NAZORAT VA BOSHQARUV TIZIMLARINING KO‘P KANALLI FUNKSIONAL O‘ZGARTIRUVCHI QURILMALARI

  Функционально – преобразующие элементы (ФПЭ) формируют основные параметры устройств контроля, поскольку процесс преобразования информации, алгоритм обработки информации определяют также параметры системы, как быстродействие поиска неисправностей, погрешность контроля и др. характеристики.

  Основная функция устройства состоит в установлении соотношения между состоянием объекта контроля и заданной его нормой. Для этого устройства должны выполнять следующие операции: восприятие, преобразование контролируемых сигналов, реализация описаний норм, сопоставление значение контролируемых сигналов и описаний норм, формирование суждения о состоянии объекта контроля, выдачу результатов контроля. [1,2]

 В состав устройства контроля входят: коммуникаторы, преобразователи, устройства обработки, устройства сравнения, блоки индикации, сигнализации, устройства выделения экстремальных значений, устройства управления и др.

  Наибольшее распространение получили устройства автоматического контроля последовательного, параллельного и параллельно-последовательного действия. Для выбора структуры необходима информация о функции изменения контролируемого параметра, например:

  Известно соотношение для определения по этой функции максимального времени между двумя циклами контроля для постепенных отка­зов 

где a_gon - допустимое отклонение параметра. Известно так же максимальное время между двумя циклами контроля для внезапных отказов

где Q_с – средний риск, l - интенсивность отказов.

  В устройствах контроля максимальное время между двумя циклами контроля должно быть меньше значений T_к.

 Частота опроса одного канала в устройствах контроля последовательного, параллельного и параллельно-последовательного действия составляет

  , ,

где n - количество каналов, t_i - время контроля одного параметра, m - количество каналов контроля.

     При этом должны соблюдаться следующие условия 

a) n t_i<T_K,          б) t_i<T_K,           

   Таким образом, можно обеспечить требования по быстродействию. Наибольшим быстродействием обладают системы параллельного действия, но они наиболее сложны. Если невозможно обеспечить условие t_i<T_k, то необходимо переходить на более быстродействующую элементную базу и существенно уменьшать время t_i.

  Для обеспечения требований по допустимой погрешности контроля необходимо изучить функции погрешностей составных частей ее (погрешности коммутации, преобразования, обработки, сравнивания, погрешность задания полей допусков), определить условия их совместного взаимовлияния. Это даст возможность определить возможность реализации требования по допустимой погрешности контроля.

  Вышеизложенное относится к традиционным методам решения задачи синтеза устройства контроля. Известен ряд методов, которые позволяют отойти от традиционных путей и получить преимущественно по быстродействию контроля, или по допустимой погрешности контроля. Так, известна ИИС "Комплекс", в которой для уменьшения влияния погрешности измерительного преобразователя на погрешность контроля регулярно проводится самоконтроль: на входы подаются калиброванные напряжения, проверяется погрешность преобразования, которая может устраняться оператором.

  Здесь для повышения быстродействия применялся известный метод "половинного разбиения", при котором каждая последующая проверка осуществляется посередине оставшейся части цепи на некотором расстоянии от середины. Известен также метод "время-вероятность", который основан на учете вероятности появления отдельных неисправностей и времени, необходимого для проверки каждого элемента системы. Последовательность проверок здесь определяется из условия максимального уменьшения погрешности после каждой проверки. Кроме того, известен метод, при котором результаты контроля запоминаются, и анализируются, причем, чем больше отклонение данного сигнала от нормы, тем чаще этот сигнал опрашивается.

  В перечисленных известных методах контроля есть вероятность, что неисправность в объекте контроля будет определена на последнем такте контроля, и поэтому эти методы неприемлемы, если локализация одной или нескольких неисправностей должна быть осуществлена в одном или нескольких тактах контроля.

  Традиционные методы оценки быстродействия, точность контроля эффективности ФПЭ и устройств контроля не дают возможности создавать высокоэффективные устройства контроля. Из-за не совсем ясной формулировки критериев оценки перечисленных параметров нет возможности создавать или отбирать из ряда существующих эффективные решения.

  В основу данных исследований заложены три положения, на основе которых рассматривались технические решения. Первое – эффективность ФПЭ должна учитывать все три основных параметра: быстродействие, точность и стоимость. Это определено тем, чтобы исключить те решения, где один параметр (например, быстродействие) достигается за счет других (например, точности или сложности). Только при комплексном анализе можно делать выводы об эффективности технического решения. Второе - быстродействие устройств контроля не должно определяться частотой опроса одного канала, т.к. для различных структур устройств контроля мы не получим объективных оценок. Кроме того, все чаще появляются такие устройства контроля, в которых порядок контроля определяется состоянием объекта контроля. Для потребителя важно знать, за сколько тактов осуществляется поиск первой неисправности, пяти, десяти неисправностей. Третье - погрешность контроля. Если рассматривать устройство контроля как информационно-измерительную систему, то необходимо обеспечить высокую точность во всем диапазоне существования контролируемых сигналов. Если учесть особенность устройства контроля, то можно реализовать более высокую точность в отдельных точках (в тех точках, в которых необходимо определить соотношение величины и поле допуска). При этом открываются перспективы повышения точности устройств контроля.

  Известно, что при временном или пространственном усреднении результатов измерения (преобразования) дисперсия уменьшается в n раз, где n - количество усредненных результатов. При временном усреднении происходит трансформация быстродействия в точность, а при пространственном - аппаратурных затрат (сложности) в точность. Вышеизложенное подтверждает наличие связи между точностью (Т), быстродействием (Б) и сложностью (С). Для оценки эффективности технических решений предлагается критерий, в котором учитывается перечисленные параметры и вероятность безотказной работы. Этот критерий может быть дополнен другими параметрами, если будет установлена зависимость между ними и точностью или быстродействием, либо сложностью

где 2 - техническое решение, для которого определяется эффектив­ность по сравнению с 1 техническим решением; k - коэффициент, устанавливающий нижний порог эффективности.

  Принята модель входных сигналов устройств контроля систем управления, радиоэлектронных комплексов, в которой частота отказов ансамбля контролируемых параметров распределяется по равномерному закону, а распределение значений параметра отдельного канала подчиняется нормальному закону.

  Быстродействие устройств контроля предложено определять как математическое ожидание времени поиска k неисправных каналов из общего числа каналов n.

  Например, математическое ожидание времени поиска k неисправных каналов для системы последовательного действия с n каналами определяется как 

где T_i - время контроля i каналов (если время контроля канала t_i постоянно и одинаково для всех каналов, то T_i=i*t_i; p_i - вероятность определения неисправных каналов на i-ом канале,

.

  Таким образом

.

  На основе предлагаемого критерия оценки быстродействия поставлена задача поиска новых алгоритмов и структур устройств контроля с параметрами по быстродействию, близкими к структурам параллельного и параллельно-последовательного действия, а по сложности - близкими к структурам последовательного действия. Предложе­но устройство контроля с двухступенчатым поиском неисправностей, в котором в первую очередь контролируются экстремальные сигналы Q групп сигналов. При определении выхода величины сигнала j-ой группы за допустимую зону контролируется сигналы этой группы. После окончания контроля сигналов этой группы контролируются экстремальные сигналы (j+1), (j+2) групп и т.д. Максимальное врем определения одного неисправного канала при двухдопусковом контроле составляет

где n - количество контролируемых каналов; t_i - время контроля одного канала; q - количество, на которые разбиваются все каналы.

  При t_i=const, T_kmax=2qt_i+ t_in/q, а оптимальное значение и тогда

  При однодопусковом контроле

  Особенностью такого устройства контроля является то, что оно работает при нормализованных по величине сигналах и их допусти­мых отклонениях. Математическое ожидание времени поиска k неисправных каналов определяется выражением

где - математическое ожидание времени поиска всех групп, в которых находятся неисправные каналы

,

Q - математическое ожидание количества групп, в которых находятся неисправные каналы

,

- математическое ожидание времени поиска K/Q неисправных каналов в пределах одной группы

  Оценку эффективности с точки зрения быстродействия различ­ных устройств контроля следует определять, как отношение математических ожиданий времени поиска k возможных неисправных кана­лов:

  Предложен метод и структура устройства контроля с контролем по предупредительному уровню. В таком устройстве совмещен процесс контроля и поиск сигналов, превышающих предупредительный уровень. Частота опроса одного канала в таком устройстве

,

где k- количество сигналов, превысивших предупредительный уровень.

    В связи с тем, что количество каналов, сигналы которых значительно отклонились от своих номинальных значений, обычно не велико (то есть k<<n), то быстродействие такого устройства увеличивается в n/k раз, причем- (n/k)>>1.

   Такое устройство контроля может работать как при нормализо­ванных, так и при ненормализованных по величине и допустимым отклонениям сигналах.

  Высокого быстродействия в устройстве контроля с одним каналом преобразования и обработки можно достичь, используя конт­роль экстремальных сигналов, выделенных из совокупности входных. При выходе экстремального сигнала за допустимую зону произво­дится отключение сигнала, фиксируется отказ по адресу экстре­мального сигнала. Далее экстремальный сигнал из (n-1) входных подвер­гается контролю, и процесс контроля повторяется до тех пор, пока очередной (n-i) сигнал не окажется в допустимой зоне. Время, затрачиваемое на поиск одного неисправного канала, равно t_i, а на поиск k неисправных каналов - к t_i .

   Частота опроса одного неисправного канала составляет

 Характеристики рассмотренных устройств контроля по быстродействию и математические ожидания времен поиска k неисправных каналов практически совпадают.

Литература.

Миронов Э.Г. Методы и средства измерений. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ−УПИ, 2009. 463 с. 

Легаев, В. П. Измерительные преобразователи и датчики : учеб. пособие / В. П. Легаев ; Владим. гос. ун-т им. А. Г. и Н. Г. Столетовых. – Владимир : Изд- во ВлГУ, 2019. – 155 c. – ISBN 978-5-9984-1086-4.