .С. Шалобанов // Вестник Тихоокеанского государственного университета. - 2012. - № 1(24). - С. 73-80.

6. Шалобанов, С.С. Диагностирование непрерывных динамических систем методом логических функций / С.С. Шалобанов // Вестник Тихоокеанского государственного университета. - 2012. - № 3(26). - С. 8590.

7 Способ поиска неисправностей динамического блока в непрерывной системе: пат. 2429518 Рос. Федерация : МПК7 G05B23/02 (2006.01) / Шалобанов С.С. - №2010128421/08 ; заявл. 08.07.2010 ; опубл. 20.09.2011, Бюл. №26.

8. Способ поиска неисправного блока в динамической системе: пат. 2435189 Рос. Федерация : МПК7 G05B23/02 (2006.01) / Шалобанов C.B., Шалобанов С.С. - №2009123999/08 ; заявл. 23.06.2009 ; опубл. 27.11.2011, Бюл. №33.

9. Способ поиска неисправного блока в непрерывной динамической системе: пат. 2439647 Рос. Федерация : МПК7 G05B23/02 (2006.01) / Шалобанов C.B., Шалобанов С.С. - №2011100409/08 ; заявл. 11.01.2011 ; опубл. 10.01.2012, Бюл. №1.

10. Способ поиска неисправного блока в динамической системе: пат. 2439648 Рос. Федерация : МПК7 G05B23/02 (2006.01) / Шалобанов C.B., Шалобанов С.С. -№2010142159/08 ; заявл. 13.10.2010 ; опубл. 10.01.2012, Бюл. №1.

11. Способ поиска неисправного блока в дискретной динамической системе: пат. 2444774 Рос. Федерация : МПК7 G05B23/02 (2006.01) / Шалобанов С С -№2011101271/08 ; заявл. 13.01.2011 ; опубл. 10.03.2012, Бюл. №7.

12. Способ поиска неисправностей динамического блока в непрерывной системе: пат. 2450309 Рос. Федерация : МПК7 G05B23/02 (2006.01) / Шалобанов С.С. - №2010148469/08 ; заявл. 26.11.2010 ; опубл. 10.05.2012 Бюл №13.

13. Способ поиска неисправного блока в динамической системе: пат 2451319 Рос. Федерация : МПК7 G05B23/02 (2006.01) / Воронин В.В., Киселёв В.В. Шалобанов C.B., Шалобанов С.С. - №2011129533/08 ; заявл. 15.07.2011 • опубл. 20.05.2012, Бюл. №14. '

14. Способ поиска неисправных блоков в динамической системе: пат. 2453898 Рос. Федерация : МПК7 G05B23/02 (2006.01) / Шалобанов С.С. -№2010148468/08 ; заявл. 26.11.2010 ; опубл. 20.06.2012, Бюл. №17.

15. Способ поиска неисправного блока в непрерывной динамической системе: пат. 2461861 Рос. Федерация : МПК7 G05B23/02 (2006.01) / Шалобанов С.С. - №2011140376/08 ; заявл. 04.10.2011 ; опубл. 20.09.2012 Бюл №26.

16. Способ поиска неисправностей динамического блока в непрерывной системе: пат. 2464616 Рос. Федерация : МПК7 G05B23/02 (2006.01) / Киселёв В.В., Шалобанов С.С. - №2011144335/08 ; заявл. 01.11.2011 : опубл. 20.10 2012 Бюл. №29.

17. Способ поиска неисправностей блоков в непрерывной динамической системе: пат. 2473105 Рос. Федерация : МПК7 G05B23/02 (2006.01) / Шалобанов C.B., Шалобанов С.С. - №2011151174/08 ; заявл 14 12 2011 • опубл. 20.01.2013, Бюл. №2.

18. Способ поиска неисправных блоков в динамической системе: пат. 2473106 Рос. Федерация : МПК7 G05B23/02 (2006.01) / Киселёв В.В., Шалобанов С В Шалобанов С.С. - №2012107516/08 ; заявл. 28.02.2012 ; опубл. 20.01.2013 Бюл' №2.

19. Способ поиска неисправных блоков в дискретной динамической системе: пат. 2473949 Рос. Федерация : МПК7 G05B23/02 (2006.01) / Воронин В.В., Шалобанов C.B., Шалобанов С.С. - №2012103099/08 ; заявл. 30 01 2012 • опубл. 27.01.2013, Бюл. №3.

20. Шалобанов, С.С. Способ поиска неисправного блока в дискретной динамической системе / Воронин В.В., Шалобанов C.B., Шалобанов С.С. -Положительное решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2012120736/08 ; заявл. 18.05.2012 ; опубл. 18.01.2013.

21. Шалобанов, С.С. Способ поиска неисправного блока в непрерывной динамической системе / Шалобанов С.С. - Положительное решение о выдаче

патента на изобретение по заявке №2012120458/08 ; заявл. 17.05.2012 ; опубл. 22.01.2013.

22. Шалобанов, С.С. Способ поиска неисправного блока в дискретной динамической системе / Воронин В.В., Шалобанов С.С. - Положительное решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2012120459/08 ; заявл. 17.05.2012 ; опубл. 23.01.2013.

23. Поиск дефекта в системе автоматического управления методом пробных отклонений параметров модели : свид. 2009615915 Рос. Федерация / Шалобанов С.С. - № 2009614715 ; заявл. 27.08.2009 ; опубл. 26.10.2009.

24.Поиск дефектов в непрерывных, дискретных или нелинейных динамических системах методом пробных отклонений параметров : свид. 2010614000 Рос. Федерация / Шалобанов С.С. - № 2010611606 ; заявл. 29.03.2010; опубл. 21.06.2010.

25.Диагностирование динамических систем автоматического управления методом пробных отклонений : свид. 2011613096 Рос. Федерация / Шалобанов С.С. - № 2011611184 ; заявл. 25.02.2011 ; опубл. 19.04.2011.

26. Шалобанов, С.С. Диагностирование непрерывных динамических систем методом пробных отклонений параметров модели / А.В. Владковский, С.С. Шалобанов, С.В. Шалобанов // Информационные и управляющие системы: Сб. науч. тр. — Хабаровск, 2008. - С. 62-67.

27. Шалобанов, С.С. Алгоритмы поиска дефектов в непрерывных динамических системах на основе пробных отклонений параметров модели / С.С. Шалобанов // Учёные заметки ТОГУ: Электронное научное издание. - 2010. - Т. 1, № 2. - С. 85 - 89.

28. Shalobanov, S.S. The search defects algorithm in continuous dynamical systems by vectors of topological relations / V.V. Voronin, S.V. Shalobanov, S.S. Shalobanov // Modern materials and technologies 2011 : International Russian-Chinese Symposium. Proceedings. - Khabarovsk : Pacific National University, 2011.-P. 359-363.

29. Шалобанов, С.С. Методы и алгоритмы поиска дефектов в динамических системах класса автоматического управления / С.С. Шалобанов // Молодые учёные - Хабаровскому краю : материалы XIV Краевого конкурса молодых учёных и аспирантов, Хабаровск, 17-24 янв. 2012 г. : в 2 т. - Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2012. - Т. 2. - С. 188-192.

Шалобанов Сергей Сергеевич

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПОИСКА ДЕФЕКТОВ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ МОДЕЛЕЙ

ДЕФЕКТОВ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Подписано в печать 17.05.2013 г. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Гарнитура «Тайме». Печать цифровая. Усл. печ. л. 1.1. Тираж 100 экз. Заказ 108.

Отдел оперативной полиграфии издательства Тихоокеанского государственного университета. 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Тихоокеанский государственный университет»

На правах рукописи

04201362114

Шалобанов Сергей Сергеевич

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПОИСКА ДЕФЕКТОВ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ МОДЕЛЕЙ ДЕФЕКТОВ

05.13.01 - системный анализ, управление и обработка информации

(техника и технология)

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., доцент Воронин В. В.

Хабаровск - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ПРОБЛЕМЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 10

1.1. Диагностические модели САУ 11

1.2. Структурно-матричная модель непрерывных САУ 18

1.2.1. Построение структурно-матричной модели 18

1.2.2. Вычисление функции структурной чувствительности 21

1.2.3. Вычисление функции параметрической чувствительности 22

1.2.4. Вычисление топологической чувствительности 23

1.2.5. Пример получения структурно-матричных моделей ОД 23

1.3. Конкретизация цели и задач исследования 25

2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ПОИСКА ДЕФЕКТОВ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ МЕТОДОМ ПРОБНЫХ ОТКЛОНЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ 27

2.1. Диагностический признак наличия дефекта для метода пробных отклонений параметров модели 28

2.1.1. Интегральные оценки сигналов для вычисления диагностического признака дефекта 28

2.1.2. Нормированный диагностический признак наличия дефекта 30

2.1.3. Векторная интерпретация диагностического признака 34

2.2. Алгоритм поиска одиночных структурных дефектов методом пробных отклонений параметров модели 36

2.3. Алгоритм поиска одиночных параметрических дефектов методом пробных отклонений параметров модели 40

2.4. Алгоритм поиска кратных структурных дефектов методом

пробных отклонений параметров модели 46

2.5. Алгоритм поиска кратных параметрических дефектов методом пробных отклонений параметров модели 49

Выводы 53

3. ОПТИМИЗАЦИЯ МЕТОДА ПРОБНЫХ ОТКЛОНЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ САУ 54 3.1. Теоретическая различимость дефектов систем автоматического

^ управления 54

3.2. Поиск дефектов в дискретных системах автоматического управления 56

3.3. Способы оптимизации поиска дефектов для метода пробных отклонений параметров модели 62

3.3.1. Поиск дефектов с использованием условного алгоритма 62

3.3.2. Поиск дефектов с использованием адаптации 68

3.4. Метод знаков передач сигналов с использованием нормированного диагностического признака 71

3.5. Метод знаков передач сигналов с использованием бинарного диагностического признака 75

^ Выводы 82

4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ 84

4.1. Описание применения прикладного программного комплекса 84

4.2. Опытная эксплуатация прикладного программного комплекса 86

4.3. Имитационное моделирование процессов поиска дефектов 90 Выводы 117

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 119

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 122

ПРИЛОЖЕНИЕ 137

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Задачи создания и исследования алгоритмов диагностирования занимают важное место в общей проблеме построения высокоэффективных методов, алгоритмов и диагностического обеспечения систем автоматического управления. Применение структурных методов и алгоритмов, базирующихся на структурных свойствах объектов диагностирования, является перспективным направлением.

Для описания проявления некоторых дефектов часто необходимо менять структуру динамической модели одного или нескольких блоков объекта. Это может приводить к ошибкам поиска дефектов при решении задачи с использованием диагностической модели неизменной структуры. Поэтому необходимо строить диагностические признаки по структурному (блочному) принципу и исключить этап параметрической классификации из процесса технического диагностирования для устранения источника ошибок. В этом случае появляется возможность поиска дефектов в условиях изменения размерности параметрического пространства и структуры моделей блоков.

С помощью структурного подхода возможны процедуры исследования и создания диагностических моделей линейных и нелинейных объектов с целью назначения требуемого количества и позиционирования контрольных точек, а также вычисления теоретической различимости всех возможных в объекте дефектов.

Для решения перечисленных задач целесообразно применять структурные методы диагностирования, использующие модели дефектов. В качестве моделей дефектов в работе используются модели с пробными отклонениями параметров передаточных функций блоков или матрица знаков передач сигналов от выходов блоков к контрольным точкам.

Анализ состояния вопроса по данной проблеме показывает, что перечисленные выше задачи не решены в полной мере.

Целью работы является решение задач разработки структурных методов и алгоритмов построения и анализа диагностических моделей и поиска дефектов непрерывных и дискретных, линейных и нелинейных систем автоматического управления, уменьшающих вычислительные затраты на диагностирование и повышающие различимость дефектов.

Задачи исследования:

1) разработка методов и алгоритмов поиска дефектов в системах автоматического управления на основе пробных отклонений параметров модели, матрицы знаков передач для построения нормированных и бинарных диагностических признаков, значительно сокращающих вычислительные затраты на диагностирование;

2) разработка методов и алгоритмов назначения контрольных точек и выбора значений используемых диагностических параметров;

3) разработка программных средств для исследования свойств предложенных методов и алгоритмов.

Методы исследований базируются на математическом аппарате теории управления, теории чувствительности, системного анализа, высшей и линейной алгебры. Проверка и исследование свойств алгоритмов диагностирования осуществлялась путём их компьютерного моделирования.

Научная новизна работы:

1) Разработаны методы и алгоритмы поиска дефектов в системах автоматического управления, основанные на использовании пробных отклонений параметров модели, матрицы знаков передач сигналов блоков объекта для построения нормированных и бинарных диагностических признаков, значительно сокращающие вычислительные затраты на диагностирование и улучшающие различимость дефектов;

2) Предложены нормированные и бинарные диагностические признаки наличия одиночных и кратных, структурных и параметрических дефектов, для

нахождения их методом пробных отклонений параметров модели и методом знаков передач;

3) Предложены нормированные количественные характеристики априорной и апостериорной различимости структурных и параметрических дефектов для анализа свойств разработанных алгоритмов;

4) Разработана методика назначения контрольных точек и выбора величин используемых диагностических параметров в объекте диагностирования путем анализа значений характеристик различимости пар дефектов;

5) Созданы программные средства, реализующие предложенные методы и позволяющие исследовать свойства алгоритмов диагностирования и свойства объектов диагностирования.

Практическая значимость работы. Предложенные методы поиска дефектов, назначения контрольных точек и выбора значений диагностических параметров позволяют существенно сократить объем измерений на объекте. Программный комплекс обеспечивает возможность разработчикам и специалистам по эксплуатации систем автоматического управления задавать входные воздействия, контрольные точки, диагностические параметры, моделировать различные неисправности и результаты поиска дефектов.

Результаты диссертационной работы внедрены в ОАО «Хабаровский нефтеперерабатывающий завод», ЗАО «Стрежень», в учебный процесс кафедры «Автоматика и системотехника» ТОГУ.

По результатам работы получены 13 патентов на изобретение, 3 положительных решения на выдачу патентов на изобретения, 3 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Алгоритмы поиска одиночных и кратных дефектов в непрерывных и дискретных системах автоматического управления на основе пробных отклонений параметров модели.

2. Алгоритм поиска одиночных дефектов в системах автоматического управления на основе матрицы знаков передач с использованием нормированного диагностического признака.

3. Алгоритм поиска одиночных дефектов в непрерывных системах автоматического управления на основе матрицы знаков передач с использованием бинарного диагностического признака.

4. Методика анализа диагностической модели и выбора значений используемых диагностических параметров для разработанных алгоритмов.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на десятой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». (Санкт-Петербург, 2010), международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании '2010» (Одесса, 2010), международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований "2011» (Одесса, 2011), одиннадцатой международной научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности" (Санкт-Петербург, 2011), международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте "2011» (Одесса, 2011), международной научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития "2011» (Одесса, 2011), "Modern materials and technologies 2011" International Russian-Chinese Symposium (Khabarovsk, 2011), двенадцатой международной научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности" (Санкт-Петербург, 2011), международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании '2011»

(Одесса, 2011), XIV Краевом конкурсе молодых учёных и аспирантов (Хабаровск, 2012), где завоевали 2 место, международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте "2012» (Одесса, 2012), XV Краевом конкурсе молодых учёных и аспирантов (Хабаровск, 2013), где отмечены почётной грамотой за высокий уровень представленного научного доклада.

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 40 печатных работах, в том числе 6 - в изданиях, входящих в Перечень российских рецензируемых научных журналов.

В совместных публикациях автору принадлежат следующие научные результаты: в [89, 91, 101, 103, 105, 107] - разработка алгоритмов диагностирования, в [85, 97, 104, 106, 108 - 110, 112] - постановка задачи и разработка алгоритмического обеспечения, в [87, 88, 98, 99, 113 - 115, 118, 124] - программная реализация алгоритмов поиска дефектов.

Результаты работы, полученные автором самостоятельно и опубликованные без соавторства, отражены в [86, 90, 92 - 96, 100, 102, 111, 116, 117, 119-123].

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, приложения. Работа содержит 136 страниц основного текста, 32 рисунка, 8 таблиц, библиографический список из 129 наименований.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ПРОБЛЕМЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Современное состояние диагностического обеспечения (ДО) характеризуется большим числом методов и алгоритмов поиска дефектов в динамических системах, в частности системах автоматического управления (САУ). Эффективность проектирования, создания и эксплуатации систем автоматического управления обеспечивается применением алгоритмов и методов их диагностирования.

Уменьшение аппаратных или программных затрат на поиск дефектов представляется непростой задачей из-за достаточной сложности системы автоматического управления, которая является структурно связанным динамическим объектом. Улучшение различимости дефектов и увеличение помехоустойчивости диагностирования является сложной и актуальной задачей.

Описание поведения в исправном и неисправном состояниях и наличие формального описания объекта предполагает процессы построения ДО некоторого объекта диагностирования (ОД). Диагностической моделью (ДМ) будет называться формальное описание ОД (в аналитическом, графическом, табличном, векторном или другом представлении). Вид ДМ принят в качестве основного признака классификации при детальном анализе процессов диагностирования, потому что в наибольшей степени влияет на выбор методов поиска дефектов САУ [1 - 3]. Методы диагностирования классифицируются и по используемому математическому аппарату (теория чувствительности, теория идентификации, теория распознавания образов), по типу диагностических параметров (коэффициенты дифференциальных уравнений или передаточных функций, показатели качества регулирования), по используемым режимам работы объекта при диагностировании (динамический, статический), по задачам диагностирования (поиск дефектов, проверка работоспособности).

1.1. Диагностические модели САУ

Функциональные диагностические модели используются в тех случаях, в которых возможно разложение ОД на ряд частей, функционально связанных между собой, но вместе с тем имеющих определённую самостоятельность [4]. Частое применение функциональные диагностические модели получили в задачах уменьшения количества контрольных точек и создания оптимальных алгоритмов диагностирования. Так как каждому элементу функциональной модели соответствует динамический элемент (ДЭ) системы автоматического управления, то для системы автоматического управления в роли функциональной модели обычно рассматривают её структурную схему [5-14].

Достичь соответствия функциональных диагностических моделей излишне детализированным структурным схемам можно путём объединения ДЭ. Любой функционально независимый элемент раздельно представляется в области передаточных функций, поэтому необходимость в детализации обычно не обнаруживается.

Для получения логической диагностической модели каждый блок функциональной модели замещается некоторым числом блоков. При этом любой блок логической модели имеет существенные для её выхода входы и только один выход. Логические модели могут совпадать с функциональными моделями, так как функциональная модель сходна с логической моделью [5 - 8, 15-19].

Для построения функциональной или логической диагностических моделей ОД необходимо использовать их функциональную схему, где каждый функциональный элемент объекта диагностирования является одним элементом функциональной или несколькими элементами логической модели.

Функциональные ДМ обладают следующими особенностями [4]:

1. Все динамические элементы проверяемого ОД описываются функционально связанными между собой логическими блоками ДМ.

2. У каждого логического блока может быть неограниченное число входных сигналов и только один выходной сигнал.

3. Нахождение любого блока возможно в одном из двух несовместимых состояний (работоспособном или неработоспособном). Допустимым считается выходной сигнал работоспособного элемента. Считается, что допустимый выходной сигнал любого блока имеет место только в случае, если являются допустимыми, все приложенные к этому динамическому элементу входные сигналы.

4. Отказ только одного блока или отсутствие отказов является одним из двух несовместимых состояний объекта диагностирования.

Любое состояние объекта, состоящего из совокупности блоков п, можно описать и-мерным вектором состояний С, 1-й элемент которого равен нулю, если выходной сигнал 1-го блока не допустим, или 1-й элемент равен единице в обратной ситуации.

Устанавливаются также все возможные проверки для поиска дефектов в ОД. Проверки будут производиться для вычисления одного из двух его состояний. Любая проверка имеет два окончания: отрицательный при недопустимом выходном сигнале контролируемого блока (равном нулю) и положительный при допустимом выходном сигнале блока (равном единице). Абсолютно все проверки считаются равновесными.

Для поиска дефектов в ОД определяется совокупность проверок 77 = {п^; I = 1,...,т. Любая проверка показывает, какому окончанию отрицательному или положительному принадлежит 1-й элемент состояний.

Исключают не различающую проверку, определённую только нулями или только единицами. Для избавления от не различающих проверок нужно внести коррективы в структуру объекта (например, оборвать обратные связи ОД) или использовать дополнительные контрольные точки. Каждое состояние объекта диагностирования однозначн