Способ предсказания состояния технической системы при помощи аппроксимации ее параметров к непрерывной функции

Изобретение относится к области техники и информатики. В способе предсказания состояния технической системы при помощи аппроксимации ее параметров к непрерывной функции на основе данных о функционировании агрегатов накапливают данные о функционировании; выбирают одну из моделей функционирования отдельных агрегатов, допускающую представление в виде непрерывной функции. Далее получают аппроксимацию показателей в их дискретном цифровом представлении. Получают текущие показатели функционирования, сравнивают их со значениями полученной функции и оценивают размер отклонений текущих показателей от значений аппроксимирующей функции. Определяют размер отклонения поступающих показателей от значений аппроксимирующей функции и делают вывод о нормальности или аномальности текущих отклонений. Прогнозируют состояние отдельных агрегатов, и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом. Полученные показатели и состояния сохраняют и используют в качестве управляющих воздействий. Достигается оптимальное функционирование системы. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области техники и информатики, а более конкретно - к способу предсказания состояния технической системы при помощи аппроксимации ее параметров к непрерывной функции.

Настоящее изобретение может найти применение при создании, эксплуатации и управлении различных технических систем, включая сложные технические и технологические системы, в которых интегрированы ресурсы различного назначения и архитектуры, используемые в энергетике, машиностроении, коммунальном и сельском хозяйстве, медицине и других отраслях.

В основу настоящего изобретения положена задача создания такого способа предсказания состояния технической системы, который позволил бы объективно оценивать и прогнозировать состояние технической или технологической системы, используя обширный математический аппарат непрерывных функция, включая производные функций, а также позволял бы достигать оптимального функционирования системы ее агрегатов и подсистем, оценивать возможные последствий изменения параметров системы и управляющих ею процессов даже при малых управляющих воздействиях.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство автоматического прогнозирования технического состояния систем, содержащее сумматор, регистр хранения-сдвига, блок определения степени полинома, схему подключения конечных разностей, блоки умножения, схему временных коэффициентов Ньютона, элемент задержки, шину задания временной точки, на которую необходимо осуществить прогноз технического состояния систем, причем вход сумматора соединен с выходом блоков умножения и выходом элемента задержки, вход которого соединен с последней ячейкой регистра сдвига-хранения, выходы которого являются входами блока определения степени полинома, второй выход которого является первым входом схемы временных коэффициентов Ньютона и вторым входом схемы подключения конечных разностей, первые входы которой соединены с выходами блока определения степени полинома, а выходы схемы подключения конечных разностей являются первыми входами блоков умножения, второй вход которых соединен с выходами схемы временных коэффициентов Ньютона, второй вход которой соединен с шиной задания временной точки прогнозирования (Петриченко Г.С., Тартачный С.Н., «Устройство автоматического прогнозирования технического состояния систем», по заявке №92011675/09, 14.12.1992), которое можно принять за прототип.

Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет бороться со случайной ошибкой прогноза, возникающей за счет ошибки измерения, которая резко увеличивается с увеличением степени аппроксимирующего полинома и времени прогноза.

Задачи изобретения решены и недостатки прототипа устранены в реализованном согласно настоящему изобретению способе предсказания состояния технической системы при помощи аппроксимации ее параметров к непрерывной функции на основе данных о функционировании агрегатов и/или подсистем агрегатов, из которых состоит рассматриваемая техническая система, при этом данные о функционировании представлены в виде показателей в различных материальных формах в их дискретном цифровом представление и характеризуют технологические параметры системы и/или ее подсистем, и предусматривающий следующие стадии:

1) накапливают данные о функционировании в виде показателей в различных материальных формах в их дискретном цифровом представление о функционировании агрегатов и/или подсистем агрегатов и передают их эксперту;

2) эксперт на основе выбора методов построения моделей функционирования отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом и показателей функционирования, либо их подмножества выбирает по меньшей одну из моделей функционирования отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом, допускающую представление в виде непрерывной функции;

3) эксперт исходя из данных, полученных на стадиях 1 и 2 получает аппроксимацию показателей в их дискретном цифровом представление о функционировании агрегатов и/или подсистем агрегатов к непрерывной функции, таким образом, что она принимает значения показателей в реальные или условные моменты времени, которые являются единственным аргументом или несколькими аргументами этой функции

4) в процессе функционирования отдельных агрегатов и сложных технологических комплексов, состоящих из отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов получают текущие показатели функционирования;

5) полученные текущие показатели в автоматизированном режиме сравнивают со значениями аппроксимирующей функции, полученной на стадии 3 и оценивают размер отклонений текущих показателей от значений аппроксимирующей функции;

6) определяют с помощью внешнего критерия размер отклонения поступающих показателей от значений аппроксимирующей функции и делают вывод о нормальности или аномальности текущих отклонений;

7) при помощи аппроксимирующей функции прогнозируют состояние отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом в следующие моменты времени, осуществляя прогнозирование;

8) полученные показатели и состояния необязательно сохраняют и используют в качестве управляющих воздействий для данной или аналогичной технической системы, позволяющих достичь оптимального функционирования отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом.

Технически целесообразно в данном способе рассматривать ситуацию, когда эксперт при помощи вычисления производных анализирует аппроксимирующую функцию, выявляя ее экстремумы, а также характер убывания или возрастания для прогнозирования поведения данной или аналогичной технической системы.

Также технически целесообразно в данном способе рассматривать ситуацию, когда эксперт при принятии решений использует технологии искусственного интеллекта.

За счет реализации заявленного способа достигаются следующие технические результаты:

- возможно скомпенсировать случайную ошибку прогноза, возникающей за счет ошибки измерения, тем самым устранив недостаток прототипа,

- возможно объективно оценивать и прогнозировать состояние технической или технологической системы, используя обширный математический аппарат непрерывных функция, включая производные функций,

- возможно достигать оптимального функционирования системы ее агрегатов и подсистем,

- возможно оценивать возможные последствий изменения параметров системы и управляющих ею процессов даже при малых управляющих воздействиях.

Настоящее изобретение будет раскрыто в нижеследующих примерах вычисления аппроксимирующих функций второй степени, поскольку ошибки измерения резко увеличиваются с увеличением степени аппроксимирующего полинома и времени прогноза.

Первоначально накапливают данные о функционировании узла двигателя в виде показателей его температуры в дискретном цифровом представление.

Моменты условного времени указаны в параметрах хх, а значения температуры в градусах Цельсия - в параметрах yy.

После получения данных эксперт на основе выбора методов построения моделей функционирования определяет одну из моделей функционирования отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом, допускающую представление в виде непрерывной функции, а именно - представление в виде функции квадратичной функции вида Т=ах2+bx+с, где x - указанные выше моменты времени (минуты).

Эксперт исходя из полученных данных находит аппроксимацию показателей в их дискретном цифровом представление о функционировании агрегатов и/или подсистем агрегатов к непрерывной функции, таким образом, что она принимает значения показателей в реальные или условные моменты времени, которые являются единственным аргументом или несколькими аргументами этой функции, для чего вычисляет следующие параметры: abc[0] - коэффициент а квадратичной функции вида Т=ах+bx+c, abc[1] - коэффициент b квадратичной функции вида Т, abc[2] - коэффициент с квадратичной функции вида Т при помощи следующей вычислительной процедуры.

При указанных параметрах xx и yy эксперт получает значения:

Т=3х2+4х-5

а=3.000000b=4.000000с=-5.000000

Далее в процессе функционирования изучаемого узла двигателя получают текущие показатели функционирования при помощи вычисления необходимых значений по функции Т=3х2+4х-5.

Полученные текущие показатели в автоматизированном режиме сравнивают со значениями аппроксимирующей функции и оценивают размер отклонений текущих показателей от значений аппроксимирующей функции.

Далее определяют с помощью внешнего критерия размер отклонения поступающих показателей от значений аппроксимирующей функции и делают вывод о нормальности или аномальности текущих отклонений.

Проиллюстрируем данную стадию на примере аппроксимации одного периода периодической функции sin x, определяющую колебания механической системы:

Для этого эксперт вычисляет аппроксимирующую функцию, как указано выше, но для других значений:

При помощи вычислительной процедуры

Вычислительная процедура

реализует вычисления экспертом значений функции вида T=ax2+bx+с.

Эксперт получает следующую таблицу результатов:

Позиции с 16-й по 24-ю относятся к области прогнозирования колебаний механической системы вне интервала измерений (0.5-2 секунды), при этом ошибка до 20-го шага составляет менее одного процента, а далее, несмотря на рост, остается в интервале допустимых инженерных погрешностей (около 7 процентов).

При этом

y1=0.479426y2=0.997495y3=0.909297?

а коэффициенты аппроксимирующей функции следующие:

a=-0.462976 b=1.444022 c=-0.126842

Таким образом, при помощи аппроксимирующей функции прогнозируют состояние отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом в следующие моменты времени, осуществляя прогнозирование.

Полученные показатели и состояния сохраняют и используют в качестве управляющих воздействий для данной или аналогичной технической системы, позволяющих достичь оптимального функционирования отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом.

По сравнению со способами, известными авторам, заявляемый способ позволяет объективно оценивать и прогнозировать состояние технической или технологической системы, позволяет эффективно бороться со случайной ошибкой прогноза, возникающей за счет ошибки измерения, а также достигать оптимального функционирования системы ее агрегатов и подсистем и оценивать возможные последствий изменения параметров системы и управляющих ею процессов даже при малых управляющих воздействиях.

1. Способ предсказания состояния технической системы при помощи аппроксимации ее параметров к непрерывной функции на основе данных о функционировании агрегатов и/или подсистем агрегатов, из которых состоит рассматриваемая техническая система, при этом данные о функционировании представлены в виде показателей в различных материальных формах в их дискретном цифровом представлении и характеризуют технологические параметры системы и/или ее подсистем, предусматривающий следующие стадии:

1) накапливают данные о функционировании в виде показателей в различных материальных формах в их дискретном цифровом представлении о функционировании агрегатов и/или подсистем агрегатов;

2) на основе методов построения моделей функционирования отдельных агрегатов, и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом и показателей функционирования либо их подмножества, выбирают по меньшей мере одну из моделей функционирования отдельных агрегатов, и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом, допускающую представление в виде непрерывной функции;

3) исходя из накопленных данных и выбранной модели функционирования отдельных агрегатов, и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом и показателей функционирования либо их подмножества получают аппроксимацию показателей в их дискретном цифровом представлении о функционировании агрегатов и/или подсистем агрегатов к непрерывной функции таким образом, что непрерывная функция принимает значения показателей в реальные или условные моменты времени, которые являются одним или несколькими аргументами этой функции;

4) в процессе функционирования отдельных агрегатов и сложных технологических комплексов, состоящих из отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов, получают текущие показатели функционирования;

5) полученные текущие показатели в автоматизированном режиме сравнивают со значениями полученной аппроксимирующей функции и оценивают размер отклонений текущих показателей от значений аппроксимирующей функции как модуль разности значений текущих показателей и значений аппроксимирующей функции;

6) определяют с помощью внешнего критерия размер отклонения поступающих показателей от значений аппроксимирующей функции и делают вывод о нормальности или аномальности текущих отклонений;

7) при помощи аппроксимирующей функции прогнозируют состояние отдельных агрегатов, и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом в следующие моменты времени, осуществляя прогнозирование;

8) полученные показатели и состояния сохраняют и используют в качестве управляющих воздействий для данной или аналогичной технической системы, позволяющих достичь оптимального функционирования отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при помощи вычисления производных аппроксимирующей функции анализируют ее, выявляя ее экстремумы, а также характер убывания или возрастания для прогнозирования поведения данной или аналогичной технической системы.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при принятии решений используют технологии искусственного интеллекта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу поиска неисправного блока в непрерывной динамической системе на основе функции чувствительности. Для поиска неисправного блока в системе из произвольно соединенных динамических блоков предварительно определяют время контроля, определяют параметр интегрального преобразования, фиксируют число контрольных точек, предварительно определяют нормированные векторы интегральных оценок выходных сигналов модели определенным образом, замещают систему с номинальными характеристиками контролируемой, на вход системы подают аналогичный входной сигнал, определяют интегральные оценки выходных сигналов аналогичным образом применительно к контролируемой системе, определяют отклонения интегральных оценок выходных сигналов контролируемой системы, вычисляют нормированные значения отклонений, вычисляют диагностические признаки наличия неисправного блока, по минимуму значения определяют структурный дефект.

Изобретение относится к области диагностики технического состояния машин. Технический результат - разработка переносного мобильного устройства для осуществления автоматизированного мониторинга агрегатов технологического оборудования по признакам вибрации, частоты вращения и температуры во взрывоопасных зонах.

Предлагается система и способ диагностирования для регулятора давления в технологической установке. Устройство диагностирования содержит процессор, функционально связанный с регулятором давления; запоминающее устройство, функционально связанное с процессором; и датчик, функционально связанный с впускным клапаном регулятора давления, выпускным клапаном регулятора давления и процессором.

Предлагается система и способ диагностирования для регулятора давления в технологической установке. Устройство диагностирования содержит процессор, функционально связанный с регулятором давления; запоминающее устройство, функционально связанное с процессором; и датчик, функционально связанный с впускным клапаном регулятора давления, выпускным клапаном регулятора давления и процессором.

Комплекс средств обеспечения эксплуатации летательных аппаратов содержит вводно-распределительный модуль, энергетический модуль, модуль генератора электрической энергии, серверный модуль, модуль хранения данных, модуль диспетчерского управления, каждый из которых содержит системы кондиционирования, вентиляции, освещения и пожарной сигнализации, контроля и управления доступом, автономную систему пожаротушения, автоматизированную систему диспетчерского управления.

Изобретение относится к способу мониторинга деградации бортового устройства летательного аппарата во время его работы. Для этого с помощью вычислительного устройства определяют степень деградации бортового устройства по показателю дефектности, который определяют подсчитыванием возникающих дефектов системой контроля устройства в ходе его работы определенным образом, сравнивают показатель дефектности с порогом принятия решения, передают тревожный сигнал в случае его достижения или превышения.

Изобретение относится к способу удаленного мониторинга и прогнозирования состояния отдельных агрегатов и сложных технологических комплексов. Комплексы состоят из отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов.

Изобретение относится к контролю и диагностике систем автоматического управления. В способе поиска неисправного блока в непрерывной динамической системе на основе введения пробных отклонений определяют знаки отклонений интегральных оценок выходных сигналов модели, полученные в результате пробных отклонений параметров каждого из соответствующих блоков, производят операцию попарного сравнения элементов вектора знаков отклонений интегральных оценок выходных сигналов модели, полученных в результате пробных отклонений параметров i-го блока, и вектора знаков отклонений интегральных оценок.

Настоящее изобретение относится к способу определения расхода сжатого воздуха для определения суммарного расхода сжатого воздуха, используемого на всей производственной линии, имеющей множество объектов технологического оборудования, которые используют сжатый воздух.

Настоящее изобретение относится к способу определения расхода сжатого воздуха для определения суммарного расхода сжатого воздуха, используемого на всей производственной линии, имеющей множество объектов технологического оборудования, которые используют сжатый воздух.

Изобретение относится к способу удаленного мониторинга и прогнозирования состояния отдельных агрегатов и сложных технологических комплексов. Комплексы состоят из отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов.

Группа изобретений относится к способу запуска тестирования работы по меньшей мере одного вентилятора, выполненного с возможностью охлаждения вычислительных устройств турбореактивного двигателя летательного аппарата, модулю обработки данных (МТ), двум системам охлаждения по меньшей мере двух вычислительных устройств турбореактивного двигателя летательного аппарата.

Изобретение относится к системам контроля и регистрации условий транспортирования. Система контроля и регистрации условия транспортирования изделий ракетно-космической техники включает в себя блок регистрации воздействий (БРВ) со встроенными датчиками температуры, влажности и виброускорения, кабель связи с персональным компьютером (ПК), зарядное устройство, переносной ПК.

Передатчик технологического параметра включает в себя схему передатчика для определения технологического параметра из сигнала датчика, произведенного с использованием датчика процесса.

Группа изобретений относится к технике автоматизации. Технический результат – создание средств безопасного и оптимального обмена данными в автоматизации.

Группа изобретений относится к контролю систем управления. Система коммутации исполнительных органов содержит блок электропитания, исполнительные органы, положительную и единую отрицательную цепи электропитания, силовые ключи с управляющими входами, соединенные последовательно с исполнительными органами, блок управления и контроля, электрический выключатель положительной цепи электропитания, контрольное устройство, два одинаковых по сопротивлению токозадающих резистора и имитатор нагрузки.

Изобретение относится к мониторингу объектов контроля. В способе удаленного мониторинга и прогностики состояния технических объектов, получают данные от объекта контроля; формируют эталонную выборку показателей работы объекта; строят матрицы состояния из компонентов точек эталонной выборки; на основании MSET метода строят эмпирические модели прогностики состояния объекта; определяют компоненты невязок; формируют статистическую модель работы объекта за промежуток времени; определяют предельное значение для статистической модели; определяют разладки; анализируют поступающую информацию от объекта; определяют степень отклонения показателей параметров объекта за промежуток времени; ранжируют вычисленные разладки; модифицируют эталонную выборку; обновляют эмпирические модели; формируют сигнал об отклонении параметра объекта на основании обновленной модели и определяют состояние работы объекта.

Комплекс оборудования состоит из разнородных компонентов, из которых может быть образовано более одной конфигурации, обеспечивающей использование объекта управления по назначению.

Группа изобретений относится к области технологий сетевых коммуникаций, в частности к способам управления самоуравновешивающимися транспортными средствами. Способ управления самоуравновешивающимся транспортным средством с помощью мобильного терминала включает установление соединения с транспортным средством по протоколу Bluetooth, получение информации о состоянии движения транспортного средства, управление транспортным средством согласно информации о состоянии движения транспортного средства, обнаружение, присутствует ли событие, инициирующее режим камеры, и, когда обнаружено событие, инициирующее режим камеры, активацию режима камеры и отображение изображения, захваченного камерой.

Заявленное изобретение касается способа и устройства для передачи информации. Способ включает в себя: получение географического положения по меньшей мере одного целевого пользователя; обнаружение того, соответствуют ли позиционные отношения между каждым целевым пользователем и устройством наблюдения заданному условию, в соответствии с географическим положением по меньшей мере одного целевого пользователя; если да, создание информации уведомления в соответствии с информацией наблюдения устройства наблюдения; передачу информации уведомления на устройства, переносимые всеми или по меньшей мере одним целевым пользователем.

Настоящее изобретение относится к способу определения режима выбросов газотурбинного двигателя (10). Для обеспечения надежной работы газотурбинного двигателя (10) способ определения режима выбросов содержит несколько этапов.

Изобретение относится к области техники и информатики. В способе предсказания состояния технической системы при помощи аппроксимации ее параметров к непрерывной функции на основе данных о функционировании агрегатов накапливают данные о функционировании; выбирают одну из моделей функционирования отдельных агрегатов, допускающую представление в виде непрерывной функции. Далее получают аппроксимацию показателей в их дискретном цифровом представлении. Получают текущие показатели функционирования, сравнивают их со значениями полученной функции и оценивают размер отклонений текущих показателей от значений аппроксимирующей функции. Определяют размер отклонения поступающих показателей от значений аппроксимирующей функции и делают вывод о нормальности или аномальности текущих отклонений. Прогнозируют состояние отдельных агрегатов, иили подсистем агрегатов, иили системы в целом. Полученные показатели и состояния сохраняют и используют в качестве управляющих воздействий. Достигается оптимальное функционирование системы. 2 з.п. ф-лы.

Наверх