Задачи идентификации и диагностики их взаимосвязь и классификация

Задача идентификации применительно к вопросам диагностики систем формулируется следующим образом: по результатам наблюдений за входными и выходными переменными объекта определить вид неисправности технического объекта.

Иными словами, если объект описывается некоторой известной моделью или оператором Fo, то, имея измеренные значения входа и выхода необходимо дать оценку F, технического состояния объекта, оптимальную в смысле некоторого критерия.

Идентификация неисправности технического объекта в среде функционирования происходит по каналам X и Y. По каналу X тест-программы воздействуют на объект, а по каналу Y объект реагирует на них.

Задача идентификации сводится к определению соответствия оператора модели F, связывающего вход и выход объекта с имеющимся банком возможных неисправностей технической системы.

Y=F(X) (1.1)

Таким образом, идентификация — это синтез оптимальной модели оператора F исследуемого объекта на основе результатов наблюдений за его входными и выходными переменными.

В соответствии с современной теорией можно предложить следующую классификацию идентификации (распознавания) неисправностей технических объектов.

Классификация процесса идентификации неисправностей технических объектов:

  • 1) по конечному результату идентификации:
    • - структурная;
    • - параметрическая;
  • 2) по способу изучения объекта идентификации:
    • - активная;
    • - пассивная;
  • 3) по типу идентифицируемой модели:
    • - линейная и нелинейная;
    • - детерминированная и стохастическая;
    • - с непрерывным и дискретным временем;
    • - стационарная и нестационарная;
    • - одномерная и многомерная;
    • - статическая и динамическая;
    • - с сосредоточенными и распределёнными параметрами.

Успех идентификации неисправностей технического объекта существенно зависит от соотношения двух факторов:

  • - объема априорной информации о возможных неисправностях технического объекта;
  • - объема апостериорной измерительной информации.

Априорные сведения помогают определить структурные проявления неисправности в техническом объекте, т.е. ее характер проявления от числа и вида входных и выходных воздействий, а также от характера связи между ними.

Эту процедуру называют идентификацией в широком смысле, или структурной идентификацией.

При структурной идентификации объем априорной информации об объекте весьма ограничен. Поэтому необходимо решить следующие определённые задачи.

Задачи, решаемые при структурной идентификации:

  • - выделение объекта из среды;
  • - задание класса моделей;
  • - определение характера связи между входом и выходом модели объекта;
  • - определение рационального числа информативных переменных (входов и выходов объекта), учитываемых в модели;
  • - определение возможности представления модели с требуемой точностью в классе линейных операторов и другие.

Структура модели ещё не сама модель, и для определения ее параметров необходимо располагать измерениями.

Задачу определения параметров модели по наблюдениям работы объекта при заданной структуре модели называют идентификацией в узком смысле или параметрической идентификацией.

НАПРИМЕР, известна система логических уравнений, описывающая некоторый объект.

Необходимо определить только коэффициенты уравнений.

Объект идентификации в общем случае представляется в виде многополюсника либо комбинационной схемы. Многополюсник, позволяет представить структуру внешних, внутренних и выходных состояний объекта, а комбинационная схема логическую структуру всего объекта в целом. Изображенный на рис. 1.1 объект имеет множество состояний, описанных булевыми

а) абстрактная модель. б) структурная модель.

Рис. 1.1

X — входы объекта;

Z — виды логических неисправностей технического объекта;

Y — выходы объекта.

Объект связывает входы X и Z с выходом Y некоторым априори известным оператором Fo

y=F0(x,z) (1.2)

Однако идентифицируется не оператор Fo, а оператор модели F, связывающий наблюдаемые входы и выходы:

y=F(x) (1.3)

Вход Z (вид логической неисправности) рассматривается как случайная величина, затрудняющая определение оператора F.

Задачей идентификации является построение такой модели F, которая была бы в определенном смысле близка к оператору объекта Fo, то есть F®Fo-

Однако указанная близость весьма относительна, так как операторы Fo и F могут иметь разную структуру и разное число состояний. Поэтому близость операторов непосредственно оценить трудно или просто невозможно.

В связи с этим в теории идентификации и диагностики близость операторов оценивают по их реакциям на одно и то же входное воздействие х°, по выходам объекта

Y= Fo (х°, z) и модели YM= F (х°)

где YM=( у 1м, ..., упм) — вектор выхода модели.

Следовательно, модельный оператор F должен быть таким, чтобы YM~Y, то есть выходы модели и объекта при одинаковых входных воздействиях должны быть эквивалентны.

Определение класса оператора, в котором ищется решение задачи идентификации, практически не поддается формализации и нуждается в эвристических решениях (Эвристика от греч. heurisko - отыскиваю - открываю).

Априорная информация, которой располагают еще до наблюдения входов и выходов объекта, часто имеет качественный характер. Она должна соответствовать структуре объекта на основе модели, которого производиться идентификация типа неисправности. Структура модели определяется в зависимости от интересующих исследователей свойств объекта.

Определение структуры оператора F модели составляет задачу структурной идентификации.

Если же структура этого оператора определена и априори известна, то процесс идентификации сводится к определению параметров этой структуры по имеющейся измерительной информации, то есть к решению задач параметрической идентификации.

Встречаются также частные постановки задачи идентификации. Среди них чаще всего встречается задача определения характера и параметров распределения возможных сигналов Z.

При решении задач идентификации широко используются процедуры минимизации функции оператора F модели.

При активном способе идентификации реализация входа X формируется самим исследователем путем подачи на вход объекта испытательного сигнала желаемой формы (скачкообразного сигнала, импульсного сигнала, сигнала в виде гармонических, прямоугольных, трапецеидальных, треугольных колебаний и др.). Реализацией выхода объекта Y является его реакция на испытательный сигнал. При этом в современной теории идентификации широко применяются методы оптимального планирования эксперимента.

При пассивном способе идентификации в качестве реализаций входа X и выхода Y объекта принимают естественные их изменения в процессе нормального функционирования объекта.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >