Информационно-измерительная система проверки и ранней диагностики источников вторичного электропитания

Актуальность темы

Повышение надежности и качества работы радиоэлектронных систем, внедрение автоматизированных методов и средств контроля и диагностики, в том числе применение бесконтактных методов ранней диагностики, являются актуальными задачами в области приборостроения при создании информационно-измерительных и управляющих систем, в том числе адаптивных. Это в полной мере относится к источникам вторичного электропитания (ИВЭП), среди которых наибольшее применение находят программно-управляемые (специализированные) источники вторичного электропитания (СИВЭП). Здесь одной из наиболее важных задач является обоснованный выбор эффективного диагностического обслуживания при проведении контроля и диагностики источников вторичного электропитания.

Большая номенклатура нормируемых показателей диагностирования, необходимость использования расчетно-экспериментальных методов для анализа и оценки состояния ИВЭП, связанных с накоплением больших объемов статистических данных, требуют значительных экспериментальных и вычислительных затрат. Диагностированию восстанавливаемых сложных объектов различного назначения посвящены работы многих российских и зарубежных ученых, в том числе: В. К. Федорова, В. В. Клюева, А. И. Мартяшина, А. В. Мозгалевского, П. П. Пархоменко, В. И. Сагунова, А. В. Светлова, Е. С. Согомоняна, А. Г. Схиртладзе, Г. В. Уильямса, Т. У. Уильямса, Т. Макино, М. Охаси и др.

Вместе с тем пути решения проблемы проверки и раннего диагностического обслуживания восстанавливаемых сложных объектов, таких, как СИВЭП, в условиях ограниченности технико-экономических и организационных затрат исследованы недостаточно. В связи с этим актуальной является разработка новых методик диагностического обслуживания, которые базируются на аналитическом и экспериментальном подходах, или их комбинации. Большие перспективы имеют бесконтактные методы диагностики, которые упрощают съем данных, определяют интегрированные параметры радиоэлектронных систем, позволяют организовывать адаптивный алгоритм диагностики.

Целью работы является улучшение эксплуатационных и экономических характеристик систем ранней диагностики и технического обслуживания, повышение достоверности измерений за счет создания новых методик, совершенствования автоматизированных информационно-измерительных систем проверки и ранней диагностики источников вторичного электропитания, реализующих бесконтактные методы.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

1. Провести анализ принципов построения и основных параметров специализированных источников вторичного электропитания, требований на проведение проверки и ранней диагностики источников вторичного электропитания.

2. Создать адаптивную автоматизированную информационно-измерительную систему проверки источников вторичного электропитания, включая алгоритм ее работы, программное обеспечение и организацию потоков информации и управления, что позволит автоматизировать указанные процессы.

3. Провести анализ и обработку получаемых диагностических данных, используя методы максимального правдоподобия, функции Лапласа, что позволит устранить случайные погрешности и промахи измерений.

4. Исследовать диагностические возможности сигналов помехи на выходе источников вторичного электропитания и разработать методику ранней диагностики и определения остаточного ресурса источников вторичного электропитания.

5. Разработать методику бесконтактного измерения параметров источников вторичного электропитания, основанную на сканировании электрического и магнитного полей, создать алгоритмы работы адаптивных автоматизированных информационно-измерительных систем ранней диагностики.

6. Оптимизировать временные интервалы оперативного контроля параметров СИВЭП в зависимости от способа обработки информационных сигналов.

Методы исследования базируются на положениях теории электрических цепей и сигналов, теории случайных процессов с элементами теории вероятностей и математической статистики, спектрального анализа и цифровой обработки сигнала, теории информационно-измерительных и управляющих систем.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложена методика автоматизированной проверки специализированных источников вторичного электропитания, основанная на формировании управляющих кодов для установки выходных параметров, их измерений и статистической обработки получаемой диагностической информации методами максимального правдоподобия, что позволяет уменьшить время проверки не менее чем на 50% и повысить достоверность проводимых измерений до 99,5%.

2. Доказано, что в частотном диапазоне спектра сигнала помехи на выходе источников вторичного электропитания содержится диагностическая информация, применимая для ранней диагностики источников вторичного электропитания.

3. Предложена методика ранней диагностики специализированных источников вторичного электропитания, основанная на выделении сигнала помехи, обработке его частотного спектра, выделении средневзвешенного значения спектральной составляющей и сравнении с пороговым значением.

Практическая ценность работы. Применение разработанной методики позволяет проводить оперативную диагностику специализированных источников вторичного электропитания. Разработанные автоматизированные системы ранней диагностики представляют собой аппаратно-программные комплексы, обеспечивающие снижение затрат на проведение ранней диагностики и технического обслуживания. Выдвинутые научные положения явились основой при разработке новых методик и средств диагностирования специализированных источников вторичного электропитания. Практическая ценность подтверждается внедрением опытных образцов приборов в серийное производство и учебный процесс.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика построения информационно-измерительной системы проверки специализированных источников вторичного электропитания, заключающаяся в построении измерительной цепи ввода данных, разработке алгоритмов обработки информации и формирования сигналов управления, их программной реализации, что обеспечивает автоматизацию процесса проверки.

2. Методика проведения диагностики, заключающаяся в сравнении значений на-пряженностей магнитного и электрического полей в контрольных точках программно-управляемых (специализированных) источников вторичного электропитания, получаемых с помощью бесконтактных датчиков, со значениями напряженностей исправного блока, хранящимися в БД, в анализе результатов и выборе новых координат положения датчиков, на основе диагностических моделей СИВЭП.

3. Структура информационно-измерительной диагностической системы, содержащей, в отличие от существующих, тракты измерения сигналов помехи, идентифицирующих зарождение и развитие дефектов и позволяющих осуществить раннюю диагностику источников вторичного электропитания.

4. Алгоритм работы информационно-измерительной системы раннего диагностирования источников вторичного электропитания, заключающийся в многократных измерениях и статистической обработке получаемой информации, что обеспечивает повышение точности и достоверности измерений.

Внедрение результатов работы.

Результаты работы внедрены на предприятии ФГУП «Кузнецкий завод радиоприборов» (прибор ранней диагностики источников вторичного электропитания и автоматизированная система проверки источников вторичного электропитания), а также в учебном процессе кафедры КиПРА ГОУВПО «Пензенский государственный университет».

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международном симпозиуме «Надежность и качество» г. Пенза, 2004, 2005, 2006, 2008 гг.) — Международной научно-технической конференции «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации» (г. Пенза, 2004, 2006 гг.) — научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в России» (г. Кузнецк, 2004, 2005 гг.) — Международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии» (г. Пенза, 2004 г.) — Международной научно-технической конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2005 г.) — научно-практической конференции «Проблемы качества, безопасности и диагностики в условиях информационного общества «КБД-ИНФО-2005» «(г. Сочи, 2005 г.).

Публикации по теме диссертации. Опубликовано 16 печатных работ, в том числе 1 статья в издании, рекомендованном ВАК.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений.

Список использованных источников

включает 96 наименований. Общий объем диссертации -125 страниц основного текста, в том числе 64 рисунка и 2 таблицы.

4.2 Выводы по главе 4.

1. Показана необходимость автоматизации процесса диагностики РЭС на базе усовершенствованных методик покомпонентного диагностирования, используя вычислительное устройство для обработки информации и принятия решений. Измерения параметров элементов, режимов работы, выявление неисправного элемента производится без участия человека. В функции регулировщика входит подключение аппаратуры диагностики к объекту и, учитывая рекомендации аппаратуры, произвести замену неисправного элемента.

2. Перспективным направлением диагностического обслуживания является повышение эффективности диагностирования радиоэлектронных систем и их компонентов, создание программно-аппаратного комплекса диагностического обслуживания на основе бесконтактных методов.

3. Созданы адаптивные автоматизированные информационно-измерительные системы диагностики радиоэлектронных систем, разработаны алгоритмы их работы, программное обеспечение, организация потоков информации и управления, работа которых позволяет уменьшить время определения места отказа.

4. Разработаны опытные образцы систем диагностического обслуживания и внедрены в промышленность и учебный процесс.

Заключение

.

1. При проведении поверки дистанционно управляемых блоков питания необходимо выполнять следующие операции: внешний осмотропробованиеопределение погрешности установки выходного напряженияопределение погрешности установки выходного токаопределение нестабильности выходного напряжения, проверка пульсаций выходного напряжения в режиме стабилизации напряженияпроверка пульсаций выходного тока в режиме стабилизации тока. Большим недостатком используемого способа поверки является ручная установка поверяемого прибора, ручное управление измерительной аппаратуры, расчеты погрешностей. Существует необходимость создания АРМавтоматизированного рабочего места.

2. Большим недостатком существующего способа поверки является одноразовое измерение выходных параметров блока питания. Случайные погрешности измерительного прибора, поверяемого блока питания могут привести к неправильному результату. Необходимо производить определенное количество измерений и проводить статистическую обработку полученных данных.

3. Импульсные блоки питания создают высокий уровень электромагнитных помех в систему электроснабжения, который в существенной степени зависит от параметров блока питания и несет диагностическую информацию, которую можно использовать при поиске места неисправности.

4. Проведен анализ основных дефектов и отказов в электронных системах. Существуют две группы: специализированные методы решения проблемы диагностики и методы, основанные на структурном подходе.

5. В настоящее время принимают большую актуальность бесконтактные методы измерения, диагностики радиоаппаратуры.

6. Обосновано применение диагностических моделей компонентов блока питания.

7. Задачи диагностирования, решаемые с помощью диагностических моделей, можно разделить на задачи анализа и синтеза. Задачей анализа является определение того, обладает ли диагностическая модель требуемыми свойствами для принятого метода ПМО. К задачам анализа относятся определение достаточности диагностических признаков для ПМО с требуемой глубиной, определение неразличимых отказов, минимизация области отказа.

8. Информации, получаемой при контроле часто недостаточно для достижения заданной глубины ПМО ее компонентов. Уточнение отказавших изделий в сформированной области отказа предусматривается, прежде всего, методом промежуточных контрольных проверок. Для снижения затрат на ПМО методом промежуточных контрольных проверок, ограничения требований к квалификации специалистов должны разрабатываться алгоритмы для автоматизации ПМО, устанавливающих состав и очередность проверок диагностических признаков и правила анализа их результатов. Предлагается использовать метод ветвей и границ для оптимизации алгоритмов ПМО.

9. Доказана необходимость использования для статистической обработки информации метода максимального правдоподобия, который является универсальным. Его можно использовать для любых моделей, задающих вид распределения наблюдаемых переменных.

10. Если контролируемые параметры являются случайными функциями, то возникает задача о том, насколько часто следует производить операции контроля этих параметров. Самый оптимальный вариант, максимальная величина интервала между контрольными операциями, будет при использовании результатов нескольких предыдущих контрольных операций либо использование какой-нибудь иной дополнительной информации о контролируемом параметре.

11. Статистические методы находят широкое применение при диагностике РЭА для повышения точности измерений, обработки результатов измерений и контроля, исследование надежности работы элементов и систем в целом. Был произведен выбор метода контроля, определяющий количество измерений, чтобы вероятности ошибок контроля были минимальными.

12 Разработана методика, программное обеспечение и схема реализации способа автоматизированной проверки СИВЭП.

13. Разработан алгоритм статистической обработки результатов, основанный на методике, которая была изложена в материалах ГОСТ Р 50 779.102000. Методика статистической обработки результатов измерений предоставляет способ обнаружения грубых погрешностей, исключения их и представления более достоверных результатов измерений.

14. Приведены принципы системного подхода к проектированию средств диагностирования РЭС. Современная РЭС содержат большое количество сложных компонентов в своем составе. Компоненты РЭС подвержены неизбежным отказам по конструктивным, производственным и эксплуатационным причинам.

15. Проведен анализ помехи выходного сигнала. Исследованы влияния каскадов блока питания и питающего напряжения на форму выходного сигнала, его спектральный состав. Выявлена зависимость спектра помехи от нагрузки, от параметров переключающих элементов.

16. Для реализации ранней диагностики СИВЭП предложена методика построения автоматизированной системы диагностики, основанной на выделении сигнала помехи, обработке его частотного спектра, измерении уровня гармоник. Обосновывается необходимость прогнозирования отказов, то есть неисправные компоненты выявляются до возникновения отказа, после чего заменяются новыми или восстанавливаются. Обосновывается необходимость инструментального прогнозирования надежности компонентов. Решение задач прогнозирования весьма важно, в частности, для организации технического обслуживания объектов по состоянию.

17. Разработана методика проведения диагностики, которая заключается в использовании позиционируемых по заданным точкам бесконтактных датчиков, измеряющих электрическое и магнитное поле в контрольных точках СИВЭП. Применение бесконтактных методов позволяет устранять недостатки контактных методов, производить измерения, обрабатывать результаты, проводить анализ измеренных величин, управлять алгоритмом диагностики.

18. Показана необходимость автоматизации процесса диагностики РЭС на базе усовершенствованных методик покомпонентного диагностирования, используя вычислительное устройство для обработки информации и принятия решений. Измерения параметров элементов, режимов работы, выявление неисправного элемента производится без участия человека.

19. Созданы адаптивные автоматизированные информационно-измерительные системы диагностики радиоэлектронных систем, разработаны алгоритмы их работы, программное обеспечение, организация потоков информации и управления, работа которых позволяет уменьшить время определения места отказа.

20. Проведен анализ принципов построения и основных параметров специализированных источников вторичного электропитания, требований на проведение проверки и ранней диагностики источников вторичного электропитания.

21. Созданы адаптивные автоматизированные информационно-измерительные системы проверки СИВЭПразработано их программное обеспечение, реализующее алгоритм формирования сигналов управления и измерительной информации, что позволило повысить быстродействие системы.

22. Проведен анализ, и разработана методика обработки получаемых диагностических данных на основе методов максимального правдоподобия, функции Лапласа, что позволило устранить случайные погрешности и промахи измерений.

23. Предложена методика автоматизированной проверки радиоэлектронной аппаратуры, основанная на использовании для обработки измеренных данных методов максимального правдоподобия, что обеспечивает повышение точности и достоверности измерений.

24. Исследованы диагностические возможности сигнала помехи на выходе СИВЭП, заключающиеся в изменении отношений спектров ВЧ и СЧ сигнала помехи в зависимости от параметров переключающих элементов, разработана методика диагностики на их основе, доказана достоверность полученных результатов.

25. Разработаны методика, алгоритм работы и программное обеспечение формирования сигналов управления сканирующими адаптивными автоматизированными информационно-измерительными системами диагностики СИВЭП, использование которых дает выигрыш во времени.

26. Решена задача выбора временных интервалов оперативного контроля параметров, что позволило оптимизировать информационно-измерительные системы (ИИС) по временному параметру. Разработана методика бесконтактного измерения параметров аппаратуры, основанная на сканировании электрического и магнитного полей СИВЭП с последующей обработкой информации, что позволило автоматизировать процесс ремонта, снизить временные издержки.

27. Исследовано влияние характеристик датчиков электрического и магнитного полей на метрологические характеристики разработанной ИИС.

28. Результаты научных исследований в виде опытных образцов приборов внедрены в серийное производство ФГУП «Кузнецкий завод радиоприборов», а также в учебный процесс ГОУВПО «Пензенский государственный университет».