Способ предсказания состояния технической системы на основе разностных функций



Способ предсказания состояния технической системы на основе разностных функций
Способ предсказания состояния технической системы на основе разностных функций
Способ предсказания состояния технической системы на основе разностных функций
Способ предсказания состояния технической системы на основе разностных функций
Способ предсказания состояния технической системы на основе разностных функций
Способ предсказания состояния технической системы на основе разностных функций
G01R31/00 - Устройства для определения электрических свойств; устройства для определения местоположения электрических повреждений; устройства для электрических испытаний, характеризующихся объектом, подлежащим испытанию, не предусмотренным в других подклассах (измерительные провода, измерительные зонды G01R 1/06; индикация электрических режимов в распределительных устройствах или в защитной аппаратуре H01H 71/04,H01H 73/12, H02B 11/10,H02H 3/04; испытание или измерение полупроводниковых или твердотельных приборов в процессе их изготовления H01L 21/66; испытание линий передачи энергии H04B 3/46)

Владельцы патента RU 2681701:

Акционерное общество "РОТЕК" (АО "РОТЕК") (RU)

Изобретение относится к области техники и информатики, а более конкретно к способу предсказания состояния технической системы на основе разностных функций. Технический результат - возможность использовать разности не только первого, но и более высоких порядков, что позволяет эффективно прогнозировать состояние системы. Для этого предложен способ предсказания состояния технической системы на основе разностных функций, в котором накапливают данные о функционировании системы, на их основе выбирают метод построения модели, получают аппроксимацию показателей в их дискретном цифровом представлении, получают текущие показатели функционирования, полученные текущие показатели сравнивают со значениями разностных уравнений и получают разностные уравнения следующего порядка, прогнозируют состояние системы и используют решения, показатели и состояния в качестве управляющих воздействий. 4 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области техники и информатики, а более конкретно - к способу предсказания состояния технической системы на основе разностных функций.

Настоящее изобретение может найти применение при создании, эксплуатации и управлении систем различного назначения, включая сложные технические 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 математический аппарат разностных функций и уравнений, позволял бы достигать оптимального функционирования системы ее агрегатов и подсистем, оценивать возможные последствий изменения параметров системы и управляющих ею процессов при различных, включая большие, управляющих воздействиях. Применение аппарата разностей для предсказания обосновано тем, что контроль и мониторинг состояния технической системы производится в некоторые моменты времени и оцениваются изменения ее состояния от одного момента времени к другому, а изменения характеризуются разностями значений.

Обыкновенное разностное уравнение устанавливает связь между значениями функции Y=Y(x), рассматриваемой для ряда равноотстоящих значений аргумента х. При этом можно без ограничения общности считать, что искомая функция определена для равноотстоящих значений аргумента с шагом, равным единице. Таким образом, если начальное значение аргумента есть x, то ряд его равноотстоящих значений будет x, х+1, х+2,… и в обратном направлении: x, х-1, х-2,…. Соответствующие значения функции будем обозначать Yx, Yx+l, Yx+2,… или Yx, Yx-1, Yx-2.

Наиболее близким к данному изобретению является «Способ измерения физической величины" (патент на изобретение №2104495, 17.10.1994), заключающийся в том, что осуществляют преобразование измеряемой физической величины в выходные сигналы N датчиков, вычисляют оптимальные параметры N фильтров и настраивают их, фильтруют выходные сигналы датчиков соответствующими фильтрами и получают значение измеренной физической величины суммированием отфильтрованных сигналов, отличающийся тем, что вычисляют N разностей выходных сигналов датчиков, образующих попарно неповторяющиеся совокупности, причем каждый выходной сигнал используют при вычислении упомянутых разностей не менее двух раз, одновременно вычисляют корреляционные функции разностных сигналов для q априорно заданных интервалов корреляции, по ним определяют q параметров априорно известных корреляционных функций погрешностей преобразования.

Описанный способ можно принять за прототип. Однако этот способ имеет следующие существенные недостатки:

1. Способ относится только к разностям первого порядка и измерениям физических величин.

2. Способ не позволяет прогнозировать состояние системы, а служит только для повышения точности измерений.

3. Способ использует только корреляционные функции разностных сигналов, что существенно сужает возможность его использования.

Задачи изобретения решены и недостатки прототипа устранены в заявляемом способе предсказания состояния технической системы на основе разностных функций с использованием 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 разностного уравнения или 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 разностной функции, таким образом, что она принимает значения показателей в реальные или условные моменты времени.

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 разностных уравнений, полученных на стадии 3 и необязательно получают разностные уравнения следующего порядка;

6) при помощи решения разностного уравнения прогнозируют состояние отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом в следующие моменты времени, осуществляя прогнозирование;

7) полученные решения, 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.

За счет реализации заявленного способа достигаются следующие технические результаты:

1. Возможно использовать разности не только первого, но и более высоких порядков и использовать его не только для измерения физических величин, но и для весьма широкого круга технических и технологических систем.

2. Способ позволяет эффективно прогнозировать состояние системы.

3. Способ использует не только корреляционные функции разностных сигналов, а широкий круг функций, выбираемых экспертом, что существенно расширяет возможность его использования.

Разности различных порядков функции Yx с помощью следующих формул:

Разности первого порядка

D Yx=Yx+1-Yx,

D Yx+1=Yx+2-Yx+1,

DYx+2=Yx+3-Yx+2,

… … … … …

Разности второго порядка

D2Yx=DYx+1-D Yx,

D2Yx+1=D Yx+2-DYx+1,

D2Yx+2=D Yx+3-DYx+2,

Настоящее изобретение будет раскрыто в нижеследующем примере со ссылкой на Фиг. 1-4, описывающими применение заявляемого способа.

На Фиг. 1 схематически изображена система двух материальных тел А и В с различными теплофизическими свойствами. Система контактирует с опорой с температурой Тп и помещена во внешнюю среду с температурой Тс. При помощи заявляемого способа будем прогнозировать протекание процесса изменения температур тел.

Как видно, в системе изменяются (могут измениться) четыре показателя: температуры тел А, В, Тс, Тп. Значит, мы имеем дело с четырьмя переменными, зависящими от времени (поскольку переменные меняют свои значения со временем). Введем эти переменные: X1(t), X2(t), X3(t), X4(t).

Для построения математической модели данной системы отразим процесс теплопередачи в виде графа зависимостей, показанного на Фиг. 2.

Стрелка от А к В обозначает изменение температуры X2(t) объекта В под влиянием объекта А. Понятно, что ряд стрелок (например, от В к Тс, от А к Тп и др.) отсутствует, то есть нет влияния одних параметров на другие: тело В не в состоянии сколько-нибудь существенно нагреть открытую атмосферу, а тело А - массивную и потенциально бесконечную опору. Строго говоря, такое влияние есть, но оно настолько ничтожно, что разумно им пренебречь.

Поскольку экспертом выделено четыре переменных, то необходимо, как минимум, четыре закона, описывающих их изменение. В общем виде, учитывая, от каких переменных зависит каждый показатель, получим:

- для тела А имеем зависимость температуры X1(t) от температуры тела В и температуры атмосферы Тс: dX1(t)/dt=f1(X2(t), X3(t));

- для тела В имеем зависимость температуры X2(t) от температуры тела А, температуры атмосферы Тс и опоры Тп: dX2(t)/dt=f2(X1(t), X3(t), X4(t)).

Стрелки, входящие в соответствующий кружок, указывают на количество влияющих параметров, а то, откуда они исходят, определяет конкретные названия переменных.

Для среды закон имеет вид: X3(t)=const, то есть, температура атмосферы Тс не зависит от остальных составляющих данной системы и, соответственно, не изменяется. Для опоры закон имеет вид: X4(t)=const, то есть, температура опоры Тп не зависит от остальных составляющих данной системы и, соответственно, не изменяется.

Система законов в первом приближении сформирована. Остается определить их конкретный вид: раскрыть, что из себя представляют значения выражений f1 и f2. Так как мы имеем дело с системой, зависящей от своего прошлого поведения на каждом последующем шаге, то мы применили для ее описания разностные уравнения.

Таким образом, накапливают данные о функционировании в виде показателей в различных материальных формах в их дискретном цифровом представление о функционировании системы теплопередачи тел и передают их эксперту.

Эксперт на основе выбора методов построения моделей функционирования системы в целом и показателей ее функционирования, либо их подмножества выбирает модель функционирования отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом, допускающую представление в виде разностного уравнения.

В итоге модель имеет вид:

dX1(t)/dt=К21⋅(X2(t)-X1(t))+К31⋅(X3(t)-X1(t)).

В конце следует проверить размерности уравнения; размерность левой части должна совпасть с размерностью правой. Напомним только, что производная имеет размерность показателя X, деленного на единицу времени.

Теперь эксперт синтезирует аналогично второе уравнение:

dX2(t)/dt=К12⋅(X1(t)-2(t))+К32⋅(X3(t)-X2(t))+K42⋅(X4(t)-X2(t)).

Эксперт задает значения коэффициентов модели: К12=К21=0.2, К31=0.1, К32=0.05, К42=0.1. Зададим начальные условия системы (в момент времени t=0): Х1(0)=30°С, Х2(0)=70°С, Х3(0)=22°С, Х4(0)=15°С. Выбираем шаг моделирования Δt равный, например, 0.2 с. Примем конечное значение времени моделирования за Тk=4 с.

Подставим значения коэффициентов:

X1(t+Δt)=X1(t)+[0.2⋅(X2(t)-X1(t))+0.1⋅(22-X1(t))]⋅Δt

X2(t+Δt)=X2(t)+[0.2⋅(X1(t)-X2(t))+0.05⋅(22-X2(t))+0.1⋅(15-X2(t))]⋅Δt

Эксперт исходя из данных, полученных на предыдущих стадиях получает аппроксимацию показателей в их дискретном цифровом представление о функционировании агрегатов и/или подсистем агрегатов к разностной функции, таким образом, что она принимает значения показателей в реальные или условные моменты времени (приведены в таблице).

Далее эксперт при помощи решения разностного уравнения прогнозируют состояние отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом в следующие моменты времени, осуществляя прогнозирование, как показано на Фиг. 3 и Фиг. 4.

По сравнению со способами, известными авторам, заявляемый способ позволяет использовать разности не только первого, но и более высоких порядков и использовать его не только для измерения физических величин, но и для весьма широкого круга технических и технологических систем, позволяет эффективно прогнозировать состояние системы и использует не только корреляционные функции разностных сигналов, а широкий круг функций, выбираемых экспертом, что существенно расширяет возможность его использования.

Способ предсказания состояния технической системы на основе разностных функций с использованием 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 накопленных данных и выбора методов построения моделей функционирования отдельных агрегатов, и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом и показателей функционирования либо их подмножества выбирают по меньшей одну из моделей функционирования отдельных агрегатов, и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом, допускающую представление в виде разностного уравнения или функции;

3) исходя из данных, полученных на стадиях 1 и 2, получают аппроксимацию показателей в их дискретном цифровом представлении о функционировании агрегатов и/или подсистем агрегатов к разностной функции таким образом, что она принимает значения показателей в реальные или условные моменты времени;

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 разностных уравнений, полученных на стадии 3, и получают разностные уравнения следующего порядка;

6) при помощи решения разностного уравнения прогнозируют состояние отдельных агрегатов, и/или подсистем агрегатов, и/или системы в целом в следующие моменты времени, осуществляя прогнозирование;

7) полученные решения, 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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам автоматического управления для регулирования потока информации между поставщиками и потребителями. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств управления регулирования потока информации.

Изобретение относится к системе управления POS-терминальной сети. Технический результат заключается в автоматизации централизованного управления POS-терминалами.

Изобретение относится к технологиям сетевой связи. Технический результат заключается в повышении скорости передачи данных.

Изобретение относится к средствам по обмену данными по риску с использованием данных достоверности токена. Техническим результатом является повышение достоверности проведения платежей.

Изобретение относится к области вычислительной техники. Техническим результатом является повышение качества создаваемых моделей кредитного скоринга.

Изобретение относится к способу и системе обработки данных для проведения онлайн торгов в вычислительной сети. Технический результат заключается в автоматизации обработки данных для проведения онлайн торгов.

Изобретение относится к средствам определения информации о местоположении устройства осуществления транзакции. Технический результат заключается в повышении эффективности получения информации о местоположении устройства осуществления транзакций.

Представленное изобретение относится к системе и способу для сбора посредством единственного сервера всей ситуации по кинотеатрам, действующим в различных областях страны или мира.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в автоматизированных системах учета и контроля потребляемых энергоресурсов. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей системы за счет расширения и регулирования спектра измерений.

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.

Изобретение относится к способу создания пользовательского интерфейса для первого бытового прибора из множества бытовых приборов. Способ содержит этап предоставления множества различных типовых элементов управления для задания различных функций и/или параметров различных бытовых приборов, содержит этап определения описательных данных для первого бытового прибора, причем описательные данные указывают в зависимости от текущего состояния, какой или какие из множества типовых элементов управления используются для управления первым бытовым прибором, а также какие функции и/или значения параметров первого бытового прибора могут быть настроены с помощью одного или нескольких используемых типовых элементов управления.

Изобретение относится к области компьютерной техники. Техническим результатом является упрощение процессов проектирования, разработки, тестирования и сопровождения программных реализаций сложных вычислительных методов.

Изобретение относится к области вычислительной техники для восстановления данных от устройства обнаружения излучения, которые были подвержены наложению импульсов.

Изобретение относится к системе управления POS-терминальной сети. Технический результат заключается в автоматизации централизованного управления POS-терминалами.

Изобретение относится к средствам извлечения фактов из текстов на естественных языках. Технический результат заключается в повышении эффективности и качества извлечения информации.

Изобретение относится к средствам и методам защиты населения в нештатной ситуации. Технический результат заключается в повышении быстродействия.

Изобретение относится к области информационной безопасности в части управления информационными активами. Технический результат заключается в минимизации ложных объединений активов.

Группа изобретений относится к поисковым системам. Технический результат: расширение арсенала средств навигационных результатов поиска на основе одного или нескольких сигналов.

Изобретение относится к способу и системе обработки данных для проведения онлайн торгов в вычислительной сети. Технический результат заключается в автоматизации обработки данных для проведения онлайн торгов.

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в повышении эффективности реализации запросов.

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.

Изобретение относится к области техники и информатики, а более конкретно к способу предсказания состояния технической системы на основе разностных функций. Технический результат - возможность использовать разности не только первого, но и более высоких порядков, что позволяет эффективно прогнозировать состояние системы. Для этого предложен способ предсказания состояния технической системы на основе разностных функций, в котором накапливают данные о функционировании системы, на их основе выбирают метод построения модели, получают аппроксимацию показателей в их дискретном цифровом представлении, получают текущие показатели функционирования, полученные текущие показатели сравнивают со значениями разностных уравнений и получают разностные уравнения следующего порядка, прогнозируют состояние системы и используют решения, показатели и состояния в качестве управляющих воздействий. 4 ил., 1 табл.

Наверх