Устройство для диагностики неисправностей технических объектов Советский патент 1980 года по МПК G07C11/00 G05B23/02 G06F11/07 G06F17/00 

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 (онтроля, 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 рещающего правила 2}

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

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

Цель изобретения - повышение достоверности диагноза неисправностей технического объекта при отсутствии полных статистических сведений о возможных его состояниях.

Поставленная цель достигается тем, что 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 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 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 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 дост&верностью, 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 2j блока коррекции 4, первого блока памяти 6, счетчика 8, блока сравнения 14, блока индикации 15 и через второй блок обработки информации 16 с объектом контроля 1. Информация о состоянии объекта контроля 1, преобразованная к виду, пригодному для дальнейшей ее обработки, 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 З ачение, если параметр в допуске, а нулесое, 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 12. Блок коррекции 4 вычисляет при каждом испытании порядковую статистику, характеризующую статистические свойства объекта контроля, например, по формуле с /Км-Кп/ Ьп-/-зТ где Кг)Г число единиц в п-ом векторе состояния, Кп.и Sn 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 данного 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 1, где К) минимальное кодовое расстояние (Хэмминга) между эталонными векторами всех классов. Блок 7 состоит из последовательно соединенных сумматора по модулю два, счетчика числа единиц в сумме и блока сравнения. Если при данном испытании выполняетcfld 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(,т, когда :аданны.й 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: Э VHo-H)nroin гпаА:() где Но - априорная безусловная энтропия; Н - остаточная условная энтропия; п тги - число испытаний, гарантирующее требуемую точность вычисления вероятности нахождения параметра в допуске; f(n)-линейная или нелинейная функция числа испытаний п, причем , 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: H -(D.log... + + °gZa%:+ «g«-S - (2) где (t и Д -соответственно ошибки первого и второго рода, а D t и D а - первая и вторая достоверности. Определение оценок точностных характеристик а, ;5, Di и Da осуществляется в блоке оценки эффективности 9 на этапе обучения распознаванию состояний объекта контроля следующим образом. При каждом, нечетном испытании имитируется одно состояние объекта контроля, а при четно.м - другое состояние, наиболее близкое к первому. При этом первый вычислительный блок 7 все время принимает решение только относительно первого состояния. Пусть Ki - число положительных и Kt - число отрицательных решений при нечетных испытаниях, а KS и К соответственно число положительных и отрицательных решений при четных испытаниях. Тогда с гарантированной погрешностью после п min испытаний первая достоверность I), ошибка первого,рода о. Кг./п, ощибка второго рода 8-- п и вторая достоверность D г Кл,п , где п - число нечетных или четных испытаний. Затем блок 9 с учетом формул (1) и (2) вычисляет оценку эффективности распознавания, запоминает ее и организубт поиск ее экстремального значения при дальнейших испытаниях. Когда оценка эффективности принимает экстре.мальное значение, с выхода блока 9 прилагается потенциал к входу элемента И 10, к второму входу которого прикладывается потенциал с выхода блока сравнения 14, если выполняется условие 1{ л/2, т. е. число положительны: решений принято в более чем половине 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 текуцдей (экстремальной) порядковой статистики, вычисляемой блоком коррекции 4 при нечетных испытаниях. Экстремальная порядковая статистика Snf соответствующая экстремуму оценки эффективности распозпавапия, запоминается в блоке б в качестве корректирующего параметра эталонного вектора данного класса. Сигнал с выхода элемента И поступает также на второй блок управления 11, который выдает команду на обучение распоз}гаванию следуюплего состояния объекта контроля. Если сигнал на выходе элемента И отсутствует, то блок управления 11 выдает ко.чанду на продолжение обучения распознаванию прежнего состояния объекта контроля. Второй блок обработки информации 16 предназкач,ен для обработки информации, воздействующими на объект контроля и включает блок выработки инициирующих воздействий, преобразователь типа «код-аналог, ког-лмутатор, имитататоры неисправностей объекта контроля и исполнительные органы. Блок управления 11 регламенти рует работу всего устройства диагностики и,включает генератор тактовых импульсов, программный блок процесса обучения фаспознавапию неисправностей, счетчик числа испытаний, задатчик времени и логическую часть.