Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ПРОБЛЕМА СИНТЕЗА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ АВТОМОБИЛЕЙ

Зубрицкас И.И. 1
1 ФГБОУ ВПО «Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого»
В статье изложены основные вопросы, которые необходимо решить при создании системы управления техническим состоянием любого технического объекта, в том числе и автомобиля. Подобную систему образует совокупность самих объектов управления, непосредственно программы управления техническим состоянием, которая включает в себя модели и алгоритмы управления, средств контроля, средства технического обслуживания (ТО) и ремонта, а также обслуживающий персонал. Причем каждый из этих элементов имеет определенное функциональное назначение. Обслуживающий персонал и средства ТО и ремонта представляют собой исполнительные органы. Средства контроля вместе со средствами обработки и пере¬дачи данных образуют информационную подсистему. В статье также определен круг научных задач, которые необходимо решить для синтеза такой модели применительно к автомобилю как объекту управления.
формализованное описание системы управления
модель адаптивной программы управления техническим состоянием
методы управления техническим состоянием автомобилей
управление техническим состоянием на основе диагностических данных
прогнозирование
техническое обслуживание
автомобиль
1. Барзилович Е.Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. М.: Высшая школа, 1982, 231 с.
2. Барзилович Е.Ю., Воскобоев В.Ф. Эксплуатация авиационных систем по состоянию (элементы теории). М.: Транспорт, 1981, 197 с.
3. Буравлев А.И., Доценко Б.И., Казаков И.Е. Управление техническим состоянием динамических систем. – М.: Машиностроение, 1995. – 240 с.: ил.
4. Волков Л.И. Управление эксплуатацией летательных комплексов. М.: Высшая школа, 1981. 368 с.
5. Дедков В.К., Северцев Н.А. Основные вопросы эксплуатации сложных систем. М.: Высшая школа, 1976. 405 с.
6. Доценко Б.И. Диагностирование динамических систем. Киев: Технiка, 1983. 159 с.
7. Евланов Л.Г. Контроль динамических систем. М.: Наука, 1979, 432 с.
8. Казаков И.Е. Статистическая динамика систем с переменной структурой. М.: Наука, 1977. 421 с.
9. Казаков И.Е., Артемьев Е.М. Оптимизация динамических систем случайной структуры. М.: Наука , 1980. 387 с.
10. Казаков И.Е., Гладков Д.И. Методы оптимизации стохастических систем. М.: Наука, 1987. 304 с.
11. Растригин Л.А Адаптация сложных систем. Рига: Зинатне. 1981. 386с.
12. Смирнов Н.М., Ицкович А.А. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. М.: Транспорт, 1987, 272 с.
13. Смирнов Н.Н., Ицкович А. А. Методы обслуживания и ремонта машин по техническому состоянию. М.: Знание, 1973, 56 с.
14. Смирнов Н.Н., Ицкович А.А. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. – М.: Транспорт, 1980. – 232 с.

Систему управления техни­ческим состоянием любого технического объекта, в том числе, естественно, и автомобиля, образует совокупность самих объектов управления, непосредственно программы управления техническим состоянием, которая вклю­чает в себя модели и алгоритмы управления, средств контроля, средства технического обслуживания (ТО) и ремонта, а также об­служивающий персонал.

Каждый из этих элементов имеет опреде­ленное функциональное назначение. Обслуживающий персонал и средства ТО и ремонта пред­ставляют собой исполнительные органы. Средства контроля вместе со средствами обработки и пере­дачи данных образуют информационную подсистему.

Система управления функционирует в определенной среде и сама уп­равляется со стороны вышестоящего органа. Примерная структурная схе­ма адаптивной системы управления показана на рисунке 1.

Рис. 1. Структурная схема адаптивной системы управления

Для дальнейшего рассмотрения нам понадобится формали­зованное описание данной системы управления. Очень подробное описание приводиться в технической литературе, посвященной моделям технического обслуживания сложных систем, в частности авиационных. Среди работ в данной области можно выделить работы Барзилович Е.Ю., Воскобоева В.Ф., Каштанова В. И., Буравлева А.И., Доценко Б.И., Казакова И.Е., Волкова Л.И. и ряда других авторов / 1 – 14 /, в которых приводится подобное формализованное описание, в основном применительно к объектам авиационной техники.

В данных работах в качестве объекта управ­ления рассматривается некоторый однородный парк изделий (либо совокупность таких однородностей). При этом техническое состояние любого изделия описывается векто­ром конечного фазового пространства , имею­щего различимых состояния, и, поскольку процесс измене­ния технического состояния является случайным, в качестве его обобщен­ной характеристики принимается распределение вероятностей:

(1)

где - условная вероятность нахождения изде­лия в состоянии с номером при фиксированных условиях внешней среды.

Таким образом, изделие как произвольный элемент генеральной совокупности полностью характеризуется следующим предикатом:

(2)

При этом отмечается, что на практике мы имеем дело с выборками из генеральной совокупности некоторого объема, и оценка состояния изделий производится по этой выборке. Поэтому фактическое состоя­ние объекта задается тройкой:

(3)

где - выборочное распределение вероят­ностей состояний изделия.

Модель адаптивной программы управления техническим состоянием представляется в виде двух последова­тельно связанных вероятностных автоматов (агрегированный вероятностный автомат) , замкнутых обратной связью (рис. 2).

Рис. 2. Агрегированный вероятностный автомат

Первый автомат реализует выбор варианта управления в момент времени . Каждый вариант реализует некоторую последовательность режи­мов эксплуатации изделия. Например, вариант управления реализует перевод изделий из режима хранения в режим контроля технического состояния и затем снова возвращает в режим хранения . Параметрами автомата являются: входной алфавит -­ последовательность моментов времени, в которые осуществляются выбор управления и его реализация в течение времени ; выходной алфавит , содержа­щий набор различных вариантов управления; множество внутренних состояний автомата, которые зависят от выходных реакций автомата , множество стохастических функций преобразования , определяющих правило выбора управления , стохастическая функция преобразования состояний автомата .

Вероятностный автомат реализует управление вектором технического состояния . Входным алфавитом является множество управлений , а выходным - множество реакций на выполнение целевых требований, предъявляемых к программе технической эксплуатации.

Можно поставить в соответствие выходной реакции автомата индикатор истинности предиката , принимающий значения или в зависимости от выполнения целевых требований. Множеством внутренних состояний авто­мата служит множество , а преобразование состоя­ний автомата осуществляется семейством стохастичес­ких матриц , зависящих от варианта управления . При этом выходная реакция автомата формируется в зависи­мости от реализованного управления и достигнутого состояния с помощью стохастической функции:

(4)

Обратная связь между автоматами и осуществляется путем выбора реакции в качестве признака состояния автомата :

(5)

Полученные таким образом соотношения и обеспечивают управление техническим состоянием по принципу обратной связи.

Нам же необходимо рассмотреть механизм адаптивного управления. Как отмечалось, необходимость в адаптивном управлении возникает тогда, когда «неточно» задана модель объекта управ­ления, «нечетко» определены цели управления и не гарантиро­вана стабильность внешней среды.

Все три особенности в той или иной мере присущи практи­ке эксплуатации автомобильной техники. Математи­ческая модель не может дать абсолютно достоверного пред­ставления об автомобиле, она лишь «образ» реального автомобиля, который уточняется в процессе всего периода эксплуатации и по мере получения новых сведений о его техническом состоянии.

Цели управления, даже если они заданы в виде некоторой системы критериев, также содержат элемент неопределен­ности, так как формируются субъектом — лицом, принимаю­щим решения.

Применительно к рассматриваемой проблеме эта неопреде­ленность содержится в определении системы показателей эффективности в установлении ограничений на показатели . Поэтому в системе управления мы вынуждены рассматривать не одну модель управления , а некоторый класс моделей , относительно которого следует формировать программу управления техническим состоянием автомобиля. Другими словами, необходимо иметь метамодель управления , форми­рующую из множества наилучшую для заданной информационной ситуации математическую модель управления .

После того как выбрана модель управления и сформулированы цели управления в виде системы показателей технико-экономической эффективности , оценочного функци­онала и критерия оптимальности , а также определены принципы управления объектом , может быть сформи­рована модель системы управления. Она включает в себя модель управляющей подсистемы (программы технической эксплуатации) и модель информаци­онной системы. Модель программы технической эксплуатации содержит:

  • модель управления

 (6)

,

которая для выбранной математической модели и принятой концепции управления формирует пространство возможных стратегий и пространство управлений ;

  • модель объекта управления

* , (7)

формирующую по управлению распределение вероятностей в зависимости от состояния внешней среды ;

  • модель адаптации управления

 (8)

,

обеспечивающую коррекцию математических моделей управле­ния в зависимости от результатов управления.

Модель информационной системы обеспечивает получение с реальных объектов эксплуатации выборочного распределения и его преобразование в оценочный функционал , характеризующий качество управления.

Совокупность рассмотренных моделей представляет в целом математическую модель адаптивной системы управления тех­ническим состоянием. Для синтеза такой модели необходимо решить ряд научных задач.

  • Определить модель управления, на основе которой может быть срав­нительно просто и достаточно корректно синтезирована адап­тивная система управления техническим состоянием автомобилей.
  • Определить модель и стратегию технического обслуживания и ремонта автомобилей.
  • Разработать модели и алгоритмы адаптивного управления техническим состоянием автомобиля в различных режимах эксплуатации.
  • Разработать методы и алгоритмы контроля технического состояния автомобиля.
  • Исследовать возможности аппаратных и программных средств управления техническим состоянием автомобилей и обосновать требования к информационной подсистеме системы техничес­кой эксплуатации автомобилей.

Рецензенты:

Швецов И.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой промышленной энергетики ФГБОУ ВПО «Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого», г. Великий Новгород;

Андрианов Н.М., д.т.н., профессор, профессор кафедры механизации сельского хозяйства ФГБОУ ВПО «Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого», г. Великий Новгород.


Библиографическая ссылка

Зубрицкас И.И. ПРОБЛЕМА СИНТЕЗА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ АВТОМОБИЛЕЙ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=17944 (дата обращения: 19.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074