Функціонально-логічні засоби оцінки технічного стану електронної апаратури

План лекції

1. Класифікаційний аналіз засобів та методів діагностування.

2. Методика побудови функціонально-логічної моделі для блоків ЕА.

3. Практичні аспекти застосування результатів функціонально-логічного моделювання для процесу експлуатації блоків ЕА.

Одним із основних етапів при оцінці технічного стану електронної апаратури являється діагностування або локалізація відмов. Враховуючи високий рівень складності схемних рішень сучасної ЕА відносно режимів функціонування, для практичної реалізації засобів діагностування розробляються спеціальні методики. Рівень ефективності зазначених методик залежить від ступеня оптимізації параметрів діагностування. Тому для визначення оптимальної сукупності параметрів діагностування застосовується функціонально-логічне моделювання об’єкта оцінки технічного стану. Можуть бути застосовані й інші методи моделювання.

Побудова функціонально-логічної моделі має за мету розробити математичні описи процесу функціонування об’єктів для певної множини їхніх функціональних станів. Використання моделі дає можливість ефективно проводити операції діагностування (локалізації) відмов. Локалізація відмови – це процес діагностування, метою якого являється визначення місця, причини та виду відмови.

Процес діагностування складається з трьох етапів:

- побудови діагностичної моделі об’єкта;

- визначення діагностичних параметрів;

- побудови програми (алгоритму) діагностування.

Стосовно ЕА розглянемо два методи побудови діагностичних моделей: метод функціонально-логічного моделювання та метод топологічного моделювання.

Функціонально-логічне моделювання раціонально використовувати для дискретних об’єктів, локалізація відмов у яких здійснюється, як правило, на рівні змінних конструктивних модулів. Побудову діагностичних моделей, в основу яких покладені методи топологічного моделювання, ефективно використовувати для аналогових об’єктів, локалізацію відмов у яких необхідно здійснювати з максимальною глибиною пошуку.

Для побудови функціонально-логічної моделі об’єкт контролю надано у вигляді структури, яка повинна бути побудована з врахуванням заданої глибини пошуку відмов (рівня локалізації відмови). Так компонентами структури вибирають такі змінні частини об’єкта, які при несправності (відмові) доцільно замінювати без подальшого їхнього ремонту. Здійснивши інженерний аналіз об’єкта контролю та побудувавши його функціональну схему відповідно до прийнятої глибини пошуку відмов, для кожного елемента структури ФЛМ визначають сукупність входів-виходів, а саме: незалежні зовнішні функціональні входи , незалежні функціональні виходи і взаємозв’язані функціональні входи-виходи . Тому кожній вхідній змінній відповідає вхідний канал, а вихідній змінній – вихідний канал.

Наприклад, сигнал, пропорційний вихідній напрузі синхронного генератора, характеризується двома параметрами: амплітудою та частотою . Під час побудови діагностичної моделі зазначені параметри повинні бути поставлені у відповідність до дво вихідних змінних: та . Якщо будь-який функціональний блок має виходів, то на ФЛМ вінподається окремими елементами структури, кожний з яких має тільки один вихід.

Для кожної вхідної і вихідної змінної у результаті інженерного аналізу виокремлюються межі допустимих значень параметрів. Тоді входам елементів можна поставити у відповідність двозначні вхідні змінні, а виходам – двозначні вихідні функції від цих змінних. Так, якщо через позначити логічне висловлювання «значення входу допустиме», то символи входів матимуть значення «дійсно» (1), та значення «недійсно» (0) (в протилежному випадку). Аналогічна логіка може бути використана для встановлення значення «дійсно» та «недійсно» для виходів . Так у працездатному об’єкті логічні значення будуть допустимими тільки тоді, коли всі його входи матимуть допустимі значення. У цьому випадку кожний елемент ФЛМ реалізує логічну функцію збіжності. У загальному випадку елементи ФЛМ можуть реалізувати як логічну, так і послідовну функції.

Головне завдання під час побудові ФЛМ полягає в тому, щоб кожний функціональний блок об’єкта контролю, який має декілька виходів, був представлений деякою сукупністю елементів ФЛМ, кожний з яких має тільки один вихід, логічно зв’язаний з будь-якою визначеною сукупністю суттєвих для нього входів.

На інженерному рівні методика побудови ФЛМ полягає в тому, що для працездатного функціонального блока визначається множина всіх можливих комбінацій значень вхідних змінних (вхідних наборів) і для кожного такого набору визначається значення вихідної змінної . Отримана таким чином булева функція записується в диз’юнктивній нормальній формі. Ця функція називається функцією умови працездатності функціонального блока за виходом та позначається . Потім для функції отримують диз’юнктивну нормальну мінімальну форму. В результаті мінімізації функцій , які отримані для кожного із виходів функціонального елемента, одержують сукупність суттєвих вхідних наборів. В результаті виконання таких операцій кожний функціональний блок об’єкта в ФЛМ презентується логічними елементами , кожний з яких має один вихід і деяку множину входів, суттєвих для цього виходу.

Наприклад, розглянемо побудову ФЛМ для синхронного генератора , структура якого представлена на рис. 11.1 з позначеннями: – вхідний сигнал, що характеризує частоту обертання синхронного генератора; – струм збудження обмотки збудника синхронного генератора; – вихідний сигнал, який характеризує амплітуду вихідної напруги генератора; – частота вихідної напруги.

Розглянувши принцип дії генератора, встановлюємо, що , а . Констатуємо, що частота вихідної напруги залежить тільки від частоти обертання ротора синхронного генератора.

Рис. 11.1 Структура синхронного генератора

Відповідно з умови працездатності генератора отримуємо матрицю станів:

В матриці розглянемо стани для яких параметри функції і мають логічні одиниці, і для яких можна записати кон’юктивно-диз’юнктивні рівняння:

(11.1)

Використовуючи для системи (1) бульову операцію склеювання, отримуємо окрему мінімальну форму для функції :

Таким чином, для виходу суттєвим є тільки змінна , а для виходу (згідно з виразом (11.1)), суттєвими є обидві змінні та . Отже ФЛМ синхронного генератора може бути подана структурою, яка представлена на рис. 11.2.

Рис. 11.2. Функціонально-логічна модель генератора

Отже, побудова ФЛМ, в основному, зводиться до створення множини логічних елементів, кожний з яких має лише один вихід, який логічно зв’язаний з будь-якою сукупністю суттєвих для нього входів. Побудова ФЛМ завершується визначенням для кожного блоку моделі аналітичної залежності вигляду