Методы повышения достоверности диагностирования

Выбор класса точности аналого-цифрового измерителя

Погрешности e возникают в измерительном канале под действием целого ряда внутренних и внешних причин, многие из которых носят случайный характер, поэтому сами погрешности тоже являются случайными величинами.

Поскольку в результате r измерения ОП заключена некоторая погрешность e, то r представляет собой лишь оценку измеряемой величины, имеющей конкретное истинное значение x_и

r = e + x_и . (4.13)

Так как истинное значение x_и неизвестно, то в выражении (4.13) его заменяют действительным значением х_д. Тогда абсолютная погрешность измерения

e = r – х_д. (4.14)

При решение задач технического диагностирования в качестве закона распределения суммарной погрешности измерений принимается нормальный закон (Гаусса), который наиболее часто встречается на практике.

При статистической обработке случайных погрешностей различают среднее значение погрешности e_с (систематическая составляющая) и среднее квадратическое отклонение σ_e случайной составляющей погрешности.

Нижняя e_н и верхняя e^в границы суммарной погрешности измерения ДП, соответствующей вероятности (a + b), связаны с характеристиками e и σ следующими зависимостями:

e_н = e_с – 3×σ_e; e^в = e_с + 3×σ_e, (4.15)

При компенсации систематической составляющей погрешности (e_с = 0) границы e_н и e^в случайной погрешности рассчитываются по формулам:

e_н = – 3×σ_e; e^в = 3×σ_e, (4.16)

с гарантированным риском 0,27 % (нормальный закон распределения).

Для измерителей электрических величин относительную погрешность часто выражают в виде приведенной погрешности γ:

γ = (e / X_N)⋅100. (3.17)

Здесь Х_N – нормирующее значение величины, равное диапазону измерения.

Для оценки максимально допустимого значения приведенной погрешности нормирующее значение приравнивают нижнему пределу измерения (Х_min):

γ_max = (3×s_e / X_min)⋅100. (4.18)

Любым средствам измерений устанавливается класс точности – обобщенная характеристика, определяемая пределами допускаемых погрешностей.Класс точности характеризует точность средства измерений. Точность измерений – это качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.

Для средств измерений, у которых основную погрешность нормируют в виде предела приведенной погрешности γ, класс точности прибора К_п численно равен наибольшей допустимой приведенной погрешности, выраженной в процентах:

К_п = γ_max . (4.19)

Класс точности присваивают (назначают) из ряда [7]:

1⋅10ⁿ; 1,5⋅10ⁿ; 2⋅10ⁿ; 2,5⋅10ⁿ; 4⋅10ⁿ; 5⋅10ⁿ; 6⋅10ⁿ,

( n = 1; 0; -1; -2; -3и т. д. )

После выбора класса точности измерителей диагностических параметров целесообразно убедиться в выполнении заданного уровня достоверности контроля СЭС. При этом значение абсолютной максимально допускаемой погрешности e_max каждого из m аналого-цифровых измерителей следует вычислять с учётом его классу точности по зависимости:

e_max = ± К_п⋅ X_min /100, (4.20)

которая следует из формул (4.18) и (4.19).

Принято выделять две составляющие достоверности контроля: ин­струментальную и методическую.

При определенных условиях D = D_и ×D_м, где D_и – инструменталь­ная достоверность контроля; D_м – методическая достоверность конт­роля. Однако это верно лишь в некоторых частных случаях, в боль­шинстве же случаев зависимость D отD_и иD_м имеет не такой простой вид. Тем не менее повышение как методической, так и инструменталь­ной достоверности приводит к общему повышению достоверности конт­роля.

Прежде чем перейти к классификации методов повышения дос­товерности контроля, отметим следующее. Рассмотрение любого метода повышения достоверности контроля имеет два аспекта.

Первый заключается в том, что если применен какой-либо метод повышения достоверености контроля или предполагается его применение, то необходимо уметь оценивать его эффективность, т.е. определять, какое увеличение достоверности он вызовет и какие затраты при этом (аппаратурные, временные, стоимостные и т.д.) возникнут.

Второй аспект состоит в том, что иногда возникает задача выбора того или иного метода повышения достоверности, а также параметров аппаратуры, либо параметров алгоритмов обработки результатов контроля с тем, чтобы получить максимальную достоверность при ограниченных затратах, либо минизировать затраты при заданной достоверности (задача оптимального сннтеза системы контроля). Следовательно, в любом случае необходимо знать зависимости показателей достоверности контроля от параметров средств контроля и алгоритма обработки результатов контроля.

Сложные объекты контроля, к которым относится и БИИС, контролируются по многим параметрам. При этом помимо погрешностей измерения возникают другие ошибки контроля, влияющие на его достоверность. К наиболее важным из них относятся

Ø недостаточная полнота охвата системы контролем и

Ø пренебрежение связями между контролируемыми параметрами [3].

Поэтому необходимо оценивать и такие ошибки, возникающие при передаче информации от измерительного датчика к вычислительному устройству, и ошибки вычислений при измерениях.

Задачей, практически разрешимой только для простых систем, является определения допусков на контролируемые параметры по заданному допуску на показатель качества при многопараметрическом контроле. Известно построение области допустимых значений параметров (обычно двух) для фиксированных значений показателя качества, при этом предполагается наличие явной функциональной зависимости между показателем качества и параметрами [3].

Многомерность задачи для ИИК обусловливает специфику обеспечения высокой достоверности идентификации состояния, что приводит к необходимости подробного рассмотрения источников и природы возникающих ошибок [3].

Практика показывает, что значительный процент отказов быстросменных блоков (БСБ) авионики не подтверждается при послеполётном анализе их технического состояния в Центре технического обслуживания или на заводе-изготовителе. Согласно данным работ [2, 12] вследствие высокой вероятности ложных сигналов отказов, формируемых встроенными средствами контроля (ВСК), среднее время между снятиями БСБ с борта воздушного судна (ВС) почти в 25 раз меньше среднего времени безотказной работы, которое определяется естественными деградационными процессами в элементах авионики.

Высокий процент ложных снятий БСБ систем авионики подтверждается статистическими данными зарубежных авиакомпаний. Так, для систем авионики, удовлетворяющих требованиям ARINC-700*, в потоке забракованных ВСК и демонтированных БСБ доля ложно снятых блоков составляет от 20% до 85% [9]. Высокая частота ошибочных снятий БСБ приводит к необходимости увеличения количественного состава обменного фонда в авиакомпаниях, что повышает стоимость обслуживания авионики в целом и снижает эффективность эксплуатации ВС [2].

В связи с этим актуальной является задача обеспечения высокой достоверности функционирования как встроенных средств контроля бортового оборудования (авионики) в полёте, так и наземной автоматизированной системы контроля (НАСК), которая в принципе не имеет „права на ошибку“ при диагностировании демонтированных БСБ.

Построим возможную классификацию методов повышения достоверности контроля(рис. 4.12). Поскольку достоверность контроля имеет инструментальную и методическую составляющие, то целесообразно все методы повышения достоверности контроля разделить на две большие группы:

– методы повышения инструментальной достоверности контроля и

­– методы повышения методической достоверности контроля.

Методы первой группы разобьем на подгруппы:

- методы, не свявязанные с введением избыточности в систему контроля (это не означает, что методы не предполагают определенных затрат);

- методы, связанные с введением временной избыточности в процессе контроля и не приводящие к усложнению средств контроля;

- методы, связанные с введением апаратурной избыточности;

- методы, предполагающие введение апаратурно-временной избыточности.

Методы повышения методической достоверности разобъем на две подгруппы: связанные с объектом контроля и связанные с аппаратурой контроля.

Произведем краткий анализнекоторых из перечисленных методов, направленных на повышение инструментальной достоверности.

Методы повышения инструментальной достоверности контроля, не связанные с введением аппаратурной или временной избыточности, направлены на повышение безотказности аппаратуры контроля без применения резервирования. Используется весь комплекс мероприятий, направленных на снижение параметра потока отказов контрольной аппаратуры (средств контроля). К ним относятся выбор элементов с низкой интенсивностью отказов, снижение интенсивности отказов за счет рационально выбранных режимов работы элементов и т.д. Эти мероприятия достаточно полно освещены в учебнике по надежности систем авионики.

При уменьшении разброса s_х контролируемых параметров резко сни­жается риск принятия неверных решений за счет концентрирования пара­метра внутри допуска. В пределе при f (х) Þ d (х), где d (х) – импульс­ная d-функция, a Þ 0, b Þ 0 при надлежащем выборе точности конт­рольной аппаратуры.

Введение временной избыточности увеличивает продолжительность контроля вследствие реализации многократных измерений контролируемых параметров и применение более эффективных алгоритмов контроля, в частности, циклических алгоритмов, обеспечивающих более высокую достоверность контроля (по сравнению с однократным измерением параметра) вследствие введения временной избыточности.

Применение таких алгоритмов для контроля технического состояния компонентов авионики предполагает n-кратное измерение и анализ каждого из параметров системы и приводит к увеличению продолжительности контроля примерно в n раз, что можно было бы отнести к недостаткам введения временной избыточности.

Однако появление в 90-х годах прошлого века и бурное внедрение микропроцессоров и программных средств в качестве встроенных средств контроля (ВСК) бортового оборудования и постоянное повышение быстродействия цифровых вычислителей удовлетворяет в большинстве случаев жестким временным ограничениям при функциональном контроля компонентов авионики в полёте.

Аппаратурная избыточность направлена на повышение надёжности и точности средств контроля.

Возможность повышения методической достоверности, связанной с объектом контроля, заключается в методе назначения допусков на контролируемые параметры. Процедура проведения допускового контроля основана на сравнении измеренной величины с наперед заданным допуском, который является по­стоянной величиной. В действительности назначение допуска выполняется приближенно, т.к. в самом способе назначения допуска существует методи­ческая погрешность, получившая название дефекта на­значения допусков.

Термин дефект назна­чения допусков означает возможность недостоверного выявления неисправ­ности из-за методического несовершенства назначениядопусков.