Методическое обеспечение для применения метода мажоритарного резервирования измерительных каналов

Введение. Для опасных производств уровень надежности оборудования информационно- измерительных систем должен соответствовать требованию, что вероятность отказа является практически невозможным событием, т. е. равна приблизительно 106. Для реализации данного требования существуют различные способы повышения уровня надежности, одним из которых является резервирование. Оно делится на несколько видов в зависимости от влияющих факторов, таких, как режим работы объекта, типы отказов, кратность и т. п. Мажоритарное резервирование в измерительной технике, в частности в измерительных каналах, используется редко, так как данный метод был разработан для повышения надежности в дискретных цифровых устройствах. До настоящего времени соответствующее математическое обеспечение для применения мажоритарного резервирования измерительных каналов аналоговых величин отсутствовало. Вследствие этого возникла необходимость в его разработке.

Цель работы. Разработка методического обеспечения для применения метода мажоритарного резервирования, позволяющего повысить достоверность результатов измерений.

Материалы и методы. Проанализированы отечественные и зарубежные источники информации за последние 40 лет, связанные с обработкой малых выборок при проектировании измерительных каналов для информационно-измерительных систем. Применен непараметрический ранговый критерий Манна-Уитни для обработки малых выборок, использовалось математическое моделирование, математический аппарат теории измерений и теории систем.

Результаты. Реализована модель измерительного модуля с избыточной структурой. Рассмотрены параметрические и непараметрические ранговые критерии. Разработан алгоритм, позволяющий выявитьотказ канала измерительного модуля с избыточной структурой. Вычислительная сложность алгоритма оценивается полиномом второй степени.

Заключение. Рассмотренные возможности использования непараметрических ранговых критериев для работы с выборками малого объема, а также диагностические ситуации для различных комбинаций данных критериев позволяют принимать статистически обоснованное решение о состоянии измерительного канала. В перспективе планируется использовать данный метод при диагностическом контроле исправности оборудования технологических процессов, связанных с сжиганием топлива, а именно в котельных установках и установках термического уничтожения отходов.

1. Иыуду К. А. Надежность, контроль и диагностика вычислительных машин и систем. М.: Высш. шк., 1989. С. 216.

2. Кутдусов Ф. Х., Рублев Т. А. Адаптивный мажоритарный элемент в системах автоматического управления. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/adaptivnyy-mazhoritarnyy-element-v-sistemah-avtomaticheskogo-upravleniya (дата обращения 10.12.2019)

3. Определение отказа, классификация отказов. URL: https://helpiks.org/1-24348.html (дата обращения 12.12.2019)

4. Lorczak P. R., Caglayan A.K., Eckhardt D. E. A Theoretical Investigation of Generalized Voters for Redundant Systems // Proc. 19th FTCS. Chicago, Illinois, June 1989. P. 444-451.

5. Стариченко Б. Е. Обработка и представление данных педагогических исследований с помощью компьютера. Екатеринбург: Изд-во Урал. ГУ, 2004. С. 218.

6. Королев П. Г. Анализ развития дефектов железнодорожного полотна // Изв. СПбГЭТУ "ЛЭТИ". 2018. № 9. С. 93-98.

7. Оценка дефектов железнодорожного полотна. Исследование критерия / П. Г. Королев, В. А. Костыря, С. А. Кук, О. А. Микус // XXI Междунар. конф. по мягким вычислениям и измерениям. SCM’2018. СПб., 23–25 мая 2018 г. С. 85–88.

8. Экспериментальные исследования системы динамического мониторинга рельсового пути / П. Г. Королев, Д. Ю. Ларионов, М. Т. Рузиева, М. Н. Шилов // Изв. СПбГЭТУ "ЛЭТИ". 2014. № 10. С. 50-54.

9. Лемешко Б. Ю. Проверка гипотез о математических ожиданиях и дисперсиях в задачах метрологии и контроля качества при вероятностных законах, отличающихся от нормального // Метрология. 2004. № 3. С. 3-15.

10. Алексеев В. В., Королев П. Г., Утушкина А. В. Верификация контрольно-измерительных материалов и проверка знаний студентов // Вестн. ТГТУ. 2013. Т. 19, № 4. С. 890-896.

11. Siegel S., Tukey J. W. A nonparametric sum of ranks procedure for relative spread in unpaired samples // J. Amer. Statist. Assoc. 1960. Vol. 55. P. 429-455.

12. Инерциальная система MEMS_Based для диагностики железнодорожного пути / А. М. Боронахин, Л. Н. Подгорная, Е. Д. Бокхман, Н. С. Филипеня, Ю. В. Филатов, Р. Б. Шалимов, Д. Ю. Ларионов // Гироскопия и навигация. 2011. Т. 2, № 4. С. 261–268.

13. Алгоритм идентификации диагностических признаков по параметрам вибрации компрессорной установки / В. В. Алексеев, П. Г. Королев, В. С. Коновалова, И. В. Калякин, А. Г. Перкова // Изв. СПбГЭТУ "ЛЭТИ". 2015. № 2. С. 162-167.