Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Системный анализ, управление и обработка информации

Диссертационная работа:

Карамзина Анастасия Геннадьевна. Диагностирование и прогнозирование состояний технических объектов на основе экспертных систем (На примере полупроводниковых преобразователей частоты) : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.01, 05.09.03 : Уфа, 2003 208 c. РГБ ОД, 61:04-5/1246

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

Принятые сокращения 5

Введение 6

Глава 1 Анализ проблемы диагностирования и прогнозирования
состояний сложных технических систем 16

1.1 Актуальность проблемы диагностирования и прогнозирования
состояний сложных технических систем 16

1.2 Анализ методов диагностирования и прогнозирования 20

1.3 Состояние проблемы ' в области диагностирования
и прогнозирования состояния электроустановок индукционного

нагрева 39

1Л Цель и задачи исследования 46

Выводы по главе 1 48

Глава 2 Разработка методологии построения системы
диагностирования и прогнозирования для определения состояний
сложных электротехнических систем 49

2.1 Системные принципы для разработки методологии
диагностирования состояний сложных электротехнических
систем 49

  1. Выбор средств схемотехнического моделирования 56

  2. Виртуальная модель электротехнической системы 64

Выводы по главе 2 77

Глава 3 Разработка моделей и алгоритмов диагностирования
сложных электротехнических систем в штатных и нештатных
режимах 78

3.1 Модели развития отказов в силовых схемах
электротехнических систем. 78

3.2 Диагностические модели состояний силовых блоков
электротехнических систем 89

  1. Общая диагностическая модель состояний электротехнической системы 95

  2. Синтез алгоритма поиска неисправностей

в электротехнической системе 102

Выводы по главе 3 107

Глава 4 Реализация, синтез параметров и исследование экспертной
системы диагностирования и прогнозирования состояний сложных
электротехнических систем 108

  1. Цели, задачи, структура и информационные ресурсы экспертной системы 108

  2. Синтез классов состояний диагностических параметров электротехнической системы и формирование базы фактов 119

4.3 Формирование базы знаний 130

4.4 Определение параметров модели прогноза и времени
сохранения работоспособности электротехнических систем 136

  1. Исследования эффективности экспертной системы 146

  2. Перспективы развития экспертной системы. 151

Выводы по главе 4 154

Заключение 156

Список использованной литературы 158

Приложение 1 - Результаты применения метода анализа иерархий для выбора пакета схемотехнического моделирования

электротехнологических систем 169

Приложение 2 - Модели развития аварийных ситуаций в силовых

блоках 176

Приложение 3 - Данные предварительных испытаний для

выделения классов состояний 187

Приложение 4 - Руководство пользователя 199

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

АИ - автономный инвертор

АК - коммутационная аппаратура

АС - аварийное состояние

БД - база данных

БЗ - база знаний

БП — база правил

БР - блок гальванической развязки логических и аналоговых сигналов

БС - блок сопряжения

БУЗ - блок управления и защиты

БФ - база фактов

В - выпрямитель

ДМ - диагностическая модель

ДН - датчик нарушения обратной связи

ДНН - датчик напряжения нагрузки

ДП - диагностический признак

ДРД - датчик реле давления

ДТ - датчик тока, протекающего через силовой вентиль АИ

ДТН - датчик тока нагрузки

ДТФ - датчик фазного тока выпрямителя

ДФ - дестабилизирующий фактор

К - контроллер

КПВ - канал подачи охлаждающей воды

ЛПР - лицо принимающее решение

МАИ - метод анализа иерархий

МИ - модуль плеча инвертора

МН - модуль нагрузки

МПСУ - микропроцессорная система управления

Н - нагрузка

НС - напряженное состояние

ОД - объект диагностирования

ПО - программное обеспечение

PC - работоспособное состояние

СВ - силовой вентиль

СППП - силовые полупроводниковые приборы

СУ - система управления

СЧ - силовая часть

ТФН - таблица функций неисправностей

УВО - устройство включения и отключения

УУ - устройство управления

Ф - фильтр

ФМВ - фазный модуль выпрямителя

ЭС - экспертная система

ЭТО - электротехнический объект

ЭТС - электротехническая система

Введение к работе:

Актуальность темы

Электроустановки в настоящее время имеют самый широкий диапазон
технологического применения: индукционный нагрев, пондеромоторное
воздействие на расплавленный металл, плазменная и ионно-плазменная
технологии, магнитно-импульсные методы обработки и т.д. Во время
эксплуатации таких установок возникают как технологические перегрузки,
так и аварийные режимы. Аварийные режимы могут явиться следствием
аномального отклонения регулируемых или контролируемых координат
силовой схемы, нарушения алгоритмов работы системы управления,
искажения параметров напряжения сети по причине их скрытых или
катастрофических отказов. Решение задачи диагностирования и
прогнозирования функционального состояния таких объектов приобретает
повышенную актуальность. Можно сказать, что к настоящему времени
осознана необходимость диагностирования и прогнозирования
функционального состояния электротехнических систем (ЭТС) и притом в
той комплексно- системной постановке, которая обусловлена

принципиально значимыми накоплениями и изменениями, произошедшими в данной области. К ним можно отнести:

многообразие имеющихся принципов и методов решения
поставленных задач;

наличие достаточно развитого арсенала средств защиты и
практического опыта.

Вопросы общей теории технической диагностики изучались и разрабатывались в ИЛУ (под руководством П.П. Пархоменко и Е.С. Сагомоняна), в МАИ (под руководством В.В. Петрова, Ю.Е. Рузского, Е.И. Кринецкого, Ю.В. Любатова), в МЭИ (под руководством Ф.Е. Темникова), в МГТУ им. Баумана (под руководством Г.Н. Толстоусова), в ЛЭТИ (под

7 руководством А.В. Мозгалевского), в НКТБ «Вихрь» (г. Уфа) (под руководством Ю.М. Гусева) и др.

Развитие автоматизированных систем диагностирования дало новый импульс к их широкому распространению. Простота использования и высокая степень достоверности, достигаемая при автоматической постановке диагнозов, позволят снизить требования к квалификации персонала, обслуживающего электротехническую установку.

Системы диагностирования и прогнозирования обладают достаточной достоверностью для обеспечения перехода на обслуживание и ремонт по фактическому состоянию. Для обслуживания электротехнической установки индукционного нагрева оператор при наличии экспертной системы может обеспечить своевременное обследование всего парка оборудования. Хорошо налаженная работа диагностической службы, в свою очередь, приводит к получению значительного экономического эффекта за счет уменьшения числа внезапных отказов оборудования, переноса сроков ремонтов, снижения затрат на ремонты. Контроль и диагностика обследуемых агрегатов позволяют существенно улучшить и общее состояние эксплуатируемого оборудования за счет выявления и устранения мелких и средних дефектов, а также за счет своевременного определения причин дефектов с высокой степенью достоверности.

Для диагностирования оборудования необходимы простые в работе и надежные системы, позволяющие своевременно и достоверно получать результаты обследования, исключать замены еще работоспособных узлов и контролировать развитие дефектов при их наличии. Конечная цель - переход от обслуживания оборудования «по регламенту» к обслуживанию «по состоянию»,

С помощью таких систем можно осуществлять:

периодический или постоянный контроль состояния оборудования;

автоматическое диагностирование оборудования с указанием
неисправного узла и вида неисправности;

прогнозирование его нормального функционирования с выдачей
информации о времени сохранения работоспособности.

Анализ опубликованных работ в области диагностики состояния
электротехнических систем показал, что в системах данного класса
проводятся исследования оценки технического состояния

электродвигателей, трансформаторов, а вопросы анализа и прогнозирования состояния полупроводниковых вентилей находятся на стадии становления и не имеют широкого распространения. В настоящее время в электротехнических системах применяются в основном системы контроля и защиты. Поэтому задача разработки системы диагностирования и прогнозирования состояний ЭТС является актуальной.

Цель работы и задачи исследования

Целью исследования является разработка моделей, методов и программного обеспечения для проектирования систем диагностирования и прогнозирования состояний сложных электротехнических систем, являющихся основой для разработки экспертной системы диагностирования и прогнозирования состояний сложных электротехнических систем и применении полученных результатов при их проектировании.

Для реализации данной цели требуется решить следующие задачи:

1. Разработать методологию построения систем диагностирования и
прогнозирования состояний сложных электротехнических систем.

2. Разработать математические модели, включающие в себя:

модели функционирования сложной электротехнической системы в штатных и нештатных режимах работы;

диагностические модели состояний силовых блоков и общую диагностическую модель состояний электротехнической системы;

стохастическую модель для выделения классов состояний диагностических параметров электротехнической системы;

  1. Выполнить синтез параметров настройки стохастических моделей выделения классов состояний и движения диагностических параметров объекта к границе рабочей области.

  2. Разработать структуру экспертной системы диагностирования и прогнозирования состояний сложных электротехнических систем и функциональные модели, отражающие взаимодействие различных категорий пользователей с программным обеспечением.

  3. Разработать программное обеспечение экспертной системы диагностирования и прогнозирования состояний сложных электротехнических систем.

  4. Оценить эффективность, разработанной экспертной системы диагностирования и прогнозирования состояний сложных электротехнических систем при ее работе в различных условиях и дать практические рекомендации по построению систем данного класса.

Методы исследования

При решении поставленных в настоящей работе задач использованы методы системного анализа, теории искусственного интеллекта, структурный метод проектирования информационных систем, методы проектирования экспертных систем, теории вероятностей и математической статистики, а также метод анализа иерархии, теории информации, переменных состояния, наименьших квадратов, аналитические средства технического анализа. Использовались программные среды MatLab 6.0, Delphi 6.0.

Научная новизна результатов

1. Разработанная методология построения системы диагностирования и прогнозирования состояний сложных ЭТС состоит в том, что» используя

системный подход к данной проблеме, она позволяет рассмотреть в полном единстве задачи предпроектного обследования и проектирования, обеспечивая выполнение всей совокупности функций и задач защиты электротехнических систем.

2. Разработанные модели, включающие:

виртуальные модели исследования электромагнитных процессов, построенные с учетом действия внешних и внутренних воздействий, выполняющие исследование множества возможных состояний в штатных и нештатных режимах работы ЭТС;

диагностические модели состояний силовых блоков и общую диагностическую модель состояний электротехнической установки, определяющие минимальную совокупность диагностических признаков и точки съема диагностической информации;

стохастическую модель для выделения классов состояний диагностических параметров электротехнической системы, исследующую эксплуатационные допуски и определяющую на этой основе техническое состояние системы в текущий момент времени;

позволяют выполнить предпроектное обследование и проектирование экспертной системы диагностирования и прогнозирования состояний сложных электротехнических систем.

3. Структура экспертной системы, определяющей состояние сложных
ЭТС, организует процессы диагностирования и прогнозирования на основе
интеграции информационных потоков, используемых как для определения
текущего, так и для долгосрочного прогнозирования состояния системы.

Практическая ценность результатов

1. Предложена технология настройки параметров стохастических моделей выделения классов состояний и движения диагностических параметров объекта к границе рабочей области.

  1. Разработано программное обеспечение, реализующее предложенные алгоритмы диагностирования и прогнозирования состояний сложных электротехнических систем.

  2. Получены результаты анализа эффективности разработанной экспертной системы, позволяющие дать практические рекомендации по построению систем данного класса.

Перспективность предложенных алгоритмов и методик подтверждается актами их внедрения на ООО НПП «Курай» (г. Уфа), ОАО УЗАМ (г. Уфа), а также актом использования полученных результатов в учебном процессе Уфимского государственного авиационного технического университета.

Основания для выполнения работы

Диссертационная работа выполнена в период 2000-2003 гг. в межвузовской научно-исследовательской лаборатории "Управление в технических системах" кафедры технической кибернетики УГАТУ в рамках исследований по теме "Системы диагностирования и прогнозирования состояния сложных электротехнических систем".

На защиту выносятся:

1. Методология построения систем диагностирования и прогнозирования

состояний сложных электротехнических систем.

2. Математические модели, включающие в себя:

модель функционирования сложной электротехнической системы в штатных и нештатных режимах работы;

диагностические модели состояний силовых блоков и общую диагностическую модель состояний электротехнической системы;

стохастическую модель для выделения классов состояний диагностических параметров электротехнической системы;

  1. Технология настройки параметров стохастических моделей выделения классов состояний и движения диагностических параметров к границе рабочей области.

  2. Структура экспертной системы диагностирования и прогнозирования состояний сложных ЭТС и функциональные модели, отражающие взаимодействие различных категорий пользователей с ПО.

  3. Программное обеспечение экспертной системы диагностирования и прогнозирования состояний сложных электротехнических систем.

  4. Результаты оценки эффективности, разработанной экспертной системы диагностирования и прогнозирования состояний сложных электротехнических систем.

Апробация работы и публикации

Основные положения и результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались на следующих научно-технических конференциях:

VII-международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2001г.

Международной научно-технической конференции «Computer Science and Information Technologies», Уфа, 2001г.

III Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве», Нижний Новгород, 2001г.

Третьей всероссийской научной internet-конференции «Компьютерное и математическое моделирование в естественных и технических науках», Тамбов, 2001г.

Международной молодежной научно-технической конференции «Интеллектуальные системы управления и обработки информации», Уфа, 2001г.

VIII-международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2002г.

Девятой всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика», Зеленоград, 2002г.

IX-международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2003г.

V Международной молодежной научно-практической конференции «Человек и Космос», Днепропетровск, 2003г.

4-ой Международной конференции «Компьютерное моделирование 2003», Санкт-Петербург, 2003 г.

Международной научно-технической конференции «Computer Science and Information Technologies», Уфа, 2003 г.

Основные результаты диссертационной работы отражены в 14 публикациях, в том числе в виде 6 научных статей, в 7 материалах конференций (в 3 всероссийских, 8 международных научных изданиях, 2 статей в межвузовских научных сборниках, 3 публикаций выполненных на английском языке) и свидетельства о регистрации программы для ЭВМ.

Структура работы

Диссертационная работа изложена на 139 страницах машинописного текста и включает в себя введение, четыре главы основного материала, заключение; рисунки на 18 страницах;

библиографический список из 129 наименований на 11 страницах и четыре приложения на 40 страницах.

Содержание работы

В первой главе рассматривается актуальность проблемы создания экспертной системы диагностирования и прогнозирования состояний сложных электротехнических систем. Дан обзор существующих методов диагностирования и прогнозирования состояния сложных динамических систем. Проведен анализ существующих разработок в области диагностирования и прогнозирования состояний электротехнических систем, формулируются цель и задачи исследования, решению которых посвящена диссертационная работа.

Во второй главе разрабатывается методология построения системы
диагностирования и прогнозирования состояний сложных

электротехнических систем, основанная на системных законах и принципах. Методология рассматривает в полном единстве задачи предпроектнрго обследования и проектирования систем диагностики и прогнозирования, обеспечения выполнения всей совокупности функций и задач защиты электротехнических систем.

На основе метода анализа иерархий производится выбор пакета для схемотехнического моделирования электротехнической системы.

Разработана динамическая модель функционирования

электротехнической системы в штатных режимах,

В третьей главе проводится разработка моделей функционирования электротехнических систем в нештатных режимах. Анализ развития аварийных ситуаций показывает, что система диагностирования и прогнозирования состояний ЭТС целесообразна только для выявления постепенных отказов, вызванных старением и износом оборудования.

Разрабатываются диагностические модели состояний силовых блоков преобразователя, основанные на контроле значений токов и напряжений, протекающих через силовые вентили преобразователя.

Разрабатывается общая диагностическая модель состояний электротехнической системы, на основе ее структуры. На основе анализа логической модели электротехнической системы сформирован вектор диагностических параметров.

Получен оптимальный алгоритм поиска неисправностей элементов ЭТС.

В четвертой главе проектируется экспертная система диагностирования и прогнозирования состояний ЭТС. Разрабатывается структура экспертной системы, разрабатываются функциональные модели, отражающие взаимодействие различных категорий пользователей с ПО.

Разрабатывается стохастическая модель функционирования ЭТС для проведения статистических испытаний, необходимых для выделения основных классов состояний каждого диагностического параметра: работоспособное, напряженное и аварийное. Также разрабатывается модель ЭТС, позволяющая имитировать деградационные процессы в преобразователе.

На основе критерия наименьших квадратов решается вопрос выбора модели процесса приближения ЭТС индукционного нагрева к отказам.

Проводится анализ эффективности разработанной экспертной системы диагностирования и прогнозирования состояний ЭТС, путем оценки влияния потерь информации на качество принимаемых решений и оценки используемых ресурсов: временных, объемов памяти.

Проводится обзор основных направлений развития и модернизации разработанной экспертной системы диагностирования и прогнозирования состояний ЭТС.

Подобные работы
Костенко Юрий Николаевич
Метод построения алгоритмов функционирования средств для прогнозирования состояния технических объектов
Иванов Николай Васильевич
Метод иерархического прогнозирования состояний многомерных сложных объектов
Бирюков Максим Сергеевич
Диагностика и прогнозирование противопожарного состояния опасных производственных объектов в условиях динамичного изменения параметров среды функционирования
Зимнович Роман Викторович
Программно-диагностический комплекс для управления состоянием многопараметрических технических объектов на основе методов семантического анализа
Жукова Наталия Александровна
Методы и модели оперативного контроля состояния сложных динамических объектов на основе измерительной информации с использованием алгоритмов интеллектуального анализа данных
Лившиц Владимир Леонидович
Определение и визуализация структуры взаимосвязей объектов статистической системы на основе задачи N тел и нечеткой кластеризации
Валеев Сагит Сабитович
Проектирование интеллектуальных систем управления динамическими объектами на основе принципа минимальной сложности
Асанов Асхат Замилович
Аналитический синтез многомерных адаптивных систем управления сложными динамическими объектами на основе технологии вложения
Исаков Павел Николаевич
Оптимизация управления слабоформализуемыми объектами в социально-экономических системах на основе нейросетевого моделирования
Афонин Виктор Васильевич
Анализ и синтез систем управления для линейных и нелинейных объектов на основе разделения движений

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net