Введение к работе
Актуальность проблемы и степень исследования тематики. В связи с ограниченными энергетическими возможностями Украины, особенно актуальными становятся проблемы повышения надежности эксплуатируемого электротехнического оборудования. Одним из способов, позволяющим значительно повысить надежность такого оборудования является применение современных методов и средств контроля и диагностики.
Существуют различные методы и реализующие их средства диагностики технического состояния узлов электротехнического оборудования, которые достаточно подробно изложены в известных литературных источниках. В последнее время появился ряд новых направлений и методов, используемых при решении задач диагностики. Среди таких направлений наиболее сформировалась вычислительная, или компьютерная диагностика, которая базируется на применении новых информационных технологий для обработки диагностической информации на ЭВМ. Следует отметить также появление работ, связанных с -созданием экспертных систем технической диагностики, которые способны обрабатывать не только количественные данные, но и различного рода знания.
Неотъемлемой частью ИИС технической диагностики является непосредственно сам объект диагностики. Для уверенного проведения диагностики того или иного узла исследователю, с одной стороны, необходимо иметь математическую модель, которая на основании физики явлений достаточно достоверно описывала бы измеряемые процессы, возникавдие в исследуемых узлах, а, с другой стороны, нужно располагать ИИС, построенной с учетом априорных данных об информационных- сигналах, которые могут быть получены по результатам анализа математической модели исследуемых процессов. При этом в хронологическом плане модель является первичной, а метода (детерминированные или статистические), положенные в основу используемой ИИС - вторичными, поскольку они разрабатываются применительно к выбранной модели.
Анализ работ отечественных и зарубежных авторов показал, что подавляющее большинство из известных ИИС и устройств диагностики создавалось непосредственно по заказам энергопредприятий, без должной научной проработки многих теоретических и прикладных вопросов. Особенно это касается ИИС, в основу которых положены
статистические методы обработки информационных сигналов. Вместе с тем, по утверждении таких специалистов в области технической диагностики, как П.П.Пархоменко, А.В.Мозгалевский, В.А.Гуляев, В.И.Попков и др. использование статистических методов обработки информационных сигналов является более обоснованным по сравнению с детерминированными методами, поскольку многие физические процессы, возникающие в диагностируемых узлах электротехнического оборудования, носят случайный характер по своей природе.
На основании проведенного анализа целого ряда научных работ,
а также с учетом научных результатов, полученных автором настоящей
работы,' можно утверждать, что при создании ИИС диагностики
электротехнического оборудования необходимо использовать
статистические методы обработки информационных сигналов, т.е. в
основу такой ИИС долкна быть положена вероятностная математическая
модель. Кроме того, при создании такой ИИС нукно исходить из того,
что диагностирование технического состояния узлов
электротехнического оборудования является комплексной задачей, включающей в себя:
построение математических вероятностных моделей информационных сигналов ( процессов), возникающих в диагностируемых узлах;
теоретическое обоснование возможных диагностических признаков;
разработку программно - технического обеспечения для ИИС диагностики;
выбор диагностических пространств и формирование в этих пространствах обучающих совокупностей;
построение решающих правил по диагностике и классификации конкретных видов дефектов узлов электротехнического оборудования.
Проведенный обзор известной литературы по теоретическим и прикладным аспектам ИИС диагностики электротехнического оборудования позволил констатировать, что в настоящее время отсутствует единая теория таких ИИС, в которой бы в виде математической модели учитывалась специфика диагностируемого электротехнического оборудования, а также была бы создана база для разработки программно - технического обеспечения, выбора диагностических пространств, формирования в этих пространствах обучающих совокупностей, и, наконец, построения решающих правил по
диагностике и классификации конкретных видов дефектов.
Таким образом, разработка основных положений теории ИИС статистической диагностики является важной научной и народнохозяйственной задачей, обусловившей тему настоящей диссертационной работы.
Цель работы состоит в разработке основных положений теории информационно - измерительных систем статистической диагностики электротехнического оборудования.
Выполнение сформулированной цели исследований осуществлялось по двум направлениям.
Первое направление включало в себя разработку математических вероятностных моделей физических процессов, возникающих в диагностируемых узлах электротехнического оборудования, что позволило теоретически обосновать возможные диагностические признаки технического состояния электротехнического оборудования.
Второе направление предусматривало:
создание общей методологии, связанной с выбором диагностических пространств, формированием в этих пространствах обучающих совокупностей и- построением решающих правил по диагностике и классификации конкретных видов дефектов электротехнического оборудования;
- разработку программно - технического обеспечения для макетов ИИС статистической диагностики;
проведение экспериментальных исследований с .целью определения количественных оценок границ диагностических признаков.
Объектом исследования являются ИИС статистической диагностики электротехниче ского оборудования. Методология применения разработанных ИИС иллюстрируется на примерах диагностики подшипников качения и шихтованных магнитопроводов электрических машин, а также цилиндро - поршневых групп (ЦПГ) дизель - электрических генераторов.
Методы исследований. В работе применялись методы теории вероятностей, математической статистики, теории линейных систем, а также некоторые методы вычислительной математики и теории распознавания образов.
Научная новизна. В процессе разработки теш диссертационной работы решена задача создания научных основ теории информационно -
- є -
измерительных систем статистической диагностики электротехнического оборудования.
При этом сам объект, а такхе ИИС, осуществляющая диагностику этого объекта рассматривалась как единое целое. Такой подход позволил получить ряд новых научных результатов:
- на базе математической теории линейных и периодически
коррелированных случайных процессов впервые разработаны
математические вероятностные модели вибраций подшипников качения и
шихтованных магнитопроводов электрических машин, а также
неравномерности вращения валов дизель - электрических генераторов;
- на основе созданных моделей теоретически и экспериментально
обоснованы диагностические признаки отдельных узлов
электротехнического оборудования;
разработан и экспериментально проверен ряд макетов ИИС статистической диагностики, которые позволяют с наперед заданными точностью (инструментальная погрешность) и достоверностью (методическая погрешность) проводить диагностику некоторых узлов электротехнического оборудования;
созданфсновные положения методики проверки некоторых метрологических и точностных характеристик ИИС статистической диагностики;
разработана общая методология, позволяющая осуществлять Еыбор диагностических пространств, формирование в этих пространствах обучающих совокупностей и построение решающих правил по диагностике и классификации конкретных видов дефектов в некоторых узлах электротехнического оборудования.
Конкретный личный вклад диссертанта в разработку научных результатов, выносимых на защиту:
- многорезонансные многовходовые модели вибраций подшипников
качения и шихтованного магнитопровода, созданные на базе теории
линейных случайных процессов;
модель неравномерности вращения вала дизель электрического генератора, созданную на базе периодически -коррелированных случайных процессов;
- теоретически обоснованные и экспериментально проверенные
диагностические признаки, позволяющие диагностировать:
в подшипниках качения электрических машин
- перекосы;
питтинг наружных или внутренних колец, тел качения;
отсутствие смазки;
в шихтованных магнитопроводах
состояние прессовки пластин железа; в дизель - электрических генераторах
техническое состояние цилиндро - поршневой группы; программно - техническое обеспечение для макетов ИИС
статистической диагностики;
основные положения методики метрологического контроля ИИС статистической диагностики;
метода выбора диагностических пространств и формирования обучающих совокупностей по результатам гистограммного, корреляционного и спектрального анализов исследуемых информационных сигналов;
- методы построения решающих правил по диагностике и
классификации конкретных видов дефектов в исследуемых узлах
электротехнического оборудования.
Теоретическая и практическая ценность работы заключается в следующем:
: - создана теория, позволяющая научно обоснованно производить разработку ИИО. статистической диагностики, обеспечивающих с заданными точностью и. достоверностью обнаружение и классификацию дефектов электротехнического оборудования;
- на базе предложенных математических моделей и действующих
макетов ИИО разработана инженерная методика диагностирования
некоторых узлов электротехнического оборудования;
- разработанные метода и реализующие их ИИС позволяют
автоматизировать процесс диагностирования технического состояния
узлов электротехнического оборудования, обеспечивая при этом
заданные точность и достоверность результатов диагностики.
Реализация работы в народном хозяйстве.
Основные положения теории ЙЙС статистической диагностики нашли практическое внедрение в следующих предприятиях и организациях:
Производственном объединении "Завод им.Малышева" (г.Харьков) в виде методики и макета ИИС диагностики цилиндро - поршневой группы дизель - электрических генераторов типа 5Д70;
- НИИ завода "Электротяжмаш" (г.Харьков) в виде программного
- ь -
обеспечения для определения виброакустических характеристик мощных турбо и гидрогенераторов; '
- ЛПЭО "Электросила" (г.Ленинград) в виде программного обеспечения для методшш вибродиагностики подшипниковых узлов электрических машин.
Апробация работы.Материалы диссертационной работы обсуждались на Международной научной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения выдающегося украинского физика и электротехника Ивана . Пулюя (г.Тернополь, 1995), Международной научно- технической конференции "Статистические методы в теории передачи и преобразования информационных сигналов" (Киев. 1992), Всесоюзной научно -технической конференции "Математическое моделирование в энергетике" (Киев, 1990), Всесоюзном научно - техническом семинаре "Новые методы вибродиагостики технического состояния машин" (Каунас, 1986), 4-ой Всесоюзной школе-семинаре "Проектирование автоматизированных систем контроля и управления сложными объектами" (Харьков - Туапсе, 1990), Всесоюзной научно -технической конференции "Метода представления и обработки случайных сигналов и полей" (Харьков, 1989), Всесоюзной конференции "Вибродиагностика. Оценка технического состояния механизмов и разделение источников шума. Проблемы стандартизации" (Горький, 1984), совместном заседании секции % 1 Научного совета АН СССР по комплексной проблеме "Научные основы электрофизики и эл е ктроэнергетики" и секции J6 2 Научного совета АН СССР по комплексной проблеме "Научные основы электроэнергетики" по теме "Новые методы контроля и диагностики технического состояния мощных энергетических электромашин " (Киев, 1983), Всесоюзных и Республиканских конференциях "Статистические методы в теории передачи и преобразования информационных сигналов" (Киев-Львов, 1978 - 1988 г.г.). Кроме того, по материалам диссертационной работы было сделано более 10 докладов на различных научно -технических конференциях и семинарах.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в сорока работах, среди которых одна монография, шесть препринтов и одно авторское свидетельство.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав; заключения, списка использованных литературных