Раздел 2
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИ НЕУСТОЙЧИВЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ ОБЪЕКТОМ КАК ОБЪЕКТА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ
Рассмотрим процесс обеспечения системы автоматического управления статически неустойчивыми динамическими объектами свойством активной отказоустойчивости. В соответствии со структурой задач обеспечения отказоустойчивости СУ статически неустойчивыми динамическими объектами (см. рис.1.5) первой задачей является исследование системы управления как объекта диагностирования и восстановления (ОДВ). Эта задача состоит из ряда следующих взаимосвязанных подзадач: построение моделей номинального и аварийного режимов функционирования ОДВ, оценка ресурсов восстановления, определение глубины диагностирования, построение иерархии диагностических моделей, оценка диагностируемости, определение путей обеспечения диагностируемости СУ (определение множества выходных сигналов, определение характера входных сигналов), построение моделей восстановления работоспособности ОДВ. Рассмотрим решение каждой задачи более подробно.
2.1. Построение моделей номинального и аварийного режимов функционирования СУ
Номинальный режим функционирования линейной динамической системы (ЛДС), описывается в пространстве состояний следующим образом:
(2.1)
где x(t) - вектор состояния системы, x(t) ? Xn; u(t) - вектор управляющих воздействий, u(t) ? Ur; y(t) - вектор наблюдений, y(t) ? Ym; A, B, C, D - матрицы соответствующих размерностей, характеризующих САУ; t - время;
или в дискретной форме:
(2.2)
При построении описания ЛДС в аварийном режиме функционирования необходимо рассмотреть множество возможных физических видов отказов D={d1,d2,...,dq}. В результате исследования СУ для этого множества видов отказов необходимо установить прямые диагностические признаки для каждой основной задачи диагностирования, а именно: ?i - для задачи установления класса, ?i - для задачи поиска места, ?i - для задачи обнаружения.
Диагностический признак - отклонение текущего значения параметра объекта, характеризующего его техническое состояние, от его номинального значения [59].
Для каждого обобщенного диагностического параметра ?i ={?i,?i,?i} необходимо установить множество его возможных значений ?i??i. Тогда возмущенно движение линейной динамической системы для ?i-го параметра отказа можно описать уравнениями вида:
(2.3)
где и - векторы переменных, характеризующих возмущенное проявлением отказов движение системы; A(?i), B(?i), C(?i), D(?i) - матрицы соответствующих размерностей, зависящие от параметра отказа ?i и являющиеся непрерывно дифференцируемыми в области ?i;
или в дискретной форме:
(2.4)
Оценка качества построенных моделей аварийного режима функционирования СУ, а также способности системы управления к восстановлению работоспособности производится с помощью критериев восстанавливаемости структурно-аналитического метода анализа естественной избыточности и глубины диагностирования СУ [32].
2.2. Структурно-аналитический метод анализа естественной избыточности и глубины диагностирования СУ
Под восстанавливаемостью в данной работе понимается - свойство системы управления, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем использования наличной избыточности.
Различают структурную, функциональную и информационную восстанавливаемость.
Структурная восстанавливаемость - это свойство структуры системы управления, заключающееся в приспособленности к поддержанию и (или) восстановлению работоспособного состояния путем использования дополнительных однотипных средств.
Функциональная восстанавливаемость - это свойство структуры системы управления, заключающееся в приспособленности к поддержанию и (или) восстановлению работоспособного состояния путем использования функциональных взаимосвязей между сигналами системы.
Информационная восстанавливаемость - это свойство системы управления, заключающееся в приспособленности к поддержанию и (или) восстановлению работоспособного состояния путем использования информационной коррекции параметров, сигналов и закона управления системы.
В рамках рассматриваемого системного подхода в системе управления выделяют три вида управляемой избыточности:
* аппаратную (структурную) избыточность (резервная аппаратура);
* функциональную избыточность (функциональная зависимость измерений);
* информационную избыточность (параметрическая и сигнальная подстройка, реконфигурация алгоритма управления).
Избыточность - превышение меры сложности системы управления по сравнению с ее минимальными значениями, необходимыми для выполнения поставленной задачи [32].
В анализе восстанавливаемости СУ можно выделить два аспекта:
* анализ наличия ресурсов в системе управления;
* использование результатов анализа для определения глубины диагностирования.
Ресурс - управляемый вид избыточности, который может быть использован для поддержания и (или) восстановления работоспособного состояния
Каждый ресурс позволяет парировать ограниченное множество видов отказов. Множество отказов следует разделить на подмножества - группы отказов, в каждую из которых входят отказы, парируемые определенным ресурсом. Каждая группа формируется непосредственно при проектировании отказоустойчивой СУ на основе ее анализа.
Для формирования групп необходимо воспользоваться результатами параметризации отказов, т.е. установления соответствий между отказом и параметром (прямым признаком), характеризующим данный отказ, ? = {?,?,?} для задач обнаружения отказа, поиска места, установления класса отказа и определения вида отказа. С точки зрения восстановления работоспособности и определения групп восстанавливаемых и невосстанавливаемых отказов наибольший интерес представляют прямые признаки отказов для задач поиска места и установления класса отказа, т.к. восстановление работоспособности возможно либо на уровне функциональных элементов (место отказа)
- Київ+380960830922