СПОСОБ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
METHOD OF MULTI-PARAMETER AUTOMATIC CONTROL OF THE TECHNICAL CONDITION OF UNMANNED VEHICLES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области информационно-измерительной техники, а именно к автоматизированным многопараметрическим системам контроля. Способ относится к системам контроля технического состояния беспилотных транспортных средств (БТС) для обеспечения безопасности их полета, но может быть применен и в других автономных технических системах.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
ст
доп
mi
mi
mij
mi
mij
Из предшествующего уровня техники известен СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА (см. патент RU №2373650, опубл. 20.11.2009 г.), характеризующий контроль состояния многопараметрического объекта (МПО), заключающийся в том, что предварительно задают совокупность N≥2 структурных элементов объекта (СЭО) и M≥N параметров, характеризующих их состояние, измеряют и запоминают измеренные параметры СЭО, определяют характеристики состояния МПО в процессе функционирования, результаты которых документируют и принимают по ним решение о состоянии МПО, дополнительно для N однотипных СЭО предварительно задают стандартные значения их параметров П. Также задают допустимые отклонения ΔП параметров от стандартных значений и предельно допустимую разность  между максимальным и минимальным значениями для каждого из m  контролируемых параметров. Для определения характеристик состояния МПО считывают ранее запомненные значения параметров  и П, сравнивают их между собой и в каждой группе однотипных СЭО вычисляют разности (отклонения) ΔП измеренных значений m-го параметра от его стандартного значения . Считывают ранее запомненные экстремальные значения и , сравнивают их и по результатам сравнения определяют разности ΔП между максимальным  и минимальным  уровнями измеренных значений m-го параметра. Затем сравнивают вычисленные характеристики ΔП и ΔП с предварительно заданными их значениями  и После этого измеренные параметры и вычисленные характеристики документируют. Если  и , то состояние МПО принимают как исправное и повторяют цикл измерений параметров. Если  и/или , то состояние МПО характеризуют как неисправное и дополнительно документируют информацию о параметрах и характеристиках i-гo структурного элемента.
Недостатком известного способа контроля состояния многопараметрического объекта, каким является БТС, является то, что неисправность определяется при достижении измеряемого параметра предельно допустимого значения, то есть фиксирует, что техническое устройство достигло аварийной ситуации, следовательно, не позволяет, определять остаточный ресурс и предотказное состояние контролируемого блока технического устройства и предотвратить аварийную ситуацию.
СУЩНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Задачей заявляемого способа многопараметрического автоматизированного контроля технического состояния БТС является то, что выявляется тенденция и характер изменения измеряемого параметра, которые используются для вычисления времени достижения параметром своего критического состояния, что позволяет определить остаточный ресурс и предотказное состояние контролируемого блока технического устройства, а это позволит предотвратить аварийную ситуацию.
iотк
iпр
iотк
Технический результат заявляемого способа обеспечивается за счет того, что предварительно определяют перечень N (i = 1, 2, 3, N) критических параметров, которые характеризуют техническое состояние БТС и его отказ. В документации задают для всех N критических параметров теоретические ресурсные кривые, которые определяются для каждого критического параметра в результате заводских ресурсных испытаний и заносятся в документацию и в память БТС (на фиг. 1-3 - это изменение i-го контролируемого критического параметра по результатам измерения при эксплуатации (эталонная ресурсная кривая)). В документации также задаются порог параметра, который характеризует отказ (x) и порог параметра, который характеризует предотказное состояние (x), а также времена (T), по каждому параметру, которые характеризуют ресурс и окончание эксплуатации БТС.
Для определения наступления критического времени, в процессе эксплуатации осуществляют измерение текущей величины каждого i-го контролируемого критического параметра, а также измерение (вычисление) средней скорости изменения этих критических контролируемых параметров на выбранных участках времени.
Оценка технического состояния осуществляется по следующему алгоритму: делается сравнение отклонения измеряемого контролируемого критического параметра с расчетным значением.
Если:
iотк
iотк
i00
i1
iпр
iпр
1. Отклонение измеряемого контролируемого критического параметра меньше отклонения расчетного в заданный момент времени, то осуществляется эксплуатация до истечения ресурса T (см. фиг. 1). При достижении времени эксплуатации T и значения параметра х, ресурсная кривая уточняется, по которой остаточный ресурс характеризуется величиной Т (см. фиг. 1). Уточнение (продление) ресурса повторяется до тех пор, пока значение параметра не достигнет величины х, которое характеризуется временем предотказного состояния T (см. фиг. 1).
1
2
iотк
i1
3
4
iотк
i1
iпр
iпр
2. Отклонение измеряемого контролируемого критического параметра больше отклонения расчетного в заданный момент времени (см. фиг. 2). Для уточнения величины остаточного ресурса осуществляется вычисление средней скорости. Предполагаем, что в дальнейшем изменение измеряемого контролируемого критического параметра будет осуществляться с такой скоростью. На фиг. 2 показано, что при вычислении на интервале t - t средней скорости можно ожидать достижения х к моменту Т - это и будет уточненное время достижения отказа. При дальнейшем вычислении уже на интервале t - t средней скорости можно ожидать достижения x к моменту Т - это уже новое уточненное время достижения отказа. Такой процесс уточнения будет осуществляться непрерывно до момента достижения контролируемого критического параметра значения x, которое характеризуется временем предотказного состояния T (см. фиг. 2).
3. График изменения остаточного ресурса по измерениям контролируемого критического параметра в процессе эксплуатации, когда остаточный ресурс на начальном этапе становился меньше расчетного, а потом стал превышать расчетный, представлен на фиг. 3. Этот случай является объединением двух предыдущих.
Такой способ контроля технического состояния позволит осуществлять безаварийную эксплуатацию БТС в автономном режиме (для беспилотного воздушного судна (БВС) в зонах отсутствия связи с наземными службами управления полетом.
Проведенный анализ технических решений позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют в известных носителях информации, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности ''новизна''.
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности ''изобретательский уровень''.
Это позволит эффективно решить проблемы осуществления безопасной эксплуатации БТС.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - График изменения остаточного ресурса по измерениям контролируемого критического параметра в процессе эксплуатации, когда остаточный ресурс превышает расчетный.
Фиг. 2 - График изменения остаточного ресурса по измерениям контролируемого критического параметра в процессе эксплуатации, когда остаточный ресурс меньше расчетного.
Фиг. 3 - График изменения остаточного ресурса по измерениям контролируемого критического параметра в процессе эксплуатации, когда остаточный ресурс на начальном этапе становился меньше расчетного, а потом стал превышать расчетный.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Заявленный способ поясняется рисунками, на которых показаны, как осуществляется определение остаточного ресурса и предотказное состояние контролируемого блока технического устройства, что позволит предотвратить аварийную ситуацию.
iотк
iпр
i0отк
Технический результат заявляемого способа обеспечивается за счет того, что предварительно определяют перечень N (i=1, 2, 3, N) критических параметров, которые характеризуют техническое состояние БТС и его отказ. В документации задают для всех N критических параметров теоретические ресурсные кривые (на фиг. 1-3 теоретические ресурсные кривые показаны линиями), которые определяются для каждого i-го контролируемого критического параметра в результате заводских ресурсных испытаний и заносятся в документацию и в память БТС. В документации также задаются порог i-го контролируемого критического параметра, который характеризует отказ х (на фиг. 1-3 показан линиями ) и порог i-го контролируемого критического параметра, который характеризует предотказное состояние x (на фиг. 1-3 показан линиями ), а также времена (Т), по каждому параметру, которые характеризуют ресурс и окончание эксплуатации БТС. Для определения наступления критического времени в процессе эксплуатации осуществляют измерение текущей величины каждого i-го контролируемого критического параметра, а также измерение (вычисление) средней скорости изменения этих критических контролируемых параметров на выбранных участках времени.
Оценка технического состояния осуществляется по следующему алгоритму: делается сравнение отклонения измеряемого контролируемого критического параметра с расчетным значением. Если:
iотк
iотк
i00
i1
iпр
iпр
1. Отклонение измеряемого контролируемого критического параметра меньше отклонения расчетного в заданный момент времени, то осуществляется эксплуатация до истечения ресурса T (см. фиг. 1). При достижении времени эксплуатации T и значения параметра х ресурсная кривая уточняется, по которой остаточный ресурс характеризуется величиной Т (см. фиг. 1). Уточнение (продление) ресурса повторяется до тех пор, пока значение параметра не достигнет величины x, которое характеризуется временем предотказного состояния Т (см. фиг. 1).
1
2
iотк
i1
3
4
iотк
i2
iпр
iпр
2. Отклонение измеряемого контролируемого критического параметра больше отклонения расчетного в заданный момент времени (см. фиг. 2). Для уточнения величины остаточного ресурса осуществляется вычисление средней скорости. Предполагаем, что в дальнейшем изменение измеряемого контролируемого критического параметра будет осуществляться с такой скоростью. На фиг. 2 показано, что при вычислении на интервале t - t средней скорости можно ожидать достижения х к моменту Т - это и будет уточненное время достижения отказа. При дальнейшем вычислении уже на интервале t - t средней скорости можно ожидать достижения х к моменту T - это уже новое уточненное время достижения отказа. Такой процесс уточнения будет осуществляться непрерывно до момента достижения контролируемого критического параметра значения x, которое характеризуется временем предотказного состояния Т (см. фиг. 2).
3. График изменения остаточного ресурса по измерениям контролируемого критического параметра в процессе эксплуатации, когда остаточный ресурс на начальном этапе становился меньше расчетного, а потом стал превышать расчетный, представлен на фиг. 3. Этот случай является объединением двух предыдущих.
Такой способ контроля технического состояния позволит осуществлять безаварийную эксплуатацию БТС в автономном режиме (для беспилотного воздушного судна (БВС) в зонах отсутствия связи с наземными службами управления полетом).
Проведенный анализ технических решений позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют в известных носителях информации, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности ''новизна''.
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности ''изобретательский уровень''.
Это позволит эффективно решить проблемы осуществления безопасной эксплуатации БТС.
Реализация предлагаемого способа, позволяющего определять остаточный ресурс и предотказное состояние контролируемого блока технического устройства, продемонстрирована рисунками.
Фиг. 1 - График изменения остаточного ресурса по измерениям контролируемого критического параметра в процессе эксплуатации, когда остаточный ресурс превышает расчетный.
Фиг. 2 - График изменения остаточного ресурса по измерениям контролируемого критического параметра в процессе эксплуатации, когда остаточный ресурс меньше расчетного.
Фиг. 3 - График изменения остаточного ресурса по измерениям контролируемого критического параметра в процессе эксплуатации, когда остаточный ресурс на начальном этапе становился меньше расчетного, а потом стал превышать расчетный. На рисунках линиями показаны:
изменение контролируемого критического параметра по результатам измерения при эксплуатации;
расчетное изменение контролируемого критического параметра (теоретическая ресурсная кривая);
порог параметра, который характеризует отказ;
порог параметра, который характеризует предотказное состояние;
уточненное расчетное изменение контролируемого критического параметра.
Реализация заявляемого способа многопараметрического автоматизированного контроля технического состояния БТС осуществляется следующим образом.
iотк
iпр
i0отк
1. Предварительно определяют перечень N (i = 1, 2, 3, N) критических параметров, которые характеризуют техническое состояние БТС и его отказ. В документации задают для всех N критических параметров теоретические ресурсные кривые (на фиг. 1-3 теоретические ресурсные кривые показаны линиями ), которые определяются для каждого i-го контролируемого критического параметра в результате заводских ресурсных испытаний и заносятся в документацию и в память БТС. В документации также задаются порог i-го контролируемого критического параметра, который характеризует отказ х (на фиг. 1-3 показан линиями ) и порог i-го контролируемого критического параметра, который характеризует предотказное состояние x (на фиг. 1-3 показан линиями ), а также времена (Т), по каждому параметру, которые характеризуют ресурс и < окончание эксплуатации БТС.
2. В процессе эксплуатации осуществляется измерение всех контролируемых критических параметров (ниже будет описана процедура для i-го контролируемого критического параметра, для других параметров процедура аналогично).
i
3. Осуществляется сравнение измеренного контролируемого критического параметра x с идентичным параметром, занесенным в память при заводских настройках.
i
iпр
4. Осуществляется сравнение текущего значения параметра x и x.
5. Рассматриваются два случая:
i
iпр
i
iпр
x < x или x ≥ x.
i
iпр
6. Если x ≥ x, то имеет место предотказное состояние и должна быть прекращена эксплуатация.
i
iпр
7. Если х < х, то процесс эксплуатации продолжается.
iи
ip
8. Осуществляется сравнение измеренного контролируемого критического параметра х с расчетным параметром x, занесенным в память при заводских настройках (в одинаковые моменты времени).
9. Рассматриваются два случая:
iи
ip
iи
ip
x < x или x ≥ x.
iи
ip
10. Если x < x, то процесс вычислений продолжается по следующему алгоритму.
i0отк
10.1. Осуществляется сравнение текущего времени эксплуатации с Т.
i0отк
10.2. Если t < T, то процесс эксплуатации продолжается.
i0отк
10.3. Если t = T, то в память заносятся обновленные данные:
Вместо t<sub>i0</sub>
заносится
T<sub>i0отк</sub>
Вместо x<sub>i0</sub>
заносится
x<sub>i00</sub>
Вместо T<sub>i0отк</sub>
заносится
T<sub>i1</sub>
iи
ip
i2
i3
iи
iпp
iи
ip
11. Процесс вычислений продолжается по алгоритму п. 10, но с обновленными исходными данными (этот процесс продолжается до выполнения условия x≥x, с обновлением исходных данных в моменты T и Т до момента выполнения условия x≥x (предотказное состояние), либо выполнения условия x≥x.
iи
ip
12. Если x≥x, то процесс вычислений продолжается по следующему алгоритму.
iи
1
2
iотк
i1
3
4
iотк
i2
iпр
iпр
13. Осуществляется вычисление скорости изменения (роста) параметра x (для наглядности см. фиг. 2). Для уточнения величины остаточного ресурса осуществляется вычисление средней скорости. Предполагаем, что в дальнейшем изменение измеряемого контролируемого критического параметра будет осуществляться с такой скоростью. На фиг. 2 показано, что при вычислении на интервале t - t средней скорости можно ожидать достижения x к моменту Т - это и будет уточненное время достижения отказа. При дальнейшем вычислении уже на интервале t - t средней скорости можно ожидать достижения x к моменту T - это уже новое уточненное время достижения отказа. Такой процесс уточнения будет осуществляться непрерывно до момента достижения контролируемого критического параметра значения x, которое характеризуется временем предотказного состояния Т.
Случай, когда остаточный ресурс на начальном этапе становился меньше расчетного, а потом стал превышать расчетный, представлен на фиг. 3. Этот случай является объединением двух предыдущих.
i
iэ
i
i0
i0отк
i0отк
i
iэ
i
iэ
iотк
iотк
i
i00
i00
i00
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе контроля состояния многопараметрического объекта предварительно задают совокупность контролируемых параметров, характеризующих их состояние, измеряют и запоминают измеренные контролируемые параметры многопараметрического объекта, определяют характеристики состояния многопараметрического объекта в процессе его функционирования, результаты которых документируют и принимают по ним решение о состоянии многопараметрического объекта, дополнительно задают предварительный перечень N критических параметров x (i=1, 2, …N), а также задают N критических эталонных ресурсных кривых x(t), характеризующих эталонное изменение критических параметров x от начального состояния x до критического х, которые характеризуют отказ и эталонный ресурс Т, которые определяются для каждого критического параметра в результате заводских ресурсных испытаний и заносятся в документацию и в память БТС и характеризуют ресурс и окончание эксплуатации БТС, а для оценки остаточного ресурса и предотказного состояния осуществляется сравнение отклонения измеряемого контролируемого критического параметра x с эталонным значением x, тогда, если отклонение измеряемого контролируемого критического параметра x меньше эталонного значения x, то осуществляется эксплуатация до истечения ресурса Т, а при достижении времени эксплуатации Т, при котором значением x принимает значение равное x, причем эталонная ресурсная кривая равна х в момент времени t, тогда эталонная ресурсная кривая уточняется,
вместо t<sub>i0</sub>
заносится
T<sub>iотк</sub>
вместо x<sub>i0</sub>
заносится
x<sub>i00</sub>
вместо T<sub>i0отк</sub>
заносится
T<sub>i1</sub> = T<sub>i0отк</sub> + t<sub>i00</sub>
iпр
iпр
i
iэ
iпр
iпр
iпр
iпр
а уточнение (продление) ресурса повторяется до тех пор, пока значение параметра не достигнет величины x, которое характеризуется временем предотказного состояния T, а когда отклонение измеряемого контролируемого критического параметра x становится больше эталонного значения x, то для определения наступления критического времени T в процессе эксплуатации осуществляют измерение средней скорости изменения текущей величины i-го контролируемого критического параметра, при этом полагается, что в дальнейшем изменение измеряемого контролируемого критического параметра будет осуществляться с такой скоростью, по которой рассчитывается наступление критического времени T, и такой процесс уточнения осуществляется непрерывно до момента достижения контролируемого критического параметра значения x, которое характеризуется временем предотказного состояния T, кроме того, в случае отклонения некритического контролируемого параметра за пределы допуска информация фиксируется для принятия решения по завершению цикла эксплуатации транспортного средства.