Розглянуто структуру та запропоновано математичні моделі функціонування блоку оперативної оцінки стану обладнання як складного імпульсного ланки системи автоматизованого управління працездатністю транспортних об'єктів.

Анотація наукової статті з будівництва та архітектури, автор наукової роботи - Климов Євген Миколайович, Кобелєва Анастасія Сергіївна


The structure is considered and mathematical models of functioning of the block of an operative estimation of a condition of the equipment as сomplicated pulse link of system of automated management by working capacity of transport objects are offered.


Область наук:
  • Будівництво та архітектура
  • Рік видавництва: 2011
    Журнал: Вісник державного університету морського і річкового флоту ім. адмірала С.О. Макарова

    Наукова стаття на тему 'Математичні моделі процесу оперативної оцінки технічного стану транспортних об'єктів'

    Текст наукової роботи на тему «Математичні моделі процесу оперативної оцінки технічного стану транспортних об'єктів»

    ?випуск 3

    УДК 629.12.04 Е. Н. Климов,

    д-р техн. наук, професор, СПГУВК;

    А. С. Кобелєва,

    канд. техн. наук, доцент, СПГУВК

    МАТЕМАТИЧНІ МОДЕЛІ ПРОЦЕСУ ОПЕРАТИВНОЇ ОЦІНКИ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ ТРАНСПОРТНИХ ОБ'ЄКТІВ

    MATHEMATICAL MODELS OF PROCESS OF THE OPERATIVE ESTIMATION OF THE TECHNICAL CONDITIONS OF TRANSPORT OBJECTS

    Розглянуто структуру та запропоновано математичні моделі функціонування блоку оперативної оцінки стану обладнання як складного імпульсного ланки системи автоматизованого управління працездатністю транспортних об'єктів.

    The structure is considered and mathematical models offunctioning of the block of an operative estimation of a condition of the equipment as implicated pulse link of system of automated management by working capacity of transport objects are offered.

    Ключові слова: модель, технічний стан, діагностування, амплітудно-імпульсний модулятор, частотно-імпульсний модулятор, решітчаста функція, періодичність перевірки стану, алгоритм оцінки стану.

    Key words: model, technical condition, diagnosing, pulse-amplitude modulator, pulse-frequency modulator, lattice function, checkup periodicity, algorithm of state estimation.

    ПРИ аналізі функціонування системи автоматизованого управління технічним станом транспортного обладнання та оцінці ефективності пропонованих рішень щодо її вдосконалення необхідна формалізація процесів у всіх ланках цієї системи.

    Процес зміни технічного стану транспортних об'єктів в експлуатації досить добре вивчений. У модельному пла-

    чи не він розглядається як нестаціонарний і монотонний, тобто односпрямований, що не міняє знаку похідної випадковий процес [1, с. 346-349].

    Блок оперативної оцінки технічного стану здійснює періодичне вимірювання значень діагностичних параметрів і визначає вид стану. При оцінці «працездатний» визначається залишковий ресурс по параметру або напрацюванні (запас рабо-

    Мал. 1. Структурна схема блоку оперативної оцінки технічного стану

    тоспособности), а при оцінці «непрацездатний» організовується пошук виник дефекту із заданою точністю (до агрегату або вузла).

    У загальному випадку періодичність технічного діагностування не є постійною величиною, вона може залежати від розміру залишкового ресурсу.

    Блок оперативної оцінки технічного стану в зазначеній системі управління слід розглядати як складне ланка дискретного дії. Його структурна схема може бути представлена ​​у вигляді, показаному на рис. 1.

    тут:

    АІМ - амплітудно-імпульсний модулятор;

    АРФ - аппроксіматор гратчастої функції;

    ЧИМ - частотно-імпульсний модулятор;

    АФО - алгоритм формування оцінки стану і залишкового ресурсу;

    а (т) - фактичне значення показника технічного стану в функції напрацювання (модулирующая функція);

    а * (тп) - результати періодичного діагностування при певних напрацюваннях у вигляді числової або графічної гратчастої функції (вихідний сигнал амплітудно-імпульсного модулятора);

    У (т) - безперервна функція, огинає ґратчасту функцію;

    Дт - інтервал напрацювання до чергового діагностування (вихідний сигнал частотно-імпульсного модулятора);

    КЧ - критерій роботи ЧИМ;

    НБ - нормативна база;

    ОТС - оцінки технічного стану.

    Гратчасту функцію можна формалізувати, використовуючи символічну дельта - функцію Дірака:

    ГО притих;]

    а * (т) = 45 (т); 8 (т) = * п (л = 1, 2, ...). (1)

    тут

    An - ордината гратчастої функції при п-й перевірці стану в момент тп;

    5 (т) - дельта-функція Дірака;

    Сукупність результатів перевірки стану можна розглядати в загальному випадку

    як нестаціонарну випадкову функцію цілочисельного аргументу.

    Споживачем інформації, що міститься в результатах окремого діагностування, є контур оперативного управління технічним станом транспортних об'єктів. Для роботи частотно-імпульсного модулятора в складі блоку оперативної оцінки стану, а також блоку прогнозування стану в системі управління необхідна узагальнена (підсумкова) інформація про характер зміни за певний інтервал напрацювання. Таку інформацію містить функція у (т), огинає дискрети гратчастої функції.

    Якщо в окремому випадку процес зміни технічного стану є детермінованим або близьким до нього, огинає функцію можна отримати, використовуючи методи апроксимації імпульсних функцій. Можлива апроксимація безперервної гладкою або ступінчастою функцією. Як гладкої функції можуть бути використані поліном або експоненціальна залежність [1, с. 346-349]. Використання ступінчастою функції призводить до кінцево-різницевих рівнянь і їх розв'язання із застосуванням дискретного перетворення Лапласа. В результаті буде отримана також гладка огинає функція.

    При обліку впливів численних випадкових факторів на параметри процесу зміни технічного стану транспортного об'єкта можуть бути використані методи загальної теорії випадкових функцій.

    Частотно-імпульсний модулятор в складі блоку оперативної оцінки стану забезпечує виконання процедури регулювання інтервалів діагностування. Будь-імпульсний елемент має амплітудну і модуляційну характеристики.

    У розглянутого амплітудно-імпульсного модулятора (АІМ) вони збігаються один з одним. Для частотно-імпульсного модулятора (ЧИМ) амплітудна і модуляційна характеристики суттєво відрізняються. Тут амплітуда вихідної послідовності імпульсів незмінна. Поява імпульсу означає необхідність проведення технічного діагностування об'єкта. модуляционная

    випуск 3

    випуск 3

    характеристика визначає зв'язок між моментами появи вихідних імпульсів і вхідним сигналом.

    Вхідним сигналом ЧИМ є функція

    ,

    (2)

    де у (т) - швидкість зміни діагностичного параметра;

    ТПО - момент настання параметричного відмови.

    Модуляционная характеристика має

    вид

    Ах = Т - Т, =

    п п п-1

    / (Ук »Л). уя<У ^ Вже '>

    А * до> КК<У ^ УД '> (3)

    АТД 'У>уд-

    Тут Ат - черговий крок контролю (п = 1, 2, ...); І

    у, у, у - початкове значення і пре-

    н до 'д г

    слушні КОНТРОЛЮ І допустиме значення діагностичного параметра;

    АТК, АТД - кроки контролю після перевищення граничних контрольного і допустимого значення.

    Введення двох внутрішньосистемних порогових значень параметра ук і уд викликається наступними обставинами. Допустиме значення параметра, що передує фізичній відмови, фіксує настання параметричного відмови і поява потреби у відновленні запасу працездатності. Використання контрольного межі, що передує допустимому, обумовлено прагненням своєчасно попередити операторів автоматизованої системи управління про наближення транспортного об'єкта до параметричного відмови.

    В результаті створюються три характерних режиму діагностування:

    - нормальний при наявності запасу ра-0 працездатність;

    - посилений при експлуатації об'єкта з очікуванням технічного обслуговування або ремонту;

    - практично безперервний (наприклад, щодобовий, щотижневий) при ви-

    нужденності експлуатації в стані параметричного відмови.

    Вид функції / (у ун) залишкового контрольного параметричного ресурсу визначається з урахуванням заданого критерію КЧ (див. Рис. 1). Найчастіше в ролі такого критерію в процесі експлуатації виступає максимально можливе значення показника безвідмовності роботи об'єкта. З цих позицій можна запропонувати два варіанта реалізації цієї функції.

    У першому варіанті контрольний поріг ук є постійним. Момент чергового діагностування кожен раз визначається з розрахунку, що швидкість зміни контрольованого параметра буде максимально можливої, відповідної самих несприятливих умов експлуатації, тобто критичної (ук). При цьому може наступити параметричний відмову, імовірність фізичного відмови буде мінімальною (рис. 2).

    Мал. 2. Ілюстрація принципу роботи частотно-імпульсного модулятора при заданій безвідмовності і постійному контрольному рівні

    Алгоритм визначення моменту чергового діагностування може бути представлений у вигляді

    * І = (л-дО / ук; т2 = * 1 + (уд -7і) / ук;

    'ІП = їп - \ + (ВУЛ-УПЛ) ІУк,

    (4)

    де (у - УП1) - залишковий параметричний ресурс в момент попередньої перевірки стану.

    Інтервали між черговими перевірками стану об'єкта визначаються як

    Дт, = Суд->»") / Ук;

    АТ 2 = (Уд-л) / у «= л ^ сі-л) / ук;

    г /

    ДХЛ = Дх1 "(Л-1 ~ У')! У каналізуючи рядки вираження (5), можна сказати, що кожен інтервал перевірки стану об'єкта, крім першого, формується шляхом зменшення попереднього інтервалу на розмір ресурсу з напрацювання, витраченого на ньому в припущенні, що швидкість зношування буде дорівнює критичної.

    У разі близькості характеристики зміни діагностичного параметра у (т) до лінійної залежності можливо завчасне визначення планової періодичності перевірки технічного стану об'єкта у вигляді

    Щ = Суд - л) / Ук = тт (ут / ук); Дт ^ Дт ^ -Дт ^);

    (6)

    / 1-1. ?

    Дтп = Лті (1 - Д ^ і / хт) '

    'Ст = (УД-Уї) / Ут,

    де ут - середня швидкість зміни діагностичного параметра;

    тт - ресурс об'єкта з напрацювання до параметричного відмови.

    У тих випадках, коли змінний інтервал між перевірками стану неприйнятний з яких-небудь причин, може бути використаний інший алгоритм, в основу якого покладено постійний інтервал, який визначається за формулою

    ^ = (Уя ~ уя) / «Ук,

    (7)

    де а - коефіцієнт кратності (а = 1, 2, ...), який обирається з урахуванням умов експлуатації.

    Зі збільшенням цього коефіцієнта зменшується постійний крок контролю. Найбільший крок виходить при а = 1, при цьому у = ук і зберігається постійний контрольний рівень у

    при а > 2 на першому кроці також використовується критична швидкість у = ук, але в подальшому контрольна швидкість поступово зменшується. На рис. 3 показаний процес визначення контрольних рівнів на першому, другому і наступних кроках контролю для випадку а = 2.

    Мал. 3. Процес визначення контрольних рівнів

    Ці рівні визначаються точками перетину ліній контрольних швидкостей у УК2 і так далі і відповідних ординат. Отримана динамічна характеристика контрольних порогів показана штриховою лінією, вона являє собою безперервну гладку функцію, що огинає ґратчасту функцію.

    Аналітично перший контрольний поріг в загальному випадку визначається як

    Уж. 1 = КК1 Ат = (л - Уї) I а; КК1 = Ук. (8)

    Аналогічним шляхом можуть бути отримані формули для наступних порогових значень.

    Розглянутий варіант (а > 2) може бути використаний в тих випадках, коли на ранніх стадіях експлуатації вимоги до контролю транспортного об'єкта більш високі, ніж на наступних.

    Список літератури

    1. Климов Е. Н. Математичне моделювання процесів витрачання і відновлення технічного ресурсу суднової техніки / Е. Н. Климов, А. С. Кобелєва, І. В. Малихіна // Водні

    випуск 3

    випуск 3

    шляху Росії: будівництво, експлуатація, управління: матеріали Міжнар. наук.-практ. конф., посвящ. 200-річчя підготовки кадрів для водного транспорту Росії. - СПб .: СПГУВК 2009.

    СУЧАСНИЙ СТАН І РІВЕНЬ ОСНАЩЕНОСТІ СУДІВ ТЕХНІЧНОГО І допоміжного флоту НА ВНУТРІШНІХ

    ВОДНИХ ПУТЯХ РОСІЇ

    THE CURRENT STATE AND EQUIPMENT LEVEL OF TECHNICAL AND AUXILIARY FLEET ON INLAND WATERWAYS

    У статті висвітлюється сучасний стан і рівень оснащеності навігаційним і контрольним устаткуванням технічного і допоміжного флоту Росії, в тому числі одного з найбільш передових державних басейнових управлінь водних шляхів і судноплавства - Волго-Балтійського державного басейнового управління водних шляхів і судноплавства (ГБУ «Волго-Балт» ).

    The article shows the current state and equipment level with the navigational and control facilities of technical and auxiliary fleet of Russia, including one of the most advanced state board of waterways and navigation - Volga-Baltic State Basin Board of Waterways and Navigation (GBU "Volgo -Balt ").

    Ключові слова: внутрішні водні шляхи, автоматизована система управління судами технічного і допоміжного флоту (АСУ ТВФ), річкова інформаційна служба (РІС), безпеку судноплавства.

    Key words: inland waterways, the automated control system of technical and auxiliary fleet ships, river information system, safety of navigation.

    С. 346-349.

    УДК 656.62: 621.396

    С. В. Рудих,

    канд. техн. наук, СПГУВК

    І НАУКИ Федерації для

    ральное державне унітарне підпри-

    судноплавства використовується понад 100 тис. км внутрішніх водних

    ємство (ФДУП).

    шляхів, з яких понад 48 тис. км мають гарантовані габарити суднового ходу і більше 60 тис. км обслуговуються береговими і плавучими засобами навігаційного обладнання (ЗНО). Завдання забезпечення умов для безпечного і безперешкодного плавання суден і складів на внутрішніх водних шляхах покладено на 16 басейнових державних управлінь, з яких 15 мають статус федеральних державних установ державних басейнових управлінь водних шляхів і судноплавства (ФДМ ГБУВПіС) і одне має організаційну форму державного управління - Феде-

    Зазначена задача вирішується шляхом виконання комплексу колійних робіт на ВВП РФ для забезпечення заданих габаритів суднового ходу і поліпшення судноплавних умов. Протяжність водних шляхів, що обслуговуються басейновим державними управліннями, представлена ​​на рис. 1.

    Колійні роботи виконуються за допомогою судів технічного флоту, до складу якого входять обстановочной теплоходи, земснаряди і грунтоотвозние шаланди, мотозавозні, дноочищувальних снаряди, водолазні боти, грейфери плавкрани і ін. Для постачання і нормальної експлуатації технічного флоту необхідні суду вспо-


    Ключові слова: МОДЕЛЬ / ТЕХНІЧНИЙ СТАН / ДІАГНОСТУВАННЯ / АМПЛИТУДНО-ІМПУЛЬСНИЙ модулятор / ЧАСТОТНО-ІМПУЛЬСНИЙ модулятор / гратчастої ФУНКЦІЯ / ПЕРІОДИЧНІСТЬ ПЕРЕВІРКИ СТАНУ / АЛГОРИТМ ОЦІНКИ СТАНУ / MODEL / TECHNICAL CONDITION / DIAGNOSING / PULSE-AMPLITUDE MODULATOR / PULSE-FREQUENCY MODULATOR / LATTICE FUNCTION / CHECKUP PERIODICITY / ALGORITHM OF STATE ESTIMATION

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити