автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Методы и устройства экспресс-анализа быстропеременных процессов

РГ6 од

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕНЗЕНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

БЕРЕСТЕНЬ Михаил Петрович

УДК 681.518.5

МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА БЫСТРОПЕРЕМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Специальность 05.13.05 — «Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ПЕНЗА 1093

Работа выполнена на кафедре «Автоматика н телемеханика» Пензенского политехнического института.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор Осадчий Е. П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Прохоров С. А., кандидат технических паук, доцент Жадаев А. А.

Ведущее предприятие — Научно-исследовательский институт физических измерений.

Защита состоится в 14 часов, 17 июня 1993 года, на заседании специализированного совета К 063.18.01 Пензенского политехнического института.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пензенского политехнического института по адресу: 440017, г. Пенза, ул. Красная, 40.

М Я _ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета к. т. п., доцент

10. Л1. Крысий

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Возрастающие требования к надежности и эффективности сложных технических объектов (СТО) приводят к необходимости болэе глубокого и разностороннего исследования их динамических свойств, следствием чего стало широкое распространение соответствующих систем контроля и испытаний. Б качеств© источников информации о техническом состоянии механизма все чаще используются возникающие при его работе быстроперемен-ные процессы (БШ) (вибрации, пульсации давления, акустическое излучение, и др.). Эти процессы содержат обширную информацию о взаимодействии отдельных деталей и узлов механизма, обладая при этом чувствительностью к дефектам. Поэтому акту-альва задача извлечения требуемой .информации об объекте посредством анализа БШ, регистрируемых при испьггайиях .и эксплуатации СТО.

Необходимость обработки больших объемов экспериментальных данных делает одним из наиболее эффективных инструментов исследования БПП экспресс-анализ, который обеспечивает получение статистических характеристик случайных процессов или принятие решения об изменении их свойств с заданной точл ностыо при иишвяальных временных затратах. Требование максимального быстродействия резко ограничивает круг способов исследования БШ, что приводит к необходимости разработки специальных методов анализа. Эти метода могут быть реализованы . как в виде программ дая ЭВМ, так и в виде специализированных устройств или систем контроля.

11ель работы. разработка методов экспресс-анализа БШ и их реализация программными и аппаратными средствами.

Остготдаыми аяпячями исслепстаяттия. вытекающими из гостав-лэнной пели, являхтгся следующие:

-проведение критического анализа существующих мэтадов исследования БШ;

-разработка и исследование методов экспресс-анализа, ориентированных на обработку больших объемов БШ с целью обнаружения моментов изменения свойств случайного про-цэсса;

-создзниэ методики экспресс-анализа БШ на основе разработанных методов;

-создание програижногс обествчепия язтодики;

-разработка аппаратных средств экспресс-анализа БПП. Мвтппы исслвдевятая базируются на использовании теории случайных процессов, спектрального анализа, статистического моделирования. Экспериментальные исследования проводашсь с помощью как программных, так и аппаратных средств разработанных систем контроля.

Основные ндучтая ррзулкгчтц: разработан и исследсзан метод экспресс-анализа БПП по системе статистических характеристик в условиях ограниченной априорной информации; разработан и исследован способ экспресс-оценивания сгокгра мощности, обосновано его применение для экспресс-анализа БПП; предложен способ сравнения экспресс-оценок спектра ДЕух сигналов; выработаны рекомендации по выбору способа экспресс-анализа з зависимости от априорной информации сб исследуемом БШ; разработана методика экспресс-анализа БПП с целью определения моментов изменения их структуры.

Прянти^вская чанность. 3 результате прозеценных исследований разработан пакет пржладньос программ, предназначенный для экспресс-анализа результатов испытаний новых образцов техники. Разработаны системы периодического контроля БПП. а такта система зкспрзсс-зяализа БПП в текпз поступлз-НЙЯ ДаЕЕЫХ.

. Основные результаты диссертационной работы внедрены и использованы в НПО "Энергия" {".Калининград) и в НПО "Точность'* (г.Тула).

¿лрпг?атая р^Поть;. Основные полсикзнкя диссертационной

-Всесспзных научно-технических конференциях и зональных сеишарах*"Метода и средства измерения механических паралзт-ров в системах контроля и управления" (г.Пенза, 1982, :53о, ' 1937, 1583, 1589, 1590, 1591, 1992 г.г.);

-Всесоюзной хонфзрзгдк "Т1роб„е^ метрологического ссес-пвч-энпя разработки, испытаний. эксплуатации л ремонта авиационной техники" (г.Москва, ;98-1);

' -Сгахиализированнсм семинаре "Испытание. оэрт^п-сапня л диагностирование тэхеологичэскогз сбсгудсзанпя комплексного аатсмагазирсваннога производства" (г.Москва. ;335. 135о, :589 г.г.>:

тВсзссюааса ссзепцшзп "Проблл:.щ теория чуЕст^гге-олсстя

электронных и злогггромеханических систем" (г.Мэскза, 1937};

-Всесоюзных конференция: "Образное представление данных з управлении и научных исследованиях" (г.Москва, 1937, 1993 г.г.);

-научно-технической конференции "Надежность и высокона-еюжностъ", (г.Севастополь, 1931 г..).

Пу^тичаттэт*. По результатам проведенных исследований и разработок, выполненных з процессе работы над диссертацией, зпубликоваяо 23 печатных работы, в том числе получено 2 авторских свидетельства. v

. Структура w объем диссертации. Диссертационная работа-состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы , приложений и содержит 125 страниц основного'текста, ылюслрируёмого рисунками и таблицами на 44- страницах. Общий збъем приложений составляет 47 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Нп тгаататогк формулируются задачи исследования, показа-га актуальность разработки' методов и средств экстреGc-анали-за быстропеременных пропэссов.

В перяоА гляве рассматриваются вопросы автоматизации анализа БПП, регистрируемых при испытаниях образцов новой гехники, посредством создания специализированных устройств и зистем на базе ЭВМ.

При исследовании динамических свойств СТО, оценивании лх технического и функционального состояния, определении допустимых динамических нагрузок и некоторых других задачах анализа БПП -наибольший интерес для исследователя представля-от те моменты врекени, когда происходит изменение свойств (ИС) БПП (смена режима, сбей в работе объекта, возникновение зексправности и т.п.). Поэтому использование детального ана-шза БПП на протяжении всего экспгртпгзнта нецелесообразно, газе как связано с больними вшмекЕыки затрата-,ж, предъявляет эысокиз требования к технически" средствам обработки, а значительная часть получаемой информации не находит применения, tes противоречий пззваяйвт кзбежаггь использование экспресс-анализа. В этом случав ксследсвзнаэ БИТ разбивается нз два этапа /3,9,10/. На первом стада методами зксцрвсс-авализа

выявляются участки реализации Б1Ш,: где сигнал меняет свои свойства. На втором этапе проводится детальный анализ отмеченных участков и конкретизируется, какие изменения а структуре сигнала имели место. Кроме того, результаты экспресс-анализа могут быть использованы для обоснования выбора метода детального анализа, что также повышает эффективность исследований.

Главное требование к способам экспресс-анализа - максимальное быстродействие (при допустимом уровне достоверности результатов), поэтому целесообразно использовать узкоспециализированные метода, учитывающие физические особенности исследуемых сигналов.•

Анализируется структура БПП (вибрация, пульсаций давления, акустического излучения) и делзотся еыбоц о том, что их можно рассматривать как композицию узкополоснъгх составляющих аддитивно смешанных с широкополосным шумом. Под изменением структуры сигнала применительно к БПП понимается существенное изменение амплитуд составляющих, перераспределение энергии по частотам, рост шумовой компоненты, поязленив гармоник или субгармоник основной частота возбуждения и т.п. ИС сигнала различают также по характеру проявления во времени. Отметим три основных случая; 1) кратковременное изменение характеристики БПП, после чего характеристика принимает первоначальное значение; 2) скачкообразное изменение характеристики сигнала; 3) плавное изменение характеристики сигнала.

Обосновывается необходимость при экспресс-анализе .перехода от реализации БПП к ее статистическим характеристикам, что позволяет представить' информацию в более компактной форме, удобной для дальнейшего использования. Такой переход неизбежно связана с потерей информации, поэтому при выборе статистических характеристик важно глубокое псниманна специфики конкретной задачи, чтобы в концентрированной форме сохранить нужную информацию.

Предлагается подход к анализу БПП, предполагающей следующий порядок действий: разбиение реализации БШ на участки; вычисление статистических характеристик на .участках (формирование перв;гчЕых признаков); формирование .вторичных признаков БПП; принятие решения а наличии или отсутствии ИС БПП (классификация участков) /5,12/.

Рассматриваются требования к статистическим характеристикам с точки зрения использования их в качестве признаков БПП. Отмечается, что главными являются требования высокой чувствительности к ИС сигнала и малые врэменные затраты на вычисление.

Проводится сравнительный анализ статистических характеристик случайных процессов (срэднее, дисперсия, параметры выбросов, корреляционно-спектральные и др.)-и делается вывод о том, что. одновременно с увеличением их информативности растут и временные затраты на их вычисление. Это приводит к необходимости поиска компромисса, заключающегося в том, что для экспресс-анализа нсжэт быть использована Система быстро-вычисляемых статистических характеристик, каждая из "которых чувствительна к одному или нескольким видам ИС БПП.

-Отмечается, что при поиске моментов изменения структуры ВПП, когда требуется не абсолютная точность определения ха-эгктеристикк, а оценивание тенденции ее изменения, представляется перспективным использовать специальные, ориенткрован-ше на определенные вилы сигналов (а, следовательно, более тростые- и быстрые) алгоритмы оценивания высокоинформатив-1ых, но медленновычисляемых характеристик, главным образом, зпекгральных. Проводится анализ ряда таких методов и указывается на метод экстремальной фильтрации (Ерохин АЛ. Ап-гроксшация много экстремальных функций и вопросы сжатого ¡рздставления-инфоромации:Сб.Методика измерения гравитацион-ых полей.ИФЗ, АН СССР.-М.,1574), как на наиболее перспек-ивный.

Проводится сравнительный анализ методов обнаружения вменений структуры случайных процессов и делается вывод о ом, что в условиях минвдука .априорной информации наиболэе ерспективно использование решающих празил на базе вычисле-ия Евклидова расстояния, .для которого характерны простота нтерпретагаз: и каа-ie временные затраты" на вычисление -

Проанализированы и систематтаировайы основные факторы, т которая; при избранно* подхода зависит достоверность" обна-ууен.м ИС БПП ( без учета влияния процедуры регистрации Til): '} состав системы признаков БПП; 2) длительность элв-?нтарного участка анализа (ДУ> БПП; 3) решающее правило и го параметры.

Еыбран способ (на 'основа моделирования методом статистических испытаний), с помощью которого может быть оценена достоверность обнаружения КС ЕПП.

Сформулированы 'основные теоротачбскиэ задачи, решение которых необходимо. для реализации предложенного подхода к экспресс-анализу БПП.

Во второй гляв» рассматривается некоторые вопросы • экспресс-анализа ЕПП.по системе статистических характеристик.

Формулируется два варианта постановки задачи экспресс-анализа:

1) обнаружониа КС БПП с максимальной достоверностью при заданном врекани анализа -Т (цэлэвая функция при ограничении Iй« Т

тпси*

О = сдх О,,

V

где О - достоверность анализа ; 0.- достоверность анализа с помощью 1-ой системы признаков; I"'- время анализа);

2) анализ БШ на предает поиска ИС за минимальное время при заданном уровне достоверности п(шлэва>1 функция при ограничении О >

Г'= гаи Т., к.

где Т^-врэыя анализа с поаодаз а-ой снсташ ясизнэкоэ). Ука-зываотся пг сгошфиау фортлфованЕя систем признаков для кза-~ого блучазз.

БсхзвЯпггп:» с то «пет орс-ЕШ экспресс -анализа, псксоатс-котсг::з г.гра%гешзуот кгга^л яс пржнаков. является: а) дзотоЕгрность бцявд»еяп • »1С конкретного вида, :-:отсрух оЗзсш'ПЕгот пр;глзнон::э данного пгглзяака {далго будт-ч нззы-вагь этот показатель с&эгагнсстьз ярк-зэквная пр^к—са ил: просто з$фа1гп;згостыз); б) врзнг г-ппслгЕши Рзсстетргзслгс« способи екдйпзагня к^окп^ост:: признаков. 3 результат* сравнена Е1Х£гоазтся. способ- ст^та.тг'госпсга г-'сгзхтроггшхя ушшерсальЕыа. В свягк с зтгг: со'ссцогнвзйтс-гиглггссть пр:Е.:эноп:ц; спзсссг- г-одалировгния случайных процессов с садаЕЗЫГП ксгя^тягзггЕгс-спсэт&злыги! з: характерпепг ллзх /1.~,1Т/ для ¿ср,;:"роЕ2Е:-:я г,юдэлз;1 БШ. "ржодятся яри лг»сы зггюед&чя оффзкптксстх ряда хэракгогистак з соотэот ствии со о^дуваим азгорлтлеи: ' ) маркируются подэле :-:сз:од ного ЕПП и БПП. согэрвегэго ИС: 2> могзх: раазизааггея п

участки, для каждого из которых вычисляется исследуемая ха-рактзристика; 3) строятся эмпирические распределения характеристик, пересечение которых опрэделяет значение вероятности ошибки рСеЗ при выявлении ИС данного вида с помощью избранной характеристики; ¿) определяется эффективность харак- ' теристкки - 1 -рСе).

Эффективность выявления ИС 1-го вида с помощью некоторой к-ой системы из Ц признаков ) огтрздэхязтся как

^

где * -. эффективность j -го признака при выявлений КС i -го вида.

Предлагается алгоритм формирования субоптнмальной' сис-■темы признаков на осиове вычисления эффективности /14,20/. Алгоритм предусматривает следующий порядок действий; 1) формирование модели исходного БПП, как ко.чпозиции узкополосных составляющих и широкополосного шугла; 2> составление перечня зозможных видов КС ЕПП (достаточно общего вида: появление дополнительной высокочастотной составляющей, изменение мощности низкочастотной составляющей и т.п.) и формирование соответствующих им моделей; 3) формирование избыточного наборз характеристик (признаков); 4) оценивание. эффективности характеристик; 5) оценивание врзкенных затрат на вычислэшв характеристик; 6) формирование систем признаков и оценивание их эффективности

Ч

Ч = I V рИС1,

1-. 1

где РЛС1 - вероятность появления КС 1-ого вида, и соответствующих их врзкенных затрат

I \ •

где Т - Ерега вычисления ¿-ой характеристики; 7) поиск суб-оптинагьЕоЯ спстскы пртзнэков, т.о. тг.тащзй максимальную эффективность среди Есех систем удовлетворяющих условию 1' Т (для первого варианта постановки задачи}.

Очевидно, что ■заличке априорной информации о структуре БПП позволяет приблизить состав субоптккальнсй систеш признаков к отгткяальноа, а так?;? сократить временные затраты на ел фсрмгазоваЕке.

Показано, что достоверность экспресс-анализа зависит от выбора длительности элементарного участка анализа (ДУ). Для малой ДУ характерно большое количество ложных срабатываний (ошибок первого рода), на фоне которых теряется действительное ЙС. При слишком большой ДУ, получается эффект сглаживания, который приводит к пропуску HC (ошибке второго рода). Оптимальным" (Т ) будем считать значение ДУ, при котором обеспечивается минимальная вероятность оиийки при выявлении ИС БПП (pCe;D):

То = arg min рСе; TD ,

т

где Т - длительность участка. Известно (Вопросы статистической теории распознавания/Под.ред.Барского Б.В.-М.:Сов.радио. 1967), что вероятность ошибки связана с дивергенцией. В частности, если признаки БПП имеют нормальнее распределение, то большей вероятности ошибки однозначно соответствует меньшее значение дивергенции (I). Тогда

То= arg шах KD .

т

В общем случав душ обнаружения ИС разных видов оптимальные значения ДУ могут не совпадать. Тогда выбор ДУ осуществляется в соответствии с критерием, минимизирующем вероятность невыявления ИС любого вида:

То- arg ein пах J^CD,

где X^CD - дивергенция для i-ro вида ИС.

Обосновано использование при классификации участков со -адизгцял БПП рэшаа^зго правила на основе вычисления расстояния Евклида: статаэтся, что имело ?.:есто КС. если расстояние Евклида кэйшу признакам БПП на текущем участке и некотором ч базовом превышает допустимее знач&зиэ /11,13/. Соряударуяггся правила классификации-участков пз четырем категориям: "норма", "начало еоеого устойчивого состояния", "пэрзходзое состояние", "сбой". Рзссматрлваотся призмы формирования бззо-eüä признаков в услсз::ях ограниченной априорной информации.

Призодсгтся прнг.зр оценивания достоверности обнаружения ИС БПП с еешодь» аппарата статистического модалфсваяия. Прсмдей анализ фактороБ, влияющих на достоверность зке-пресс-аайлиза по статистически?,5 характеристикам и предложена tri классификация. Расонатриваш-ся пути повышения достоверности зкспрсс:с--к5_^&'1. ■

Приведено описание разработанной методики экспресс-анализа Б1Ш по системе статистических характеристик /18/.

3 третье? глава рассмотрены вопросы, связанные с разработкой способа экспресс-анализа спектра мощности. специально приспособленного для анализа БШ большей длительности.

Спектральный анализ является "одним из наиболее мошных средств исследования случайных прсцэссоз, однако, (дате при использовании специальных алгоритмов типа быстрого преобразования Фурье (БПФ) или алгоритма Винограда) требует больших временных затрат. Поэтому актуальна задача разработки способов экспресс-оценивания спектра мощности для определенных классов сигналов. В гл.1 отмечалась перспективность .метода экстремальной фильтрации, как основы для разработки способа получения экспресс-сценок спектра ("СС).

З.адача определения ЭОС состоит из двух частей: а) раз-желание-исходного сигнала на составляющие (компоненты) ; б) определение параметров компонент. Разделение сигнала на со-зтавлягсщз осуществляется с помощьаз экстремального цифрового фильтра, который обладает высоким быстродействием в силу того. что при обработке используется с:-;:атс0 представление сиг-зала - последовательность его экстремальных значений.

"зтод экстремальней фидьтрагсет зааязчзэтея з слздуохом

'3/. Из неходкого сигнала 1= (х,,х,.....выделяется по-

дадавэтзлъаость о:сстре;,г/мсв Хэ=1хэ1,^э2.....:с5,,3 (с сос-

ггесамл I, ... Л,.,], которая сгла\<ивазтся зке-

рьмальш-П ф:1льтрсм зпда

'ерзая, ^ыссксчастотззя. ссстазлнхдая определяется из осст-СЕЗНИЯ

-ь..- -смелее н^зкочастотнь'е состаздясаЕЭ получается при применении

кшописганой крогэдура :? последовательности 2„. Прязнакси

кенчания фильтрата! слукгт получиннэ онайзизрекзнноа послэ-

ЭБзтельнсстл 2 . Зга последовательность энстрзглумсв сосг-

этстзует самой низкочастотной упкополоснсЯ *сс:лпонентэ.

Показывается важное свойство палучгекых последовательнее-гд I и- не не о компоненты) - знакспэрз^е-нность, то есть зеедние элементы всегда икекгг разные знака.

.".'езддагзэтея спсссбы вычисления параметров (резонансной

частота и мощности) узкополосных составляющих, представленных последовательностью сзоих экстремумов /21.22/. Значение резонансной (центральной) частоты совпадает с математическим ожиданием числа пересечений процессом нулевого уровня (в одном направлении). Учитывая, что последоватехоностк экстремумов компонент сигнала знакопеременны II число нулей совпадает с числом экстремумов, можно записать соотношение для оценивания центральной частоты 1-ой компоненты:

- Г1 = ЁПГ '

где I - длительность анализируемого процессам Гч-число экстремумов. Предлагаются способы оценивания дисперсии (мощности) составляющих (на основе ^неравенства Чебыаева, эквивалентных гармонических колебаний, на основе аппроксимации последовательности экстремумов различными функциями). В результате проведенного сравнения делается вывод, что наименьшую погрешность вычисления дисперсии обеспечивает способ на основе аппроксимации последовательности экстремумов полиномами вида:

хСО х^- «р [ - —2- ] .

где ^-параметр аппроксимации. В этом случае дисперсия вычисляется по формуле:

к

= цгп

1=1

Полученные параметры составляющих сигнала используютс! в качестве признаков^ при классификации участков /19,21/, Предлагаются два подхода к сравнению ЭОС: 1) формирование вторичных признаков по ЭОС, которые с достаточной степень! точности характеризует БПП; применение доцускового. контрол. к вторичным признака,'.; 2) вычисление характеристики- аналог расстояния; применение допускового контроля к полученной ха рактеристике. В качестве вторичного признака предлагаете использовать моменты спектра мощности. При этом отмечается что наиболее - аффективно применение моментов душ сигналов имеющих в спектре ярко выраженную мощную составляющую, во круг которой группируются остальные .составляющие. Второ подход является более универсальным. Расстояние определяете подобно правилу Евклиде:

dCS„,55 -)'У Cf.,,- f -7г}2 (15

' ^ i j j J »

где S,Se- матрицы признаков на текущем и базовом участках: Г ,<72 .f „ - значения центральной частоты л мощности j-ой

i J & J —J

компоненты соответственно на тзкупем и базовом участках; :<_-количество компонент. . Приведенное соотношение позволяет заявлять изменения как центральных частот, так и мощностей компонент. • Для исключения влияния разных размерностей признаков производятся их нормирование. При разном числа компонент в cpaBHHBPjoMbix сигналах выражение (1 ) модпфшдфуется в соответствии с "принципом ближайшего соседа": расстояние вычисляется между блжкайшжш (по частоте) составляющими. :>г?'.е-4tg предлагаете способы вычис-^енпя расстояния удовлетворяют требованиям, которым должны отвечать любые меры типа расстояние {полеж-ггелышеть. расстояние равно аула только для случая совпадения признаков и т.д.).

Проведено сопоставление способов зкспрзсс-злализа по спектру исгщости на основе БЕЗ и по ЗОС. Сттэчено. что пои равной достоверности, во - втором случае удается зскрзтять нрз:леннъ:-з затрата более чем в А раза.

Разработала ?'птод;дса экспресс-анализа по ЗСС. ^ ггдт-гпг^г"» т рассг'гтдзЕахггсл зсгпзесы поализася: .чатоджл экспресс -анализа ЕПП.

Разработал пакет прикладных прогрг:.'.:= /10,13/ (васианта для ЕС С-ЕМ и для ПЗБЧ, совместимых с 154 PC), погЕСЛяэгий ппсводагь аис-.лз"~ПП кглс по систоле статистичес-сп гаоактв-рпстпс, т по ?.С-С. Пдкзт ¡?ня непельзезгн длл анализа роускорэшгй Л ПУЛЬСЗЛК! ДЗВЛЭЕДЯ. РОЗУЛЬТЙТЛ "КСП0С:1"9ЕТЗЛЬ-:тсслодо2ан:-35 педтдзрддли работоспоссздость пцэдлагдзлм :.-ето.ппс1: баи й6нгг,г*г«ы «С Б1Ш как пттпыэ < ;:п;.:едониэ гз~ •:г.г.!>ч работа са*.о:сг-), т-д: и ниовглЕдя ессплт д сссото --эглс-7r:ro--v-r.i я .чдпзпггг.'ГУ. Тестидовгнпэ на 15?! PC AÏ/2S5 полизало, что для зкспдзсс-диализа по сОС ре;',:™ainsi БПП "сч асо тис. отсчетов тсзбуотся 152 секунды. Анализ тдзпнкг ЕПП более сгзп.чт-гдрн пся прилененш! CGC. Однако. ;т-что кспользовзнот сястехы хасдетористн:-: другого сс~ отаня мо::-:зт сказаться болгз быгодпш в олучнз анализа ¿Ш1

ДЕУППГ КЛЗССОЗ.

Рззсаботады яногоягязльные систе:,.ы пзшодпчоского копт-

роля БПП на базе ПЭВМ типа "Искра 1030" и ЕС 1840. В системах реализован способ экспресс-анализа БПП по ЭОС.

В работе приводится описание четырехкаиалькой системы периодического'контроля, в которой данные поступает- в ЭВМ в последовательном коде черзз служебный вход непосредственно с аналого-цифрового преобразователя (АЩ), что позволяет свести к минимуму аппаратурные затрата, но максимальная частота дискретизации БПП при использовании даенавдатиразряцао-го кода не превышает 1 кГц. Управление работой системы и ввод информации в ЭВМ осуществляется полностью программными средствами.

Введение в состав системы периодического контроля внешнего буферного оперативного запоминающего устройства (БОЗУ) р. схемы управления, позволяет значительно расширить еэ функциональные возможности. Использование БОЗУ для согласования скорости поступления данных со скоростью их ввода ь ПЭЗМ позволяет увеличить максимальную частоту дискретизации до нескольких десятков килогерц. Схема управления обеспечивай" прием команд от ЭЗМ, их дешифрацию и управление элементами системы (выбор частоты дискретизации, коммутацию каналов к т.д.). Программное обеспечение системы включает в себя : а) . модуль экспресс-анализа (по ЭОС); б) модуль детального ана-лизг (в том числе с использованием аппроксимативного /б, 16/ к экстралслкционкого /15/ способов спектрального анализа; в) модуль управления системой и ввода данных.

Способ вычисления ЭОС адаптировал для проведения анализа б теше поступления данных, что позволило разработать систему экспресс-анализа БПП. Система базируется на ПЭВМ "Искра 1030м" и предполагает использование специального интерфейса для ввода данных в параллельном коде. При этом максимальная частота дискретизации БПП - 15 кГц. Для увеличения частоты допускается использование блока предварительной обработки информации /2,7,23/.

В прклпжвтоят приведено: программное обеспечение методики экспресс-анализа БПП; программное обеспечение системы 'периодического контроля; программное обеспечение системы экспресс-анализа БШ1 в темпе поступления данных. Представлены материалы, относящиеся к внедрению результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложен подход к анализу БПП в условиях ограниченной априорной информации, основанный на разбиении реализации процесса на участки для каждого из которых вычисляются характеристики. выступающие затем при классификации участков как система признаков; Подход учитывает необходимость обеспечения минимальных временных затрат на анализ при заданном уровне достоверности.

2. Разработан и исследован метод экспресс-анализа БПП по системе статистических характеристик; предложены принципы формирования системы характеристик путем анализа их эффективности' при выявлении изменения структуры БПП; разработан способ выбора длительности элементарного участка анализа по максимуму дивергенции; разработаны и исследсзаЕЫ принципы классификации участков.

3. ' Разработан и исследован способ . экспресс-оценивания игоктра мощности и. обосновано его использование для экс-лресс-анализа ■ БШ; разработан метод определения параметров ^зкополосеых составляющих процессов, представленных знакопеременными последовательностями своих экстремумов; предложен :пособ классификации участков реализации БПП по ЭСС.

4. На основе сравнительного анализа, исследованных в работе способов экспресс-анализа БПП выработаны рекомендации га выбору способа экспресс-анализа в зависимости от постановки задачи и априорной информации об исследуетяон БПП и юзможных видах изменения его структуры.

5. Разработана методика экспресс-анализа БПП с целью )пределения моментов изменения их структуры.

6. Разработан пакет прикладных программ, реализующий ;етодику экспресс-анализа БПП. 'для исследований после' заЕер-:ения эксперимента.

7. Разработаны системы хврподнческого контроля паранет-юз БПП. реализующие методику экспресс-анализа по ЗОС; рзз-¡аботана.система контроля параметров БПП для анализа в темпе вступления данных, которая может рассматриваться как персо-алъное рабочее место испытателя.

3. Методика успешно применялась для анализа виброуско-ений и пульсаций давлений.

Основное содержание диссертации отражено в следующих

публикация! :

1. Берестень M.П..Сазонов Б.Б.,Шкодырев В.П. Инженерная методика цифрового моделирования случайных сигналов с широким классом корреляционно-спектральных характеристик//Цифро-•вое моделирование сложных технических систем:Тез. докл.-Пенза. 1ЩКТП,1983.-С.62-63.

2. Берзстень М.П..Платонов A.B. Повышение быстродействия устройства обработки вибросишалов// Методы к средства измерения механических параметров в системах управления и контроля:1ез. докл.-Пенза,ЦЦНТП, 1983.-С.40-41.

3. Строганов К.П..Лкпощенко В.А..Шкодырев В.П..Берестень К.П. Эффективные методы обработки быстроменяющихся процессов // Проблемы метрологического обеспечения разработки, испытаний, эксплуатации и-ремонта авиационной техники:1ез. докл. Всесоюзной конф.-К.,1984.-С.161-162.

4. Шкодырев В.П..Берестень К.П. Исследование динамических характеристик линейных измерительных преобразователей методом, цифрового моделирования //Датчики систем измерения, контроля и управления:Меивуз. сб. науч. тр.- Пенза: Шнз. политехЕ. ин-т,1985 Г-С.118-122.

5. Берестень М.П. .Сазонов Б.В. Методы экспресс-обработки сигналов с вибродатчиков// Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления: Тез. докл.Всесоюзной конф.-Пенза,ЦЩГШ,1986.-С.161-162.

6. A.c. №1339456 СССР, МКИ G01R23/16. Аппроксимативный способ спектрального анализа/ Е.П.Осадчий, К.П.Берестень, Н.В.Мясникова и др.//Открытия.Изобретения.-1537.—КЗ5.-С.138.

7. Строганов М.П..ЛяпощвЕко В.А..Берестень М.П. ИКС для контроля технического состояния энергетических установок// Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления:Тез. докл.-Пенза,ЦЦНТП,1937.- С;7-6.

8. Берестень М.П.»Сазонов В.Б. Метод спектрального анализа с повышенным разрешением для обработки результатов диагностического эксперимента//ч Проблемы теории чувствительности электронных и электромеханических систем: Тез. докл.

Всесоюзного совещания.-Москва,1987.- С.189.

9. Берестень М.П..Мясникова Н.В..Строганов V.U., Шкоды-реь Е.П. Многоуровневый образный анализ информации в сизте-

мах -автоматизации диагностического эксгарижевга // Образное представление данных в управлении и научных исследованиях: Тез. докл. Всесоюзной конф.-Москва, 1937.- Часть 2.-С.".38.

10. Еерестэнь М.П. .Строганов М.П. .Шкодырев Б.П. Автоматизация диагностического эксперимента при исследовании сложных динамических -объектов// Испытание, контроль и диагностирование гибких производственных систем.- М.: Наука, '988.- С.255-269.

11. Еерзстень М.П. Метод обработай вибросигналов// Методы я средства измерения механических параметров в системах контроля и управления:1ез. дом.- Пенза. ПДКТП. 1988.-С.71.

12. Берестзнь М.П. Выявление аномальностей в структуре Бибрссигналоз// Методы и сродства измерения механических параметров в системах контроля и управления: Гез. докл. Всесоюзной конф. -Пзнза.ШШХП. ! 539.-0.152.

13. Ее реете ль М.П. Метод экспресс-анализа выходных сигналов датчиков быстрсперекенныг параметров// Датчики систем измерения, контроля и управления: -Мэявуз.сб.науч. тр.-Пенза: Газнз.Политэхн. ИН-Т.1989.-С.113-117.

14. Еерестэнь М.П. Метод экспресс-обработки быстрспзрэ-мэеннх процессов// Датчики спстегл из??ерения, контрохч и утазлзния:^»вуз.сб.науч.тр.-Пенза: Пзнз. пелнгтехн. :;д-т. 1550.-С.93-96.

15. л.с. .'il5331-il СССР.SCI GGÎRE3/Î6. Скстраггляхдхндыл способ сгзктрал^зого аззлзза/ Е.П.Ссадчгй, й.З.Нясшдссза. У.П.Строганов. У.П.5ерестэнь//Опгат^я. ПгсСрзтоная.-1 -950.-КЗ.-С.219.

16. Строганов М.П.,£рояя А.Г. .Еерестэнь М.Я. .Лсгзв Е.5. ОСнаруизгсэ гепсправнссгзЗ а дзфзэтоз на ранзей станки развитая по ncsasasHfrs вхйрсдатскоз// Прсблзш мапзшсстрсе-зпя п надз"Ностл мгшн, :9rO,.;i5.~C.:78-1CG.

?7. Еесзотэнь М.П. т-'спользозазнэ медзлеа случгзнкх ппо-::есссв в задачам окепрэсс-гаалзза нпбрссгпгнадоз // "зтеды " средства измерения «ззвнхгчеезих параметров в системах контроля "л управления: Гез. докл.-Пенза. ГШНТП. 1930,- С.79-60.

'5. Строганов М.П..Бзрастзнъ М.П. Человеко-машинный ме-гзд гдалгза рззультзтез ддагностпчэсзсго эксперимента//"06-:?.з-?0":Тзз, дежа. Всесоюзной яснф.-îj. .19Э0.-С.Д5.

19. Строганов М.П. .Ззрзстезь 'Л.П. Экспресс-обработка

вибросигналов в задачах диагностики // Контроль и диагностирование автоматического оборудования/Е.Г.Нахапетян.-М.:Нау-ка,1990.-С.100-104.

20. Берестень МЛ. Последовательный анализ вибросигналов// Датчики систем измерения, контроля и управления: Меж-вуз. сб .научн.тр.-Пенза: 13енз. политехи. ин-т, 1991. -С. 108-111.

21.. Берестень М.П. Применение акспресс-оцевок спектра для анализа вкбросигналов// Методы и средства измерения механических параметров в системах управления и контроля:Тез. докл.-Пзнза.ПДНТЛ. 1991. -С.84-85.

22. Берестень М.П. Исследование экспресс-оценок спектра вибросигналов//Датчики систем измерения, контроля и управления : Мэжвуз.сб.науч.тр.-Пенза:Пенз.Политехи.ин-т,1992.-С.94-97.

23. Берестень М.П. Устройство для анализа вибраций//Ме-тоды и средства измерения механических параметров в системах управления и контроля:Тез.докл.-Пенза.ПЛНТП,1992.-С.122.

/. Хе

/

о