2 Modele do lokalizacji uszkodzeń i rozpoznawania stanów obiektu

(1)

Instytut Sterowania i Systemów Informatycznych Uniwersytet Zielonogórski

Diagnostyka procesów i systemów

Prowadzący: Marcel Luzar¹

Laboratorium nr 5

Lokalizacja uszkodzeń 1 Cel ćwiczenia

Celem podstawowym jest zapoznanie się z podstawowymi metodami lokalizacji uszkodzeń.

2 Modele do lokalizacji uszkodzeń i rozpoznawania stanów obiektu

Diagnostyka zajmuje się rozpoznawaniem stanu obiektów technicznych. Zmiany stanów spowodo- wane są uszkodzeniami, w tym również zużywaniem się obiektu itd. niektórych przypadkach nie jest możliwe, bądź potrzebne rozpoznanie poszczególnych uszkodzeń (np. 20% spadek wydajności pompy 1), ale wystarczy określenie klasy stanu, w którym znajduje się obiekt (np. uszkodzenie w systemie pomp). Poszczególne klasy stanów mogą obejmować podzbiory stanów z różnymi uszkodzeniami lub też stany obiektu o podobnym stopniu degradacji jego właściwości.

Jako sygnały wejściowe w procesie lokalizacji uszkodzeń lub klasyfikacji stanu wykorzystywane są:

• residua generowane na podstawie modelu obiektu,

• binarne bądź wielowartościowe sygnały powstałe w wyniku oceny wartości residuów,

• binarne bądź wielowartościowe sygnały generowane poprzez klasyczne i heurystyczne metody detekcji uszkodzeń,

• parametry statystyczne opisujące sygnały w systemie,

• zmienne procesowe tzn. mierzone lub wyliczane sygnały wielkości fizycznych.

Modele stosowane zatem do lokalizacji uszkodzeń lub rozpoznawania stanów obiektu powinny odwzorowywać przestrzeń wartości sygnałów diagnostycznych w dyskretną przestrzeń uszkodzeń lub stanów obiektu.

1Marcel Luzar, Instytut Sterowania i Systemów Informatycznych, Uniwersytet Zielonogórski , ul. Podgórna 50, 65-246 Zielona Góra, Poland. Email: m.luzar@issi.uz.zgora.pl

1

(2)

Najprościej jest określić związek między uszkodzeniami, a sygnałami diagnostycznymi dla re- dundancji sprzętowej, ale z powodów kosztów takie rozwiązania spotyka się stosunkowo rzadko.

Jeśli znane są równania generacji residuów zawierające wpływ uszkodzeń (np. równania w na- stępnym podpunkcie) to w wyniku symulacji tych uszkodzeń można określić wartości residuów i odpowiadające im wartości sygnałów diagnostycznych dla stanu z i bez uszkodzeń. Taki spo- sób mimo szeregu zalet jest bardzo czasochłonny i trudny. Główny problem to uzyskanie opisu matematycznego obiektu łącznie z uszkodzeniami.

Inny sposób polega na wykorzystaniu wiedzy eksperckiej. Ekspert powinien określić wartości sygnałów diagnostycznych poszczególnych uszkodzeń, tworząc w ten sposób arbitralny podział przestrzeni sygnałów diagnostycznych.

2.1 Układ 3 zbiorników

Poniżej znajdują się równania opisujące układ trzech zbiorników łącznie z wpływem uszkodzeń, dokładne znaczenie parametrów w tej chwili jest dla nas nieistotne dlatego zostanie pominięte.

Residua są otrzymywane poprzez odjęcie lewej strony równań od prawej (zerując wtedy wpływ uszkodzeń).

F + f₁ = k_v[S(U + f₅) + f₆]

s∆P_z+ f₇+ f₈

ς , (1)

A₁d(L₁+ f₂)

dt = (F + f₁) − a₁₂(S₁₂+ f₉)^q2g [(L₁+ f₂) − (L₂+ f₃)] − f₁₂, (2) A₂d(L₂+ f₃)

dt = a₁₂(S₁₂+ f₉)^q2g [(L₁+ f₂) − (L₂+ f₃)]− (3) a₂₃(S₂₃+ f₁0)^q2g [(L₂+ f₃) − (L₃+ f₄)] − f₁₃, (4) A₃d(L₃+ f₄)

dt = −a₂₃(S₂₃+ f₁0)^q2g [(L₂+ f₃) − (L₃+ f₄)]− (5) a₃(S₃+ f₁1)^q2g [(L₃+ f₄)] − f₁₄, (6) gdzie np. f₁ oznacza uszkodzenie toru pomiarowego strumienia cieczy na dopływie do zbiornika Z₁ objawiające się w postaci błędu pomiarowego.

3 Przebieg ćwiczenia

1. Na podstawie powyższych równań utworzyć binarną macierz diagnostyczną. Czy istnieje wiele tożsamych możliwych macierzy diagnostycznych?

2. Utworzyć drzewo (graf) diagnostyczny na podstawie utworzonej binarnej macierzy diagnostycznej. Czy istnieje wiele możliwych drzew diagnostycznych powstałych z jednej macierzy diagnostycznej, jaka jest ich potencjalna maksymalna ilość dla n sygnałów diagnostycznych?

Narysować drzewa startujące z każdego wierzchołka początkowego, co można o nich powie- dzieć.

3. Zaproponować reguły i funkcje logiczne w postaci Jeżeli to, jakie są ich podstawowe dwa typy i jak one się mają do macierzy diagnostycznej?

2

(3)

4. Dokonać symulacji i lokalizacji uszkodzeń za pomocą skryptów dostarczonych przez prowa- dzącego dla modelu odwróconego wahadła.

5. Dokonać symulacji i lokalizacji uszkodzeń za pomocą skryptów dostarczonych przez prowa- dzącego dla modelu silnika benzynowego (ang. Spark-ignition engine).

4 Sprawozdanie

Sprawozdanie należy przygotować w postaci pliku .pdf oraz dołączyć model Simulinka (rozszerzenie

*.mdl) oraz niezbędne zmienne potrzebne do jego wykonania. Wszystkie pliki, skompresowane w archiwum WinRar, należy wysłać drogą mailową na adres prowadzącego zajęcia.

3