Устройство для диагностики неисправностей технических объектов

 

ОП ИСАЙИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТВЛЬСТВМ

Союз Саевтсхих

Сациалмстмческм

Реслублнк (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 29.11.76 (21) 2422506/18-24 с присоединением заявки №вЂ”

Государственный номнтет

СССР по делам нзобретеннй н открытей (23) Приоритет—

Опубликовано 05.02.80. Бюллетень № 5

Дата опубликования описания 15.02.80 (72) Авторы изобретения

И. В. Кузьмин, А. С. Краснопоясовский и В. Н. Жук (71) Заявитель

Харьковский авиационный институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ

ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, и, в частности, к контролю сложных технических объектов.

Известно устройство для диагностики неисправностей сложного технического объекта, у которого каждое возможное состояние характеризуемое, например одной или более неисправностями объекта, представляется в виде случайного многомерного вектора (1) .

Известное устройство содержит первый блок обработки информации, получаемой от объекта контроля, и второй блок обработки информации, воздействующий на объект контроля, блок оценки контролируемых параметров, вычислительный блок для нахождения решающего правила, блок сравнения и блоки управления, индикации и памяти.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является устройство, учитывающее изменение статистических свойств объекта контроля во времени и содержащее блок статистической коррекции детерминированного решающего правила (2j

При этом возможность такой коррекции обусловлена проведением этапа обучения устройства распознаванию состояний объекта контроля.

Существенным недостатком известного

5 устройства диагностики с коррекцией решающего правила является отсутствие оптимизации числа испытаний на этапе обучения по информационному (точностному) показателю. В связи с этим остается не1 решенным вопрос выбора оптимальной в смысле достоверности диагноза на экзамене длины обучающей выборки, по которой вычисляются оценки корректирующих параметров.

Цель изобретения — повышение досто 5 верности диагноза неисправностей технического объекта при отсутствии полных статистических сведений о возможных его состояниях.

Поставленная цель достигается тем, что

20 в устройство, содержащее блок сравнения, первый блок управления, выход которого подключен к первому входу первого блока памя и, и второй блок памяти, первый выход которого соединен с первым входом

714364

$0

5$ первого вычислительного блока, а второй— с первым входом блока оценки параметров, второй вход которого подключен к выходу первого блока обработки информации, а первый выход — ко второму входу первого вычислительного блока и первому входу блока коррекции, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы второго блока управления соединены соответственно со входом второго блока памяти, входом первого блока обработки информации, входом второго блока обработки информации, и входами блока индикации и блока коррекции, а выход блока оценки параметров подключен к первому входу второго блока управления, введены второй вычислительный блок и последовательно соединенные счетчик, блок оценки эффективности и элемент И, выход которого соединен с первым входом первого блока управления и вторым входом второго блока управления, первый и второй входы блока сравнения подсоединены соответственно к выходу счетчика и к шестому выходу второго блока управления, а выход — к другому входу элемента И, входы второго вычислительного блока соединены соответственно с выходом блока оценки параметров и с выходом второго блока памяти, а выход — с третьим входом второго блока управления, соответствующие входы счетчика подключены к выходу первого вычислительного блока H к седьмому выходу второго блока управления, восьмой выход которого соединен с другим входом блока оденки эффективности, а второй вход первого блока управления и второй вход первого блока памяти подключены соответственно к выходу блока коррекции и к девятому выходу второго блока управления.

Такое устройство позволяет повысить точность диагноза неисправностей технического объекта за счет вычисления на этапе обучения показателя эффективности, определяющего число испытаний достаточное для распознавания неисправностей объекта контроля с достоверностью, близкой к единице.

На чертеже представлена блок-схема устройства диагностики.

Источник информации — объект контроля 1 соединен с устройством диагностики, которое содержит первый блок обработки информации 2, соединенный с блоком оценки параметров 3, к одному выходу. которого подключены соответственно входы блока коррекции 4, соединенного через первый блок управления 5 с первым блоком памяти 6, первого вычислительного блока

7, соединенного через счетчик 8, блок оценки эффективности 9 и элемент И 10 с первым блоком управления 5 и вторым блоком управления 1!, и второго вычислительного блока 12, соединенного через второй блок управления 11 с блоком оценки эффективности 9, при этом к другому выходу блока 3 подключен второй блок управления 11. Устройство также содержит второй блок памяти 13, соединенный с соответствующими входами блока оценки параметров 3, первого вычислительного блока 7 и второго вычислительного блока 12. Выход счетчика 8 соединен также через блок сравн нения 14 со вторым входом элемента И 10.

Выходы второго блока управления 11 соединены, кроме того, с соответствующими входами первого блока обработки информации 2, блока коррекции 4, первого блока памяти 6, счетчика 8, блока сравнения 14, блока индикации 15 и через второй блок обработки информации 16 с объектам контроля 1.

Информация о состоянии объекта контроля 1, преобразованная к виду, пригодному для дальнейшей ее обраоотки, в первом блоке обработки информации 2, содержащем датчики, коммутатор, преобразователь-нормализатор, поступает в блок оценки параметров 3, который формирует случайный вектор состояния, координа-ы которого принимают единичное значение, если параметр в допуске, а нулеt;ое, если — не в допуске. Значения допусков и номиналов параметров поступают в блок 3 из блока памяти 13. С первого выхода блока 3 вектор состояния поступает параллельно в блок коррекции 4, в первый вычислительный блок 7 и во второй вычислительный блок !2.

Блок коррекции 4 вычисляет при каждом испытании порядковую статистику, характеризующую статистические свойства объекта контроля, например, по формуле где K, — число единиц в и-ом векторе состояния, К„и Я„выборочные среднее и дисперсия, соответственно определяемые за п испытаний.

Вычислительный блок 7 предназначен для определения кодового расстояния d между поступившим на его вход из второго блока памяти 13 эталонным вектором дatного класса распознавания и поступившим на его второй вход текущим вектором и сравнения этого расстояния с заданным кодовым расстоянием do, выбранным из условия непересекаемости классов распознавания по формуле г1о

K » p где К „„;„— минимальное кодовое расстояние (Хзмминга) между эталонными векторами всех классов.

Блок 7 состоит из последовательно соединенных сумматора по модулю два, счетчика числа единиц в сумме и блока сравнения.

714364

Если при данном испытании выполняетсяд(do, то блок 7 выдает электрический импульс, соответствующий положительному решению. В противном случае импульс на выходе блока 7 отсутствует. Счетчик

8 суммирует число положительных решений и по команде второго блока управления 11 выдает свое содержимое одновременно в блок сравнения 14 и в блок оценки эффективности 9, который осуществляет оценку эффективности распознавания и поиск ее экстремума с испытания, определяемого вторым вычислительным блоком 12. В блоке 12 вычисленный при каждом испытании доверительный интервал вероятности нахождения параметра в допуске сравнивается с заданным из условия требуемой точности вычисления интервалом. С испытания п ;„, когда "аданный интервал накрывает вычислительный, второй блок управления 12 выдает в блок 9 команду для вычисления оценки эффективности распознавания.

В качестве оценки эффективности распознавания можно применять различные критерии: минимум среднего риска ошибочного распознавания, информационные критерии и т. п.

В частности для оценки эффективности распознавания состояний объекта контроля может быть применен следующий обобщенный критерий: (1) где Но — априорная безусловная энтропия;

H — остаточная у словная энтропия; п „, — число испытаний, гарантирующее требуемую точность вычисления вероятности нахождения параметра в допуске;

f (n) — линейная или нелинейная функция числа испытаний и, причем п.п

Поскольку Но -Const, то для максимизации числителя выражения (1) необходимо минимизировать, например по критерию

Неймана-Пирсона, остаточную энтропию Н, которая может быть выражена через точностные характеристики распознавания следующим образом:

Н = — — (Di !oga — — + /logy — — +1 П1,8 и Э +М р+8

+б log@ + +2 р,!оду,Д)- » min, (2) где к и / — соответственно ошибки первого и второго рода, а 9 q и 9 q— первая и вторая достоверности.

Определение оценок точностных характеристик е,, ф, g q и Dq осуществляется в блоке оценки эффективности 9 на этапе обучения распознаванию состояний объекта контроля следующим образом. При каждом нечетном испытании имитируется одно сос5

19

26 и

ЗО

З5

46

4$

50 тояние объекта контроля, а при четном— другое состояние, наиболее близкое к первому. При этом первый вычислительный блок? все время принимает решение только относительно первого состояния. Пусть К1— число положительных и К вЂ” число отрицательных рсшений при нечетных испытаниях, а К и К соответственно число положительных и отрицательных решений при четных испытаниях. Тогда с гарантированной погрешностью после и ; испытаний первая достоверность О =- К1/n, ошибка первого рода и. = — Kz)n, ошибка второго рода ф =- К» и и вторая достоверность Д =

= !х Y}, где и -- число чечетных или четных испытаний. Затем блок 9 с учетом формул (1) и (2) вычисляет оценку эффективности распознавания, запоминает ее и организует поиск ее экстремального значения при дальнейших испытаниях.

Когда оценка эффективности принимает экстремальное значение, с выхода блока 9 прилагается потенциал к входу элемента И ! О, к второму входу которого прикладывается потенциал с выхода блока сравнения 14, если выполняется условие K»a/2, т. е. число положител ных рсшений принято в более чем половинс нечетных испытаний. При одновременном наличии потенциалов на входах элемента И, с его выхода поступает сигнал на первый блок управления 5, разрешающий запись в блок памяти 6 значения текущей (экстремальной) порядковой статистики, вычисляемой блоком корреиции

4 при нечетных испытаниях.

Экстремальная порядковая статистика

Sn, соответствуюшая экстремуму оценки эффективности распознавания, запоминается в блоке 6 в качестве корректирующего параметра эталонного вектора данного класса.

Сигнал с выхода элемента И поступает также на второй блок управления l l, который выдает команду на обучение распознаванию следующего состояния объекта контроля. Если сигнал на выходе элемента И отсутствует, то блок управления 11 выдает команду на продолжение обучения распознаванию прежнего состояния объекта контроля.

Второй блок обработки информации 16 предназначен для обработки информации, воздействующей на объект контроля и включает блок выработки инициирующих воздействий, преобразователь типа «код-аналог», коммутатор, имитататоры неисправностей объекта контроля и исполнительнь|е органы.

Блок управления !! регламентирует работу всего устройства диагностики и включает генератор тактовых импульсов, программный блок процесса обучения распознавапию неисправностей, счетчик числа испытаний, задатчик времени и логическую часть.

714364

Формула изобретения

ЦН И И П И Заказ 9287 45 Тираж g55 Подписное

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Предлагаемое устройство диагностики характеризуется, по сравнению с известными близкой к единице достоверностью распознавания состояний объекта контроля, подверженного случайным воздействиям, позволяет полностью автоматизировать процесс контроля сложных объектов, включая этап обучения.

Устройство для диагностики неисправностей технических объектов, содержащее блок сравнения, первый блок управления, выход которого подключен к первому входу первого блока памяти, и второй блок памяти, первый выход которого соединен с первым входом первого вычислительного блока, а второй выход — с первым входом блока оценки параметров, второй вход которого подключен к выходу первого блока обработки информации, а первый выход — ко второму входу первого вычислительного блока и первому входу блока коррекции, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы второго блока управления соединены соответственно со входом второго блока памяти, входом первого блока работки информации, входом второго блока обработки информации, и входами блока индикации и блока коррекции, а выход блока оценки параметров подключен к первому входу второго блока управления, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности диагноза, устройство содержит второй вычислительный блок и последовательно соединенные счетчик, блок оценки эффективности и элемент И, выход которого соединен с первым входом первого блока управления и вторым входом второго блока управления, первый и второй входь блока сравнения подсоединены соответственно к выходу счетчика и к шестому выходу второго блока управления, а выход— к другому входу элемента И, входы второго вычислительного блока соединены соответственно с выходом блока оценки параметров и с выходом второго блока памяти, а выход — с третьим входом второго блока управления, соответствующие входы счетчика подключены к выходу первого вычислительного блока и к седьмому выходу второго блока управления, восьмой выход которого соединен с другим входом блока оценки эффективности, а второй вход первого блока управления и второй вход первого

29 блока памяти подключены соответственно к выходу блока коррекции и к девятому выходу второго блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. К зыкин И. В. Оценка эффективности и оптимизации АСКУ, М., «Советское радио», 1971.

2. Турбович И. Т. и др. Распознавание образов. Детерминированно-статический под

ЗЮ ход. М., «Наука», 1971 (прототип).