Способ исследования электронных систем управления сложными техническими объектами и стенд для исследования электронных систем управления сложными техническими объектами Российский патент 2023 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к области технической диагностики и может быть использовано для исследования электронных систем управления сложными техническими объектами, например, такими как газотурбинная техника.

Известен способ диагностики сложных радиоэлектронных устройств (Патент RU №2265236, МПК G05B 23/02, опубл. 27.11.2005) основанный на поочередной подаче на входы контролируемого устройства предварительно сформированных совокупностей входных тестовых сигналов и использовании в качестве критериев исправности схемы устройства эквивалентных им совокупностей сигналов отклика на выходах контролируемого устройства, где полученные сигналы отклика на выходах изделия сравнивают с параметрами эталонных сигналов отклика и определяют степень их соответствия, при выявлении несовпадений определяют неисправную ветвь функциональной схемы и повторяют диагностику состояния путем перебора всех сформированных комбинаций входных сигналов, после чего переходят к диагностике мест неисправности. Указанный способ предназначен для выявления дефектов на установившихся режимах работы и не может быть использован для диагностики дефектов, возникающих на переменных режимах работы.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и принятым за прототип, является способ разработки и испытания системы автоматического управления и мобильный стенд для тестирования электронной системы управления, (Патент RU №2755027, МПК G05B 23/00, опубл. 10.09.2021) заключающийся в том, что разработка и испытания системы автоматического управления техническими объектами осуществляется с использованием стенда содержащего электронный регулятор, имитаторы исполнительных механизмов с цифровыми модулями, программно-аппаратный имитатор работы сложного технического объекта с математической моделью, имитаторы датчиков, блок имитации разрывов и коротких замыканий линий связи с обеспечением работы в режиме реального времени, выполненный в конструктиве хост-компьютер с модулем подключения интерфейсной части, выполняющим функции супервизора всех процессов в том числе формирование и запуск программных тестов с сохранением и визуализацией данных о реакции системы автоматического управления сложного технического объекта на тестовые воздействия.

Недостатком известных способов является, отсутствие гарантированной информации о корректности проводимого исследования в части соответствия имитируемых сигналов сложного технического объекта и электрических сигналов, непосредственно поступающих в систему управления сложным техническим объектом.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемого изобретения и не может быть реализовано при использовании прототипа, является отсутствие контроля достоверности проводимых исследований электронной системы управления сложным техническим объектом.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа и устройства, обеспечивающего исследование электронной системы управления сложным техническим объектом как на статических, так и динамических режимах с непрерывным контролем соответствия имитируемых сигналов сложного технического объекта и электрических сигналов, непосредственно поступающих в систему управления сложным техническим объектом, исключающее тем самым возникновение ошибок, связанных с некорректной работой испытательного оборудования.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является значительное повышение достоверности опережающей диагностики дефектов исследуемой электронной системы управления, обеспечивающее повышение качества и надежности исследуемой электронной системы управления.

Поставленная задача и технический результат предлагаемого изобретения достигается за счет того, что в способе опережающего исследования электронной системы управления сложным техническим объектом, заключающимся в поэтапном исследовании электронной системы управления сложным техническим объектом, где исследования электронной системы управления непосредственно со сложным техническим объектом выполняются только после достоверно проведенного полного объема предстоящих исследований с использованием стенда, содержащим исследуемую электронную систему управления сложным техническим объектом, модуль имитации отказных ситуаций, представляющий собой программно-аппаратную реализацию разрывов и коротких замыканий линий связи, модуль обработки входных сигналов, представляющий собой реконфигурируемую программно-аппаратную реализацию преобразования выходных электрических сигналов исследуемой электронной системы управления сложным техническим объектом в цифровые сигналы для всего диапазона выходных сигналов исследуемых электронных систем управления сложным техническим объектом, модуль обработки выходных сигналов, представляющий собой реконфигурируемую программно-аппаратную реализацию преобразования цифровых сигналов во входные электрические сигналы исследуемой электронной системы управления сложным техническим объектом для всего диапазона входных сигналов исследуемых электронных систем управления сложным техническим объектом, модуль математической модели сложного технического объекта, представляющий собой реконфигурируемую программную реализацию физических процессов сложного технического объекта, включающего в себя в том числе и процессы протекающие в датчиках и исполнительных устройствах, формирующий выходные цифровые сигналы на основании входных цифровых сигналов в режиме реального времени, модуль верификации сигналов, представляющей собой автономную, реконфигурируемую программно-аппаратную реализацию сопоставления физических управляющих и информационных сигналов и цифровых информационных сигналов (при наличии) исследуемой электронной системы управления сложным техническим объектом с цифровыми управляющими и информационными сигналами модуля математической модели сложного технического объекта и формирования на основании выполненного сравнения заключения о достоверности проводимого исследования в режиме реального времени, тем самым обеспечивая контроль соответствия реальных и имитируемых сигналов исследуемой системы управления сложным техническим объектом и модуль оператора, представляющий собой реконфигурируемую, супервизорную систему, обеспечивающую формирование и запуск программных тестов с сохранением и визуализацией данных о реакции системы управления сложного технического объекта на тестовые воздействия и сигналы о достоверности проводимого исследования.

В предлагаемом изобретении в отличии от прототипа наличие модуля верификации и подача на его вход физических управляющих и информационных сигналов и цифровых информационных сигналов (при наличии) исследуемой электронной системы управления сложным техническим объектом, а также цифровых управляющих и информационных сигналов модуля математической модели сложного технического объекта позволяет сформировать заключение о достоверности проводимого исследования в режиме реального времени, а наличие модуля оператора, обеспечивающее формирование и запуск программных тестов с сохранением и визуализацией данных о реакции системы управления сложного технического объекта на тестовые воздействия и заключения достоверности проводимого исследования позволяет повысить качество и надежность исследуемой электронной системы управления сложным техническим объектом.

Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом.

Фиг. 1 – функциональная схема стенда исследования электронных систем управления сложными техническими объектами, где 1 – исследуемая электронная система управления сложным техническим объектом; 2 – модуль имитации отказных ситуаций; 3 – модуль обработки входных сигналов; 4 – модуль математической модели сложного технического объекта; 5 – модуль обработки выходных сигналов; 6 – модуль верификации сигналов; 7 – модуль оператора.

Исследуемая электронная система автоматического управления сложным техническим объектом выдает физические управляющие сигналы, которые поступают на вход модуля имитации отказных ситуаций, где может быть реализован по команде от модуля оператора их разрыв или короткое замыкание, далее преобразованные физические управляющие сигналы поступают на вход модуля обработки входных сигналов, где происходит преобразование физических управляющих сигналов в соответствующие цифровые управляющие сигналы, которые в свою очередь поступают на вход модуля математической модели, который на основании своего предыдущего состояния математической модели сложного технического объекта и вновь поступивших цифровых управляющих сигналов, определяет новое состояние математической модели сложного технического объекта в режиме реального времени и формирует цифровые информационные сигналы, которые поступают на вход модуля обработки выходных сигналов, где происходит преобразование цифровых информационных сигналов в соответствующие физические информационные сигналы, которые в свою очередь поступают на вход модуля имитации отказных ситуаций, где может быть реализован по команде от модуля оператора их разрыв или короткое замыкание, далее преобразованные физические информационные сигналы поступают на вход исследуемой электронной системы управления сложным техническим объектом, тем самым обеспечивая имитацию физической работы сложного технического объекта, где одновременно с этим на вход модуля верификации сигналов поступают физические управляющие и информационные сигналы и цифровые информационные сигналы (при наличии) исследуемой электронной системы управления сложным техническим объектом и цифровые управляющие и информационные сигналы модуля математической модели сложного технического объекта, где на основании их сравнения формируется заключение о достоверности проводимого исследования в режиме реального времени, которое в свою очередь поступает в модуль оператора.

По заявленному изобретению успешно проведены экспериментальные работы, конструкция стенда внедряется для использования в производстве.

Предлагаемое изобретение с вышеуказанными отличительными признаками позволяет повысить достоверность проводимых исследований электронной системы управления сложным техническим объектом.

Изобретение относится к средствам технической диагностики. Техническим результатом является повышение достоверности проводимых исследований за счет независимого контроля условий проводимых исследований. Предложенный способ опережающего исследования электронных систем управления сложными техническими объектами заключается в поэтапном исследовании электронных систем управления сложными техническими объектами, где исследования электронной системы управления непосредственно со сложным техническим объектом выполняются только после корректно проведенного полного объема предстоящих исследований с использованием стенда, содержащего исследуемую электронную систему управления сложным техническим объектом, модуль имитации отказных ситуаций, модули обработки входных и выходных сигналов, модуль математической модели сложного технического объекта, представляющий собой реконфигурируемую программную реализацию физических процессов сложного технического объекта, и модуль верификации сигналов, представляющий собой автономную реконфигурируемую программно-аппаратную реализацию сравнения входных и выходных электрических сигналов, а при наличии и выходных цифровых сигналов исследуемой электронной системы управления сложным техническим объектом с входными и выходными цифровыми сигналами математической модели сложного технического объекта и формирования заключения о достоверности проводимого исследования в режиме реального времени, и модуль оператора, представляющий из себя реконфигурируемую супервизорную систему, обеспечивающую формирование и запуск программных тестов с сохранением и визуализацией данных о реакции системы управления сложного технического объекта на тестовые воздействия и сигналы о достоверности проводимого исследования. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ исследования электронной системы управления сложным техническим объектом, включающий в себя выдачу физических управляющих сигналов исследуемой электронной системы автоматического управления сложным техническим объектом на вход модуля имитации отказных ситуаций, преобразование физических управляющих сигналов (их разрыв или короткое замыкание) по команде от модуля оператора, подачу на вход модуля обработки физических управляющих сигналов, преобразование физических управляющих сигналов в соответствующие цифровые управляющие сигналы, подачу цифровых управляющих сигналов на вход модуля математической модели, определение нового состояния математической модели сложного технического объекта в режиме реального времени на основании своего предыдущего состояния и вновь поступивших цифровых управляющих сигналов, формирование цифровых информационных сигналов, подачу цифровых информационных сигналов на вход модуля обработки выходных сигналов, преобразование цифровых информационных сигналов в соответствующие физические информационные сигналы, подачу физических информационных сигналов на вход модуля имитации отказных ситуаций, преобразование физических информационных сигналов (их разрыв или короткое замыкание) по команде от модуля оператора, подачу преобразованных физических информационных сигналов на вход исследуемой электронной системы управления сложным техническим объектом, отличающийся тем, что одновременно с этим на вход модуля верификации сигналов осуществляют подачу физических управляющих и информационных сигналов исследуемой электронной системы управления сложным техническим объектом и цифровых управляющих и информационных сигналов модуля математической модели сложного технического объекта, где на основании их сравнения формируют заключение о достоверности проводимого исследования в режиме реального времени, которое в свою очередь подает в модуль оператора, и только после подтверждения о достоверности проведенного объема исследований выполняют исследование электронной системы управления непосредственно со сложным техническим объектом в объеме ранее проведенного исследования.

2. Стенд для исследования электронных систем управления сложными техническими объектами, содержащий исследуемую электронную систему управления сложным техническим объектом, модуль имитации отказных ситуаций, представляющий собой программно-аппаратную реализацию разрывов и коротких замыканий линий связи, модуль обработки входных сигналов, представляющий собой реконфигурируемую программно-аппаратную реализацию преобразования выходных электрических сигналов исследуемой электронной системы автоматического управления сложным техническим объектом в цифровые сигналы для всего диапазона выходных сигналов исследуемых электронных систем автоматического управления сложным техническим объектом, модуль обработки выходных сигналов, представляющий собой реконфигурируемую программно-аппаратную реализацию преобразования цифровых сигналов во входные электрические сигналы исследуемой электронной системы автоматического управления сложным техническим объектом для всего диапазона входных сигналов исследуемых электронных систем автоматического управления сложным техническим объектом, модуль математической модели сложного технического объекта, представляющий собой реконфигурируемую программную реализацию физических процессов сложного технического объекта, включающего в себя в том числе и процессы, протекающие в датчиках и исполнительных устройствах, формирующий выходные цифровые сигналы на основании входных цифровых сигналов в режиме реального времени, отличающийся тем, что дополнительно установлен модуль верификации сигналов, представляющий собой автономную реконфигурируемую программно-аппаратную реализацию сопоставления физических управляющих и информационных сигналов и цифровых информационных сигналов (при наличии) исследуемой электронной системы управления сложным техническим объектом с цифровыми управляющими и информационными сигналами модуля математической модели сложного технического объекта, с формированием на основании полученной информации заключения о достоверности проводимого исследования в режиме реального времени, и модуль оператора, представляющий из себя реконфигурируемую супервизорную систему, обеспечивающую формирование и запуск программных тестов с сохранением и визуализацией данных о реакции системы управления сложного технического объекта на тестовые воздействия и сигналы о достоверности проводимого исследования.

3. Способ исследования электронной системы управления сложным техническим объектом по п. 1, отличающийся тем, что на модуль верификации дополнительно осуществляют подачу цифровых информационных сигналов исследуемой электронной системы управления сложным техническим объектом.