Материал: Диагностика и проведение испытаний автоматизированных систем (90
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Ивановский государственный химико-технологический университет»
ДИАГНОСТИКА И ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ АВТОМАТИЗИРО-
ВАННЫХ СИСТЕМ
Методические указания к практическим занятиям по курсу «Диагностика и надежность автоматизированных систем» для студентов дневного и заочного обучения специальности 22.03.01.
Составитель: А.П.Самарский
Иваново 2006
Составитель А.П. Самарский УДК 681.51 – 192 (075.8)
Диагностика и проведение испытаний автоматизированных систем. Методические указания к практическим занятиям по курсу «Диагностика и надежность автоматизированных систем» для студентов дневного и заочно- го обучения специальности 22.03.01./ Сост. А.П.Самарский; Иван. гос. хим.- технол. ун-т. Иваново, 2006. 32с.
В методических указаниях рассмотрены основные проблемы диагно- стики технических и программных средств автоматизированных систем, а также методы планирования испытаний автоматизированных систем на на- дежность. Представлены справочные данные для составления планов опре- делительных и контрольных испытаний. Приведены задания для самостоя- тельного решения.
Ил. 7. Библиогр.: 4 назв.
Рецензент доктор технических наук А.Г.Липин (Ивановский государственный химико-технологический университет)
2
1. ЗАДАЧИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
Техническая диагностика систем автоматизации направлена на иссле- дование текущего состояния системы, разработку методов идентификации состояний системы и принципов построения систем диагностирования.
Технические средства, используемые в различных системах автомати- зации весьма разнообразны, поэтому методы диагностики должны учиты- вать различия в формах проявления технического состояния систем автома- тизации, целесообразность использования тех или иных методов определе- ния работоспособности и поиска неисправностей в зависимости от особен- ностей технической реализации системы. Условия непрерывной эксплуата-
ции систем автоматизации предполагают ориентацию средств диагностики не только на обнаружение и локализацию места возникновения отказа, но и на определение его характера и возможных последствий. Задачи техниче-
ского диагностирования систем автоматизации непосредственно связаны с задачами теории управления и с методами, используемыми для их описания и анализа.
Техническое диагностирование предполагает определение техническо- го состояния объекта диагностики с определенной точностью. Поскольку необходимо идентифицировать работоспособные и неработоспособные со- стояния объекта, возникает задача формирования математических моделей
влияния отказов на работоспособность объекта диагностики по тем или иным критериям. Результат анализа таких моделей позволяет определить
наиболее рациональный алгоритм поиска неисправностей и направление проектирования систем диагностики. Организация диагностирования при- ведена на схеме (рис.1.1).
В процессе функционирования система может переходить из одного состояния в другое. В связи с этим, при построении моделей функциониро- вания системы наиболее существенным является определение оператора пе- рехода системы в те или иные состояния. Математическая формулировка оператора может быть различной, однако, любое состояние должно опреде- ляться этим оператором однозначно.
Переход системы из работоспособного состояния в неработоспособные происходит под влиянием различных отказов. При контроле работоспособ- ности результат перехода системы в то или иное состояние всегда точно из- вестен, хотя причины этого перехода могут оставаться неопределенными. В
этом случае можно установить некоторую регулярную последовательность событий, которая с определенной достоверностью выявляет причину пере- хода.
Особенностью детерминированных моделей объектов диагностики яв- ляется единственность траекторий, однозначно определяющих связь рабо- тоспособности объекта с характером возникающих неисправностей. Для случайных моделей оператор перехода учитывает вероятностные характе- ристики.
3
Рис.1.1. Организация технического диагностирования систем управления.
Состояние объекта диагностики в общем случае может быть описано n- мерным вектором
|
х1 |
|
|
Х = |
х2 |
, |
(1.1) |
. |
.
хn
в котором х1, х2 …хn- компоненты вектора.
Оператор перехода системы из одного состояния в другое может быть описан матрицей вида
4
A = |
а11 |
а12 |
. |
. |
. |
а1 n |
|
|
а21 |
а22 |
. |
. |
. |
а2 n |
, |
(1.2) |
|
|
. . . . . . |
|
|
|||||
|
а n1 |
а n2 |
. |
. |
. |
а n n |
|
|
где аij – коэффициенты преобразования.
Модель дает возможность представить любые изменения состояния системы в виде линейных или нелинейных преобразований. Например, если вектор Х характеризует исходное состояние системы, то ее производное со-
стояние для линейного преобразования вида
|
xi = |
n |
|
|
|
|
åa j x j , |
|
|
(1.3) |
|
может быть записано в виде |
j=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Х = АХ . |
|
|
(1.4) |
|
Для широкого класса систем, описываемых дифференциальными урав- |
|||||
нениями, математическая модель имеет вид |
|
|
|||
dX = A(t)X + F(t); |
X(0) = C, |
(1.5) |
|||
dt |
|
|
|
|
|
где |
f1(t) |
|
|
с1 |
|
|
|
|
|
||
F(t) = |
f2(t) |
и |
С = |
с2 |
|
. |
. |
|
|||
|
. |
|
|
. |
|
- n-мерные векторы. |
fn(t) |
|
|
сn |
|
|
|
|
|
|
|
Вероятностная математическая модель объекта диагностики также мо- |
|||||
жет быть представлена в векторной форме. В этом случае оператор перехо- да в выражениях (1.4) и (1.5) является матрицей случайных величин.
Анализ математической модели объекта диагностики направлен на ре- шение двух основных задач: получения качественной и количественной оценок влияния возможных отказов на работоспособность объекта и опре- деления достаточного числа контролируемых параметров. При анализе ма- тематических моделей объектов диагностики существует два подхода. Пер- вый заключается в том, что рассматривают максимально возможное число состояний объекта, определяемое числом элементов, из которых он состоит.
Второй подход предполагает разделение всего множества возможных состояний на главные и второстепенные, причем, последними можно пре- небречь. Данный подход является основным при решении практических за- дач, поскольку учет всех возможных состояний может настолько усложнить
5