автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка методики проектирования систем автоматического контроля многоканальных приемно-усилительных трактов

ВВЕДЕНИЕ.

I; СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ПРИЕМНО-УСИЛИТЕЛЬНЫХ ТРАКТОВ И ПОИСК РЕШЕНИЙ ПРИ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИИ

1.1. Системы автоматического контроля и основные показатели их качества

1.2. Объект контроля и его модель

I.S. Модель входных сигналов объекта контроля

1.4. Постановка задачи и методы исследования.

Для получения информации о состоянии сложных объектов контроля используются специальные технические средства - системы автоматического контроля /СА1{/ [1-5] . Интенсивное развитие этих систем в последние годы обусловлено необходимостью выполнения большого количества контрольных операций в течение ограниченного времени. При этом должна быть обеспечена требуемая достоверность результатов контроля.

Алгоритм функционирования, структура и характеристики САК в значительной степени определяются видом объекта контроля. В работах [3,5-10,15] исследованы модели сложных объектов контроля й даны рекомендации по проектированию САК этих объектов. Подробно рассмотрены структурные схемы САК и проанализированы основные алгоритмы контроля, получены выражения для определения числовых характеристик основных показателей качества контроля [l,3,5,9-I3j .

Существует класс объектов контроля, представляющих собой многоканальные приемно-усилительные тракты гидроакустических станций, рецепторные поля некоторых систем распознавания образов и т.п. Входные сигналы таких объектов в процессе их эксплуатации обычно недоступны для измерения с целью контроля. В то же время необходимо производить контроль по возможности без нарушения нормальной работы объекта. В упомянутых выше работах САК таких объектов практически не рассмотрены. В связи с этим возникает необходимость исследования алгоритмов эксплуатационного контроля и его основных характеристик применительно к названному классу объектов. Кроме того, актуальной является задача разработки новых алгоритмов и систем эксплуатационного контроля объектов данного класса.

В работах [4,5,11,14] подробно исследована методика проектирования САК, рассмотрены основные этапы проектирования, сформулированы критерии эффективности САК. В то же время предложенные методики являются в значительной степени субъективными и требуют от разработчика высокой квалификации, а ташке большого опыта проектирования. Это обусловлено многокритери-альностью задач, решаемых при синтезе САК. От этого недостатка в значительной степени свободны формальные методы проектирования, которые в настоящее время получают все большее развитие. Сказанное позволяет сделать вывод о необходимости создания формализованных методик проектирования систем автоматического эксплуатационного контроля многоканальных прием-но-усилительных трактов.

На защиту выдвигаются следующие основные положения.

1. Исследование алгоритмов пассивного и активного контроля, а также разработка методик расчета числовых характеристик основных показателей качества этих алгоритмов.

2. Разработка и исследование новых алгоритмов пассивного и активного эксплуатационного контроля. Разработка методик оценки числовых характеристик показателей качества этих алгоритмов.

3. Разработка формализованной методики структурного проектирования САК.

Перечисленные вопросы решаются для класса объектов, представляющих собой многоканальные приемно-усилительные тракты систем распознавания образов, гидроакустических станций и т.п.

I. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ МН0Г01ШШЕБНЫХ ПРИЕМНО--УСИЖТЕЛЪШХ ТРАКТОВ И ПОИСК РЕШЕНИЙ ПРИ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИИ

I.I. Системы автоматического контроля и основные показатели их качества

Под контролем в широком смысле понимается процесс установления соответствия между состоянием объекта контроля и заданной нормой. В результате контроля вырабатывается суждение о состоянии объекта контроля. Контролю подвергаются количественные и качественные характеристики объекта. Эти характеристики называются контролируемыми параметрами.

Операции контроля могут выполняться как с участием человека, так и автоматически. Автоматизация процесса контроля целесообразна при большом количестве контрольных операций и ограниченном времени контроля. Автоматический контроль осуществляется специальными техническими средствами, которые называются системами автоматического контроля /САК/ и представляют собой разновидность измерительных информационных систем

I] •

САК должны выполнять следующие основные функции: формирование стимулирующих /тестовых/ сигналов, восприятие контролируемых величин, реализацию описаний норм, сопоставление значений контролируемых величин и описаний норм, формирование суждений о состоянии объекта контроля и выдачу результатов контроля.

Различают САК, предназначенные для контроля объекта в процессе его эксплуатации /эксплуатационный контроль/ и для контроля при изготовлении объекта /технологический контроль/.

Б данной работе рассматриваются системы эксплуатационного контроля.

Для оценки качества систем контроля используются следующие основные характеристики: достоверность 0 результатов контроля, время контроля Тк , полнота контроля, а тагане экономические показатели [3] . Наиболее важными из указанных характеристик являются достоверность и время контроля [16] .

Достоверность контроля отражает степень доверия к результатам контроля. Количественной оценкой достоверности является вероятность правильного определения системой контроля технического состояния объекта. Достоверность контроля может быть представлена произведением [6] :

С1-1) где - методическая достоверность контроля, которая представляет собой вероятность правильного определения технического состояния объекта по контролируемым параметрам при отсутствии погрешностей их измерений, - инструментальная достоверность контроля, представляющая собой вероятность правильного сопоставления контролируемых параметров и их норм при наличии погрешностей измерений.

На основании анализа полной группы событий, возникающих при контроле, достоверность может быть представлена следующим выражением [3] :

Q-1-Рм-Рно, (М) где Рло - вероятность ложного отказа, Рно - вероятность необнаруженного отказа.

Другой наиболее важной характеристикой систем контроля является среднее время контроля Ти , которое определяется продолжительностью проверки всего объекта.

Указанные характеристики используются для оценки качества любых систем контроля. Поскольку данная работа посвящена вопросам проектирования только систем эксплуатационного контроля, то необходимо дополнительно рассмотреть показатели качества, характерные для этак систем. Такими показателями являются среднее время Тн нарушения нормальной работы объекта и коэффициент So влияния системы контроля на работу объекта.

Для рассматриваемых в данной работе объектов нежелательно прерывание их нормальной работы с целью контроля даже на короткий срок. Поэтому одним из показателей качества систем эксплуатационного контроля таких объектов является среднее время нарушения нормальной работы объекта: нее время контроля.

При проведении контроля в процессе эксплуатации может произойти временное ухудшение выполнения объектом его основных функций. Это ухудшение обусловлено влиянием стимулирующего контрольного сигнала на рабочий сигнал и характеризуется коэффициентом So влияния системы контроля на нормальную работу объекта: где Uк - среднее значение помехи, обусловленной наличием стшлулирующего воздействия., Up - среднее значение рабочего сигнала. где Тиа - среднее время наработки объекта на отказ, 7* - продолжительность межконтрольного интервала, !н - сред

На основании приведенных рассуждений может быть сформирован вектор С- показателей качества САК при эксплуатации многоканальных приемно-усилительных трактов:

Б = f Ф, Тн>8о]. (1.5)

Основные результаты и выводы по работе

1. Для систем эксплуатационного контроля объектов, представляющих собой многоканальные линейные приемно-усилительные тракты, сформулирована задача общесистемного синтеза на этапе структурного проектирования. Показано, что решение этой задачи осуществимо на основе декомпозиции вектора основных показателей качества на отдельные скалярные составляющие. Для отдельных скалярных составляющих вектора показателей качества сформулированы и решены частные задачи параметрического синтеза. При этом обеспечивается выбор оптимальных значений варьируемых параметров.

2. Предложен новый алгоритм активного контроля с адаптацией по количеству исправных каналов, позволяющий уменьшить среднее время контроля пропорционально критерию отказа объекта. Предложенный алгоритм целесообразно использовать для объектов с высокой степенью активного резервирования.

3. Предложены новые адаптивные алгоритмы активного контроля с варьируемыми интервалами между циклами контроля. Использование этих алгоритмов для контроля объектов, статистические характеристики штока отказов которых неизвестны, позволяет в несколько раз сократить время нарушения нормальной работы объекта.

4. Разработаны инженерные методики расчета основных показателей качества САК объектов рассматриваемого класса. Для систем пассивного контроля предложенные методики позволяют выбрать оптимальную величину поля допуска и рассчитать соответствующую достоверность контроля. Для систем активного контроля разработанные методики позволяют определить оптимальную величину времени контроля одного канала и продолжительность межконтрольного интервала, обеспечивающие минимальное время нарушения нормальной работы объекта при заданных достоверности и времени контроля.

5. Разработана методика общесистемного синтеза САК объектов рассматриваемого класса, позволяющая осуществить автоматический выбор алгоритма, оптимального по времени нарушения нормальной работы объекта.

6. Основные теоретические результаты подтверждены эксйе-риментальными исследованиями, при этом различие между теоретическими и опытными данными не превышает 10 %,

7. Для практического использования предложенных методик расчета, оптимизации и структурного проектирования разработаны и испытаны программы вычислений на ЭВМ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе проведено исследование известных и предложенных новых алгоритмов контроля многоканальных приемно-усилительных трактов в процессе их эксплуатации.

В результате исследования разработаны инженерные методики расчета и оптимизации основных показателей качества систем контроля, реализующих исследованные алгоритмы. Предложена методика общесистемного синтеза САК на этапе структурного проектирования для объектов рассмотренного класса.

1. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы. -М.: Энергия, 1974.

2. Электрические измерения / Под ред. А.В.Фремке и Е.М.Душина. Л.: Энергия, 1980.

3. Автоматизация контроля радиоэлектронной аппаратуры / Под ред. П.И.Чинаева. М.: Советское радио, 1977.

4. Основы построения автоматизированных систем контроля сложных объектов / Под ред. П.И.Кузнецова. М.: Энергия, 1969.

5. Автоматическая аппаратура контроля радиоэлектронного оборудования / Под ред. Н.Н.Пономарева. М.: Советское радио, 1975.

6. Барзилович Е.Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. М.: Высшая школа, 1982.

7. Пашковский Г.С. Задачи оптимального обнаружения и поиска отказов в РЭА. М.: Радио и связь, 1981.

8. Глазунов Л.П., Смирнов А.Н. Проектирование технических систем диагностирования. Л.: Энергоатомиздат, 1982.

9. Мозгалевский А.В., Калявин В.П. Системы диагностирования судового оборудования. Л.: Судостроение, 1982.

10. Мозгалевский А.В., Калявин В.П., Костанди Г.Г. Диагностирование электронных систем. Л.: Судостроение, 1984.

11. Эксплуатация радиотехнических комплексов / Под ред. А.И.Александрова. М.: Советское радио, 1976.

12. Гнедов Г.М., Кудрявцев В.Б. Основы автоматизации систем контроля и управления. Л.: ЛВИКА, 1965.

13. Радиоэлектронные автоматические системы контроля / Под ред. В.Н.Сретенского. М.: Советское радио, 1978.

14. Касаткин А.С., Кузьмин И.В. Оценка эффективности автоматизированных систем контроля. М.: Энергия, 1967.

15. Дмитриев А.К. Распознавание отказов в системах электроавтоматики. -Л.: Энергоатомиздат, 1983;

16. ГОСТ 199X9-74. Контроль автоматизированный технического состояния изделий авиационной техники. Термины и определения. М.: Издательство стандартов, 1975.

17. Фремке А.В. Телеизмерения. М.: Высшая школа, 1975.

18. Адаптивные телеизмерительные системы / Под ред. А.В.Фремке. Л.: Энергоиздат, 1981.

19. Антонюк Е.М., Родимова Р.И., Родимов А.Ф. Пути повышения информативности систем с адаптивной коммутацией. Системы сбора и обработки измерительной информации /Межвуз. сб. науч. тр./. Таганрог, 1981, вып.З, с.64-68.

20. А.С. 943529 /СССР/. Многоканальное адаптивное устройство регистрации / Е.М.Антонюк, Р.И.Родимова, А.Ф.Родимов -опубл. в БИ, 1982, №26.

21. А.С. 913437 /СССР/. Адаптивное передающее устройство / Е.М.Антонюк, А.Ф.Родимов, Р.И.Родимова опубл. в БИ,, 1982, МО.

22. А.С. 1018X40 /СССР/. Устройство для передачи телеизмерений / Е.М.Антонюк, А.Ф.Родимов, Р.И.Родимова опубл. в БИ, 1983, Н8.

23. А.С. 1020849 /СССР/. Устройство для передачи телеизмерений с адаптивной коммутацией / Е.М.Антонюк, В.Я.Артемьев, А.Ф.Родимов, Р.И.Родимова опубл. в БИ, 1983, №20.

24. А.С. 1020850 /СССР/. Устройство для передачи телеизмерений / Е.М.Антонюк, А.Ф.Родимов, Р.И.Родимова опубл. в БИ, 1983, №20.

25. А.С. 1030830 /СССР/. Устройство для передачи телеметрической информации / Е.М.Антонюк, А.Ф.Родимов, Р.И.Родимова -опубл. в БИ, 1983, №27.

26. А.С. 1059547 /СССР/. Устройство для централизованного контроля параметров /Е.М.Антонюк, А.Ф.Родимов, Р.И.Родимова, А.И.Смажевский опубл. в БИ, 1983, №45.

27. A.Ci I0832I6 /СССР/. Адаптивный коммутатор телеизмерительной системы / Е.М.Антонюк, В.Я.Артемьев, А.Ф.Родимов, Р.И.Родимова опубл. в БИ, 1984, №12.

28. Антонюк Е.М., Родимов А.Ф., Родимова Р.И., Смажевский А.И. Устройство автоматического контроля многоканального объекта. Решение о выдаче авторского свидетельства по заявке3474981/24 от 07.07.82г.

29. Антонюк Е.М., Родимова Р.И., Родимов А.Ф. О самоконтроле в адаптивных информационно-измерительных системах. -Изв. ЛЭТИ. Науч. тр./ Ленингр. электротехн. ин-т им. В.И.Ульянова /Ленина/, 1983, вып. 332, с.3-6.

30. Разумный В.М. Оценка параметров автоматического контроля. М.: Энергия, 1975, с.31-32.

31. Фридман И.Д. Выбор точности средств допускового контроля. Метрология, 1984, №1.

32. Галун С.А., Трифонов А.П. Обнаружение и оценка момента изменения интенсивности пуассоновского потока. Автоматика и телемеханика, 1982, №6.

33. Журавлев Ю.П., Костелюк Л.А., Циклинский Н.И. Надежность и контроль ЭВМ. М.: Советское радио, 1978.

34. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969.

35. Натурный эксперимент / Под ред. Н.И.Баклашова. М.: ' Радио и связь, 1982.

36. Гуткин Л.С. Оптимизация радиоэлектронных устройств. -М.: Советское радио, 1975.

37. Оптимизация радиоэлектронной аппаратуры / Под ред. А.Я.Маслова, А.Н.Чернышова. М.: Радио и связь, 1982.

38. Вермишев Ю.Х. Методы автоматического поиска решений при проектировании сложных технических систем. М.: Радио и связь, 1982.

39. Михалевич B.C., Волкович В.Л. Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем. М.: Наука, 1982.

40. Руа Б. Проблемы и методы принятия решений в задачах со многими целевыми функциями. В сб.: Вопросы анализа и процедуры принятия решений, М.: Мир, 1976.

41. Кини Р.Л., Райфа X. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения. М.: Радио и связь, 1981.

42. Антонюк Е.М., Родимова Р.И. Двухкритериальная оптимизация систем эксплуатационного контроля многоканальных объектов. В кн.: Тез. докл. УТ Всесоюзной науч.-техн. конф. "Информационно-измерительные системы - 83" /4-6 окт. 1983 г./, Куйбышев, 1983, с.154.

43. Родимова Р.И., Шшпов В.Н. Структурные схемы встроенных систем технической диагностики сложных объектов. Изв. ЛЭТИ. Науч. тр./ Ленингр. электротехн. ин-т им. В.И.Ульянова /Ленина/, 1982, вып. 313, с.34-37.

44. Прудников А.П., Брычков Ю.А., Маричев О.й. Интегралы и ряды. М.: Наука, 1981.

45. Горяинов В.Т., Журавлев А.Г., Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. Примеры и задачи. М.: Советское радио, 1980.

46. Заярный П.П., Закаворотнов Е.А. Уменьшение потока информации при цифровом форлировании характеристик направленности. Системы сбора и обработки измерительной информации /меж-вуз. сб. науч. тр./. Таганрог, 1981, вып. 3, с.56-59.

47. Вигман Б.А. Графоаналитический метод определения требуемой точности допусковых контрольно-измерительных устройств. Киев, 1966.

48. Михайлов А.В. Эксплуатационные допуски и надежность в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Советское радио, 1970.

49. Орнатский П.П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. Киев,: Высшая школа, 1976.

50. Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М.: Энергия, 1972.

51. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. М.: Наука, 1977.