CC BY
61
УДК 519.72
ИНТЕГРАЦИЯ БАЗОВЫХ И ОПТИМИЗАЦИОННЫХ ПРОЦЕДУР ПРИ УПРАВЛЕНИИ ИСПЫТАНИЯМИ ЖРД
Я.Е. Львович, И.Л. Каширина, А.А. Шостак
В статье рассматривается структура управления испытаниями ЖРД и предлагается состав оптимизационных процедур, ориентированных на интеграцию с базовыми
Ключевые слова: испытания, решающие правила, оптимизационные процедуры
Управление испытаниями ЖРД основывается на последовательном преобразовании текущей и отставленной во времени информации о состоянии двигателя в процессе испытаний. [1] В этом случае объектом управления является процесс испытания ЖРД. Информация, полученная от системы измерений параметров, характеризующих состояние двигателя, поступает в контур управления в режиме реального времени (контур управления РВ) и контур управления, использующий отставленную во времени информацию (контур управления ОВ).
В контуре управления РВ осуществляется обработка и анализ текущей информации и формирование диагностических параметров для обнаружения их отклонений от нормы, которые рассматриваются как аномальные состояния (АС), характеризующие неисправности двигателя. В качестве диагностических параметров, используемых для формирования диагностических признаков, выступают:
- значение обобщенного параметра (ОП), как измеренное (И) или прогнозируемое (П) значение параметра или функция двух и более таких обобщенных параметров или функция двух и более значений такого обобщенного параметра во временной последовательности;
- отклонения И/П значения параметра от начального (измеренного в момент включения контроля) значения;
- отклонение вниз/вверх И/П значения параметра от экстремального (максимального или минимального) достигнутого за время контроля уровня (размах вниз/вверх);
- отклонение вверх/вниз И/П значения параметра от максимального/минимального достигнутого за время контроля уровня (выход за экстремальное значение);
- тренд (смещение среднего уровня) И/П значения параметра и его направление;
- дрейф (скорость смещения среднего уровня) И/П значения параметра и его направление;
- временная последовательность достижения пороговых значений диагностическими признаками.
Пороги, при сравнении ОП с которыми формируются диагностические признаки, могут быть:
- постоянными;
Львович Яков Евсеевич - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (473) 220-56-28
Каширина Ирина Леонидовна - ВГУ, канд. техн. наук, доцент, тел. 8 903 653 92 93, e-mail: [email protected] Шостак Александр Александрович - ВГТУ, аспирант, e-mail: [email protected]
- переменными, изменяющимися во времени;
- переменными, изменяющимися в зависимости от текущего, прошлых или прогнозируемых значений контролируемого параметра;
- переменными, изменяющимися в зависимости от текущего, прошлых или прогнозируемых значений другого параметра, функционально связанного с контролируемым.
Для формирования информации об АС двигателя в процессе испытаний при проведении диагностической оценки по отдельным параметрам доступны:
- контроль параметра на соответствие постоянным или дрейфующим (линейно изменяющимся во времени) порогам, заданным относительно номинала параметра, равно как и аналогичный контроль прогнозируемого значения параметра;
- контроль параметра на соответствие постоянным или дрейфующим порогам, заданным относительно начального значения параметра;
- контроль параметра на соответствие постоянным порогам, заданным как линейная функция другого параметра;
- обнаружение предельного приращения (в том числе с отсеиванием флуктуаций) параметра на фиксированном интервале т, взятого как разность [А(1;) - А(1;-т)], по текущему значению порога П(АД)
- линейной функции параметра (А) и времени (1);
- обнаружение предельного смещения параметра как абсолютного или относительного отклонения среднего по нескольким измерениям (контроль размаха скользящего среднего);
- обнаружение предельного тренда параметра с отсевом влияния сопоставимого с флуктуациями дрейфа (обнаружение отклонения среднего, нарастающего в темпе, значимо превосходящем флуктуации параметра);
- обнаружение предельных выбросов параметра за значение глобального экстремума;
- обнаружение предельного размаха параметра по фиксированным порогам или по линейно зависящим от параметра порогам или по дрейфующим порогам;
- обнаружение предельного смещения параметра приемами статистического последовательного анализа на основе метода кумулятивных сумм.
В случае диагностической оценки по комбинации параметров доступны:
- обнаружение аномалий взаимного поведения измеряемых параметров во времени на переходных режимах на основе количественного и качественного анализа взаимного поведения пара-
метров;
- обнаружение предельного изменения масштаба флуктуаций параметра приемами статистического последовательного анализа на основе критерия кумулятивной суммы (обнаружитель разладки процесса);
- робастные процедуры обнаружения разладки, реализующие идею использования кумулятивной суммы переменных с дискретными значениями, а также идею отсечки выбросов при неизвестных характеристиках этих выбросов;
- обобщение робастных процедур обнаружения разладки на многомерный процесс и многомодельное представление нормы / разладки процесса (применяется, например, в диагностике спектра);
- оценка максимального правдоподобия для величины неисправности;
- оценка меры правдоподобия данного типа неисправности (гипотезы);
- оценка максимального правдоподобия для превентивного управления над всей совокупностью значимых гипотез неисправностей.
Сформированная диагностическая информация об АС в виде образа, носителем которого является комбинация 0 и 1 (1 - диагностический признак выполняется, 0- в противном случае), сравнивается с образами АС, считываемыми из коллекции термов логических условий. В зависимости от взаимного соответствия этих образов на основе решающего правила либо осуществляется аварийное выключение двигателя (АВД), либо подается команда о продолжении испытаний.
Команды- решения, соответствующие каждому из термов ранжированы так, что большему значению команды- решения соответствует больший приоритет. Значение команды, формируемой методом РП, определяется как максимальное значение, выбранное из значений команд- решений, выработанных в ходе проверки соответствия текущего состояния объекта образам, представленным элементами коллекции термов.
Таким образом, базовыми процедурами в контуре управления РВ являются процедуры обработки и анализа информации, диагностические процедуры и процедуры, использующие РП. Контур управления ОВ, кроме его основного предназначения - интеграции в технологический процесс производства ЖРД - предлагается использовать для коррекции алгоритмических составляющих и пороговых значений как внутри базовых процедур, так и во взаимодействующих с ними структурах хранения информации:
- коллекции математических методов обработки и анализа текущей информации с ориентацией на доступные результаты для диагностической оценки (коллекция 1);
- коллекции формулярных данных, то есть набора настроек для диагностического оценивания (коллекция 2);
- коллекции термов логических условий РП (коллекция 3).
Рассмотрение различных математических методов фильтрации, сглаживания, прогнозирования, последовательного анализа для оценки их эффективности в контуре управления РВ и включения в коллекцию 1 представляет собой первый этап интеллектуализации управления испытаниями ЖРД [2].
На этом этапе созданы предпосылки для перехода ко второму этапу интеллектуализации, основанному на введении оптимизационных процедур, которые обеспечивают повышение эффективности выполнения базовых процедур на основе анализа отставленной во времени информации в контуре управления ОВ. Эти оптимизационные процедуры разделяются на две группы:
- позволяющие осуществить поиск решений, которые обеспечивают рациональный выбор за счет варьирования элементами базовых процедур (внутренняя оптимизация);
- позволяющие минимизировать многокомпонентные структуры хранения информации, с которыми взаимодействуют базовые процедуры (оптимизация структур хранения информации).
Совокупность оптимизационных процедур должна обеспечить минимальные затраты времени в контуре РВ и максимальную достоверность АС.
Основной задачей первой группы процедур является построение системы гипотез по факторам, влияющим на параметры двигателя в процессе испытаний, которая определяет условия максимального правдоподобия типа и величины неисправностей. Вторая группа процедур связана с поиском минимального покрытия [3]:
- в коллекции 1 - математическими методами обработки и анализа информации всего перечня действий, доступных для диагностической оценки как по отдельному параметру, так и по их комбинации;
- в коллекции 2 - формулярными данными настроекпакета диагностических оценок;
- в коллекции 3 - термами логических условий РП всего перечня АС.
Структурная схема интеграции базовых и оптимизационных процедур при управлении испытаниями ЖРД приведена на рисунке.
Литература
1. Мельников М.В. Основные принципы диагностики двигателя при стендовых огневых испытаниях/ М.В. Мельников, А.А.Морозов, Б.А. Соколов// Ракетнокосмическая техника. Сер.1У, 1975, вып. 28.
2. Никифоров И.В. Применение кумулятивных сумм для обнаружения изменения характеристик случайного процесса. // Автоматика и Телемеханика.- 1979. - №2. С. 48-58.
3. Львович Я.Е. оптимизация построения решающих правил при управлении испытаниями/ Львович Я.Е. Шостак А.А.// Вестник Воронежского государственного технического университета, 2011.- Т. 7. № 10.- С. 65-68.
Структурная схема интеграции базовых и оптимизационных процедур нри управлении испытаниями ЖРД
Воронежский государственный технический университет Воронежский государственный университет
INTEGRATION BASIC AND OPTIMIZATION PROCEDURES IN CONTROL TESTS LRE
J.E. Lvovich, I.L. Kashirina, A.A. Shostak
The article deals with the management structure and proposed tests of the rocket engine optimization procedures aimed at integration with the base
Key words: testing, decision rules, optimization procedures
