Методы и средства обнаружения и регистрации источников сбоев в системах и устройствах с кодоимпульсной модуляцией сигналов

Проблема сбоев в науке и технике как у нас в стране, так и за рубежом известна уже несколько десятков лет, начиная с 60-х годов предыдущего столетия и до наших дней [17], [27], [110], [115], [150], [215], [245] - [250]. Особое значение данная проблема имеет для вычислительной техники и систем управления (СУ), построенной на её основе. Развитие данной отрасли на современном этапе связано с высокопроизводительными вычислительными системами (ВС) — информационно-вычислительными, суперЭВМ, транспьютерами, транспьютероподобными системами, локальными вычислительными системами (ЛВС), большим набором управляемых и регулируемых параметров — скоростью, температурой, освещённостью, пространственным местоположением, временем задержки сигнала, вычислительной производительностью и широким частотным диапазоном их изменения — от долей герца до десятков и сотен мегагерц.

При разработке ВС и СУ, имеющих в своём составе большое (до нескольких тысяч и десятков тысяч) число потенциальных источников сбоя (многоконтактные соединители, контактирующие условия БИС и СБИС, контактные дорожки печатных плат, линии связи — интерфейсные шины, шины электропитания и заземления и т. д.), ключевой проблемой повышения надёжности является диагностика сбоев, что непосредственно связано с обнаружением и регистрацией источников сбоев в аппаратуре. Характерной особенностью систем управления различными техническими объектами и, в первую очередь, высокоточными объектами, является использование в них различных видов импульсной модуляции сигналов — амплитудной, фазовой, широтной — с проблемой обнаружения источников сбоев в аппаратуре никак не связанных. Результатом такого подхода является наличие многочисленных методов контроля, направленных не на выявление и устранение источника сбоев, а на результаты его проявления, при этом устраняется не сама причина (в данном случае источник сбоев), а следствие её (ошибки от сбоев) создавая тем самым потенциальную возможность существования в аппаратуре скрытых дефектов.

Решить задачу устойчивого к сбоям управления техническими объектами, их контроля и ранней диагностики в широком диапазона частот и большом спектре управляемых и регулируемых параметров представляется возможным, разработав новые устройства управления, контроля и диагностики с использованием наиболее помехозащищённой кодо-импульсной модуляции сигналов и предложив способы обработки сигналов в них, обеспечивающее обнаружение источников сбоя. Поэтому существует настоятельная потребность в создании эффективных моделей источников сбоя, что требует, в свою очередь, разработки методов анализа моделей источников сбоя, разработки и создания на их основе устройств контроля и диагностики источников сбоев, их синтеза с существующими и вновь разрабатываемыми системами управления и вычислительной техники.

Разработке и использованию методов и устройств с кодо-импульсной модуляцией (КИМ) сигналов в задачах управления, контроля и диагностики предшествовали работы отечественных и зарубежных ученых в области цифровых систем управления [1−7]. Развитие методов и средств управления с КИМ сигналов следует отметить в работах [8] (цифровые системы), [9] (оптико-электронные системы), [10] (аналитическое приборостроение).

Вместе с тем необходимо отметить определённую разрозненность публикаций по обнаружению и регистрации источников сбоев систем и устройств с КИМ сигналов в задачах управления, контроля и диагностики как по уровню публикаций (книги, статьи, авторские свидетельства и патенты), так и по области использования (транспорт, химия, приборостроение, металлургия, вычислительная техника). Обратим внимание, что высокие требования, предъявляемые к системам по надёжности, быстродействию, помехозащищённости, электромагнитной совместимости требуют дальнейшего развития теории и практики обнаружения и регистрации источников сбоев систем и устройств с КИМ сигналов. Указанные обстоятельства делают актуальной задачу исследования разработки и создания теории, методов и аппаратных средств обнаружения источников сбоя систем и устройств с КИМ сигналов для различных объектов автоматики и вычислительной техники. К этому следует добавить и наметившуюся тенденцию к обобщению методов использования КИМ сигналов в задачах управления, контроля и диагностики. Особо важно отметить широкий диапазон применения методов управления и контроля с КИМ сигналов по их частоте (от долей герца до сотен мегагерц). Немаловажное значение имеет и тот факт, что за последнее время наметилось определённое отставание теории от практики использование методов и средств обнаружения и регистрации источников сбоев систем и устройств с КИМ сигналов в указанных задачах. Вышесказанное делает задачу исследования и разработки теории, методов и аппаратных средств обнаружения и регистрации источников сбоев систем и устройств с КИМ сигналов также своевременной.

Поэтому целью настоящей работы является разработка теории, методов и аппаратных средств обнаружения и регистрации источников сбоев систем и устройств с кодоимпульсной модуляцией сигналов в рамках единого подхода в широком диапазоне частот на примерах различных объектов, связанных с такими распространёнными параметрами систем управления и вычислительной техники как скорость, температура, освещённость, пространственное местоположение, время задержки сигналов. Для достижения доставленной цели требуется решить следующие основные задачи:

— теоретически выявить и экспериментально подтвердить состояние потенциально дефектных элементов как источников сбоя и предложить совокупность информативных признаков, методов обработки сигналов и технических средств, позволяющих обнаружить и зарегистрировать источники сбоев в аппаратуре;

— исследовать и предложить модели сбойных состояний потенциально-дефективных элементов и узлов автоматики и вычислительной техники;

— разработать теорию построения средств с обнаружением регистрацией источников сбоев при кодо-импульсном управлении объектами;

— разработать и предложить модель и методику определения области существования параметров модели, соответствующей сбойным состояниям элементов автоматики и вычислительной техники;

— провести экспериментальные исследования для определения диапазона изменений параметров источников сбоев по различным информативным признакам;

— предложить методы обработки, преобразования и регистрации сигналов источников сбоев;

— разработать методы обнаружения и регистрации источников сбоев для систем и устройств с кодо-импульсной модуляцией сигналов;

— разработать средства обнаружения и регистрации источников сбоев;

— определить степень достоверности полученных результатов по обнаружению и регистрации источников сбоев.

Первоначально понятие «кодо-импульсная модуляция» тесно увязывалось с такой отраслью техники как «электросвязь», где данный вид модуляции признан одним из перспективных и, вследствие этого, интенсивно исследуемых. Первое использование КИМ (в связи используется также аббревиатура «ИКМ» — импульсно-кодовая модуляция) относится к передаче фототелеграфных и речевых сигналов. Однако вплоть до 60-х годов разработки аппаратуры с КИМ сигналов не выходили из стадии экспериментальных исследований по ряду причин, в частности, из-за несовершенства как самих импульсных схем, так и элементной базы, их реализующей. Широкое развитие методы и средства передачи сигналов с КИМ получили лишь после изобретения транзистора и разработки первого поколения электронных цифровых вычислительных машин. Интенсивному развитию системы с КИМ сигналов обязаны рядом преимуществ, основные из которых следующие:

— более высокая помехозащищённость по сравнению с другими видами модуляции и возможность использования, вследствие этого, на линиях с большим уровнем шумов;

— системы с КИМ допускают значительное нелинейные искажения в тракте передачи данных;

— простота сопряжения с электронными автоматическими телефонными станциями (АТС), что позволяет более простыми методами создавать интегральные сети связи.

Особо следует подчеркнуть перспективность использования КИМ в волноводных и оптических линиях связи, вследствие их большой широкополосности. К сказанному следует также добавить широкое применение КИМ в телеметрии. В последнее время для повышения эффективности систем связи применяются адаптивные варианты КИМ, в которых параметры систем дискредитации меняются, подстраиваясь под дискретизируемый параметр или сигнал. В частности, к таким системам относится система дифференциальной КИМ сигналов.

Попытка использования идей кодо-импульсной модуляции сигналов в устройствах управления, контроля и диагностики различных систем начались еще с 60-х годов. В первых работах по применению КИМ в устройствах управления была показана возможность использования отдельных кодовых посылок в виде синусоидальных импульсов для разгона и торможения, мощных (десятки киловатт) электродвигателей [11], [12]. Полученный при этом эффект выражался в более высокой плавности регулирования скорости, простых схемных решениях узлов коммутации за счёт использования элементов цифровой техники и блоков сопряжения с управляющими ЭВМ. В дальнейшем (конец 60-х начало 70-х годов) исследования по использованию КИМ в устройствах управления (кодо-импульсное управление — КИУ) проводились в направлении расширения диапазона используемых нагрузок, в том числе при управлении электрическими двигателями малой (десятки ватт) мощности, а также типов исполнительных элементов. В частности, исследования автора [13] позволили показать универсальность методов КИУ не только для нагрузок с большим диапазоном изменения, но и с возможностью динамического управления в паузах между импульсами кода (модифицированная КИУ или МКИУ). Кроме того, была также показана универсальность используемых методов и по частоте питающей сети в промышленных установках (50 Гц) и на летательных аппаратах (400 Гц — авиация, 1000 Гц — ракетная техника). Необходимо и важно подчеркнуть отечественный приоритет в развитии данного направления, поскольку за рубежом идеи использования КИМ в устройствах управления, контроля и диагностики нашли своё воплощение гораздо позднее. Так известная зарубежная фирма Хьюлетт-Паккард (Hewlett-Packard), производящая измерительное и контрольно-измерительное оборудование с годовым оборотом в 40 млрд. долларов, использовала данный метод в одной из своих разработок сигнального анализатора (HP 5371 А) только в конце 80-х годов [14].

Особо перспективным представляется использование методов КИМ в таких прогрессирующих отраслях как радиои электронная промышленность и ориентированных на разработку, изготовление и внедрение ВС. При этом одна из проблем, в решении которой методы КИМ призваны сыграть важную роль, является проблема обнаружения источника сбоев в аппаратуре. Анализ отечественных и зарубежных исследований по данному вопросу показал, что имеются многочисленные методы, направленные не на решение проблемы обнаружения источников сбоев, их контроля и диагностирования в аппаратуре, а на результаты их проявления, при этом устраняется не сама причина (в данном случае источник сбоев), а следствие ее. О таком подходе свидетельствуют как отечественные публикации и монографии, отраженные, в частности, в трудах таких ученых как П. П. Пархоменко [15], К. П. Литиков [16], В. М. Каган и И. Б. Мкртумян [17], Н. И. Яковлев [18], так и работы зарубежных (в том числе стран СНГ) авторов: Р. Р. Убара [19], Н. П. Байды [20], В. Н. Ярмольника [21], а также и разработки ведущих зарубежных фирм по контрольно-диагностической аппаратуре [22]- [24].

Анализ уровня развития современной элементной базы автоматических и высокопроизводительных вычислительных систем показывает, что наибольшую актуальность приобретает проблема применения высоконадёжных соединителей, число которых в данных системах может достигать несколько тысяч. Опыт эксплуатации современных ВС, таких, например, как суперЭВМ «Эльбрус-2», «Электроника СС БИС» и других, показал, что их непрерывной работе мешают сбои или сбойные явления, источником которых являются многочисленные с большим числом контактных пар соединители разных типов [25], [26]. Несмотря на последние достижения в области разработки и производства, соединителей с использованием современных методов контроля и диагностики, при работе ВС удаётся обнаружить 95% сбоев, а локализовать с точностью до печатной платы только 75% из них [27]. Столь низкий процент локализованных сбоев логично объяснить существование в элементах систем, в частности в соединителях, контактирующих устройствах, линиях связи, включая и металлизированные дорожки печатных плат, скрытых дефектов, не выявляемых существующими методами контроля, и тем обстоятельством, что на качество контактирования элементов соединителей влияет до 10 параметров, каждый из которых, в свою очередь, меняется в достаточно широких пределах [28].

В настоящее время разработаны и широко известны как у нас в стране, так и за рубежом способы контроля соединителей, в частности, по одному параметру [29]- [33], по нескольким параметрам [34]-[39], по вторичным признакам [40]-[43], а также способам контроля соединителей, основанные на их представлении в виде активно-ёмкостной, активно-индуктивной нагрузки [44] или в их совокупности [45], использующие методы анализа амплитудно-временных соотношений выходных сигналов с последующим сравнением с эталонными значениями в спектре частот от долей герца до единиц гигагерца [46], [47]. Достигнутый уровень развития проблемы контроля соединителей и соединений обеспечивался усилиями отечественных учёных в области аппаратных средств контроля (В.М.Шляндин, Г. В. Глебович, А. И. Мартяшин и др.), анализа явлений и процессов в электрических соединениях (А.П.Левин, А. Н. Бредихин и М. В. Хомяков, А. А. Шабанов и Р. Р. Хамидуллин, коллектив учёных ИПУ РАН и др.), а также значительными успехами в области моделирования элементной базы и современных средств и методов расчёта надёжности (Ю.Н.Кофанов, Ю. Х. Вермишелев, Л. П. Гаврилов, Л. Н. Кечиев и др.). Вместе с тем следует отметить, что в целом ряде случаев указанным выше подходам свойственна функциональная ограниченность, вследствие которой затруднительно производить контроль соединителей, находящихся или работающих в предельных режимах, т. е. на границе устойчивого работоспособного состояния. На предельные режимы работы соединитель выходит по следующим причинам: загрязнения, вносимые в него при изготовлении, чувствительность к внешним воздействиям, естественный процесс износа и другие причины [48].

В данной работе, используя методы и средства КИМ, а также введённое понятие «третье состояние соединителей», поставлены следующие задачи: обнаружение скрытых дефектов соединителей в процессе входного контроля, обнаружение сбоев автоматических и высокопроизводительных вычислительных систем, в состав которых входят данные соединители, вследствие неконтактных явлений в соединителях, линиях связи и печатных платах, как в процессе эксплуатации, так и при их ремонте и обслуживании. Поэтому с полным основанием можно утверждать, что если в период становления методов КИМ в задачи управления, контроля и диагностики для различных отраслей промышленности их успешному внедрению в значительной мере способствовало развитие цифровой вычислительной техники, то в последнее время наблюдается обратный процесс, т. е., образно говоря, методы КИМ отдают «долги» вычислительной технике.

С помощью введенного понятия — основного параметра (ОП) -показывается универсальность использования методов КИМ для различных объектов управления, в частности, связанных с таким ОП как скорость, температура, освещенность пространственное местоположение, время задержки сигнала. Данный перечень параметров и связанных с ними объектов применения, по мнению автора, не является окончательным. С этой точки зрения, перспективны такие отрасли науки как медицина, биология, экология, а предметом особого внимания должна стать нейрокомпьютерная техника, использующая одновременно методы аналоговой и дискретной обработки информации на повышенных (до 60 МГц) частотах. Характерная особенность использования методов КИМ при этом состоит в том, что если в задачах управления речь шла о десятках и сотнях герц частоты коммутируемой сети или генератора задающих сигналов, то в задачах контроля и диагностики речь идет уже о десятках и сотнях мегагерц.

Использование методов КИМ в ВС и системах управления (СУ) позволяет задействовать такой информационный параметр соединителя в режиме сбоя как амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и по новому решить проблему электромагнитной совместимости, связанную с тем, что основные компоненты ВС и СУ — цифровые интегральные микросхемы, микропроцессоры и полупроводниковые ЗУ — работают со всё меньшими уровнями сигналов, становятся всё более быстродействующими, а следовательно и более восприимчивыми импульсным электромагнитным помехам [49].

Следствием успешного решения перечисленных задач является кардинальное снижение аппаратно-программных, временных и финансовых затрат, массогабаритных показателей и резкое увеличение надёжности и помехоустойчивости аппаратуры.

В работе получены следующие новые научные результаты, выносимые на защиту:

1. Новое промежуточное между исправным и сбойным состоянием электрических элементов, названное предсбойным состоянием, базисной характеристикой которого является не регистрируемое существующими методами отклонение параметров от норм технических условий (ТУ) — совокупность информативных признаков, методов обработки сигналов и технических средств, позволяющих обнаружить и зарегистрировать следующие источники сбоев: соединители (разъёмы), контактирующие узлы БИС и СБИС, контактные дорожки печатных плат, интерфейсные шины, неэкранированные однои многожильные провода, шины заземления и электропитания, клеммные колодки, места паек и заблаговременно изъять из эксплуатации потенциально дефектный блок с такими элементами, обеспечивая тем самым резкое повышение надёжности аппаратуры.

2. Электрические модели сбойных состояний следующих пассивных элементов и узлов автоматики и вычислительной техники: соединителей (разъемов), контактирующих узлов БИС и СБИС, клеммных колодок, мест паек (в электроконтакты), контактных дорожек печатных плат, интерфейсных шин, неэкранированных однои многожильных проводов, шин заземления и электропитания на основе параметров омического (К), индуктивного (Ь) и емкостного © сопротивлений и изменений при сбое активно-индуктивного характера сопротивления на активно-емкостной на аналоговых сигналов — в амплитудно-частотной области, для импульсных сигналов — во временной области.

3. Теория построения средств обнаружения и регистрации источников сбоев в широком (от долей герца до сотен мегагерц) в диапазоне частот в системах и устройствах с кодо-импульсной модуляции сигналов для объектов со следующими управляемыми и регулируемыми параметрами: скорость, температура, освещённость, пространственное местоположение, время задержки сигнала.

4. Методика анализа сигналов для обнаружения источников сбоев на примере объектов первого порядка с управлением по входу как по частоте импульсов (при постоянной амплитуде и длительности), так и по взаимному их расположению на временной оси, т. е. с кодо-импульсным управлением.

5. На примере широко распространённого в средствах вычислительной техники класса прямоугольных разъёмов для печатного монтажа типа РППМ 27 методика определения области существования параметров R, L, и С электрической модели сбойных состояний пассивных элементов автоматики и вычислительной техники.

6. Для соединителей типа РППМ 27 диапазоны изменения параметров R, L и С, характеризующих их состояние сбоядиапазон регистрируемых резонансных частот в режиме сбояизменения отношения добротности в начале и в конце срока эксплуатациидиапазон изменения длительности отражённого сигнала при сбое.

7. Методы обработки, преобразования и регистрации сигналов источников сбоев в условиях повышенных (выше норм ТУ) электромагнитных излучений потенциально дефектных элементов, наличия сдвига фазы гармонического сигнала, проходящего через сбойный участок, образования и существования спектра резонансных частот в широком (до сотен мегагерц) диапазоне наличия субгармонических колебаний, изменения и выходе за пределы норм ТУ амплитудно-частотных характеристик гармонических сигналов и появления дополнительной задержки фронтов импульсных сигналов, выхода за пределы норм ТУ соотношения падающей и отражённой волны, дифференцирования проходящих через сбойный участок сигналов.

8. Методы бесконтактного (радиоизмерительного) и встроенного обнаружения и регистрации источников сбоев на базе датчиков предсбойных и сбойных состояний для систем и устройств с кодо-импульсной модуляцией сигналов.

9. Средства бесконтактного (радиоизмерительного) и встроенного обнаружения и регистрации источников сбоев. Требования для проектирования приборов бесконтактной диагностики регистрации сбоев с последующей их разработкой.

10. Разработанные по полученным информативным признакам датчики обнаружения и регистрации источников сбоев контактными и бесконтактными методами.

11. Достоверность полученных результатов по обнаружению и регистрации источников сбоев.

Диссертация состоит введения, семи глав, приложений, выводов по работе и списка использованной литературы. В первой главе «Аналитический обзор систем и устройств с кодо-импульсной модуляцией сигналов» рассмотрена проблематика регистрации источников сбоев в технических системах, принципе построения систем и устройств с кодо-импульсной модуляцией сигналов, даётся анализ цифровых вычислительных систем как средства обработки и преобразования информации на основе кодо-импульсной модуляции сигналов, рассмотрены системы автоматического управления и регулирования с кодо-импульсной модуляцией сигналов. Экспериментально получены предсбойное и сбойное состояния, сформулированы задачи исследования.

Во второй главе «Исследование и формализация факторов сбоя» рассмотрена проблема сбоев в соединениях, проведён анализ работы соединений в цепях БИС и СБИС, даны особенности построения электрических моделей источников сбоев. Рассмотрены режимы работы источников сбоев в виде третьего состояния соединителей.

В третьей главе «Теоретические методы анализа устойчивых к сбоям устройств с кодо-импульсной модуляции сигналов систем автоматического управления и регулирования» проведено моделирование объектов управления для случаев непосредственного (минуя цифроаналоговое преобразование) управления объектом, проведён анализ статистических и частотных характеристик объекта с дополнительным управлением в паузах кодо-импульсных сигналов.

В четвёртой главе «Методы регистрации сбоев в ЭВМ» приведены особенности поведения аппаратуры (ЭВМ) при бесконтактном контроле и диагностике сбоев, даются рекомендации по использованию радиоизмерительных методов в задачах контроля и диагностики сбоев в высокопроизводительных вычислительных системах, рассмотрены особенности построения стенда для регистрации сбоев высокопроизводительных вычислительных систем, а также методы регистрации сбоев в локальных вычислительных сетях в многослойных печатных платах.

Пятая глава «Построение устойчивых к сбоям систем управления с кодо-импульсной модуляцией сигналов» посвящена рассмотрению устойчивых к сбою следующих систем: АСУ ТП, системы управления электрической мощностью объекта, электрическими системами контроля и диагностики, телевизионного и оптического контроля, прецизионным цифровым системам.

В шестой главе «Разработка датчиков и приборов для регистрации сбоев» рассмотрены требования к датчикам и приборам, фиксирующим сбои в устройствах, приведены принципы построения бесконтактного датчика и прибора для регистрации сбоев, описана система батарейного зажигания двигателя внутреннего сгорания с регистрацией сигнала сбоя, даны особенности измерения параметров, регистрирующих сбои в электрических цепях и системах.

В седьмой главе «Экспериментальное исследование и регистрация сбоев в системах и устройствах с кодо-импульсной модуляцией сигналов» рассмотрены вопросы реализации названных устройств, а также методов и моделей, положенных в основу их построения. В главе освещены вопросы и приводятся результаты экспериментального исследования управления сервопривода аналитического фотограмметрического прибора с кодо-импульсной модуляцией сигналов, экспериментального исследования методов и устройств управления, контроля идиагностики с кодо-импульсной модуляцией сигналов в автоматизированных системах управления технологическими процессами выработки стекловолокна, экспериментального исследования режима сбоя соединителей. Рассмотрены вопросы экспериментального исследования бесконтактного датчика сбоев, приведены результаты внедрения приборов и средств бесконтактной регистрации сбоев в технических системах: высокопроизводительные вычислительные системы, диагностические стенды, системы автоматического управления и регулирования, цифровые электроприводы, локальные вычислительные сети, станы холодной прокатки труб, специзделия, системы автоматического управления и регулирования, подтверждённые актами внедрения.

В приложениях приведены акты внедрения результатов диссертации в промышленность и народное хозяйство.

Данная работа выполнялась в ряде институтов и организаций: Московском авиационном институте (исследование кодо-импульсного управления исполнительными асинхронными двухфазными двигателямисоавторы: Колосов С. П., Вьюшков Ю. А., Некрасов В. Н., Сидоров Ю.А.), в Центральном конструкторском бюро Красногорского механического завода (телевизионные устройства контроля с использованием методов кодо-импульсной модуляции — соавторы: Чернов Б. С., Раев Б. К., Шабеницкий К.А.), в НПО «Стеклопластик», бывшем Всесоюзном научно-исследовательском институте стекловолокна и стеклопластиков (методы кодо-импульсной модуляции в устройствах управления, контроля и диагностики АСУ ТП выработки стекловолокна — соавторы: Любутин О. С., Янцев П. Г., Давыдов Э. Н., Каплан Е. Д., Степанов В.В.), в Центральном научно-исследовательском институте геодезии, аэросъёмки и картографии (использование методов кодо-импульсной модуляции при управлении скоростью и положением графического органа координотографа аналитического фотограмметрического приборасоавтор Зотов Г. А.), в научно-исследовательском институте «Квант» (кодо-импульсная динамическая модель соединителя — соавторы: Белов В. Г., Мартынюк Д. В., Царёв Б.Д.), в АОЗТ «ЗИЛ-КАР» — AMO «ЗИЛ» (внедрение датчиков сбоя и их модернизация — соавторы: Поликер Б. Е., Михальский Л. Л., Ильинский В.А.), в МГИУ (систематизация полученных результатов и их оформление, научные консультации д.т.н. Широкова Л.А.).

Результаты работы внедрены на Первоуральском Новотрубном заводе [182], где при сопряжении электрических двигателей прокатного стана с управляющей ЭВМ за счёт использования метода КИМ удалось добиться плавного регулирования скорости указанных двигателей. Принципы построения контрольно-диагностического аппаратуры для ранней диагностики скрытых дефектов в виде сбоев от неконтактных явлений в элементах, блоках и узлах и сконструированные на их основе датчики бесконтактного обнаружения сбоев внедрены в НИИ «Квант» (г. Москва) при разработке, изготовлении и эксплуатации диагностического автоматизированного комплекса ДАК-1.

Результаты работы внедрены при разработке специализированного комплекса в ЦКБ ПО «Красногорский завод» при разработке структуры построения контрольно-диагностической и пультовой аппаратуры комплекса. При этом был разработан и внедрён метод контроля параметров объекта х использованием кодо-импульсной модуляции сигналов, снижающий уровень помех при контроле, в частности телевизионных трактов сигналов и повышающий степень помехозащищённости аппаратуры [52].

Метод кодо-импульсного управления исполнительными двигателями, обеспечивающий такие преимущества по сравнению с ранее известными, как: простота сопряжения исполнительного элемента с управляющей ЭВМ за счёт исключения из контура управления цифро-аналоговых преобразователей, более высокая плавность регулирования скорости исполнительного элемента, в частности асинхронных двигателейминимизация массогабаритных показателей аппаратурыснижение уровня создаваемых радиопомех вследствие коммутации усилительных элементов, в частности тиристоров в нуле фазы питающего напряжения сети, внедрён в ЦНИИ «Гранит» (г. Санкт-Петербург).

Результаты работы внедрены также и в ряде других организаций и ВУЗов: ГП «ЭЛИДАП», СП «ЕМС Гарантпост», НПО «Измерительная техника» (г. Калининград, Моск. обл.), AMO «ЗИЛ» -" ЗИЛ-КАР" (г. Москва), МИРЭА, ВТИ (г. Воронеж).

Основные результаты работы нашли своё отражение в свыше 47 публикациях (из них 25 работ выполнены автором без соавторов), в том числе 16 изобретений на способы и устройства. Опытные образцы бесконтактного датчика сбоев в ЭВМ, разработанных и испытанных в соответствии с рекомендациями данной работы, были представлены на Международных выставках в г. Москве: «Конверсия-92» в 1992 году и «Авиационно-космический салон» в 1993 году.

Консультации по диссертационной работе давали академики — Лауреат Премии Правительства РФ, д.т.н., проф. Ю. Н. Кофанов и д.т.н. проф. Л. А. Широков, за что автор выражает им глубокую благодарность. Автор признателен также коллективу учёных и сотрудников НИИ «Квант» во главе с член-корреспондентом РАН В. К. Левиным за большую помощь и поддержку в процессе выполнения данной работы.

В процессе разработки, изготовления и внедрения в промышленность электрических датчиков сбоя (ДБС-1) большую помощь и поддержку оказал коллектив сотрудников АОЗТ «ЗИЛ-КАР» — AMO «ЗИЛ» во главе с Генеральным директором, к.т.н. Поликером Б. Е., которому автор выражает свою признательность и благодарность.

В настоящей работе приняты следующие обозначения: — электрический ток.

1Р (1Ь, /с) — электрический ток в оммической индуктивной, ёмкостной) цепи. Кг — длительность импульса или паузы 1-го участка кода. Ь{$) — электрическая индуктивность. — число периодов Т, равное сдвигу единичного символа по оси времени. Мс — коэффициент вариации ёмкости. Ма — коэффициент вариации проводимости. Мь — коэффициент вариации индуктивности. т — число участков импульсов и пауз на периоде кода. Рэ — электромагнитная мощность.

Я — электрическое (активное) сопротивление. гКу — активное сопротивление роторной обмотки, приведённое к числу витков статорной обмотки управления. Т — период питающей сети. Тс — период сигнала при управлении с кодо ипульснойи число — импульсной модуляцией сигналов.

ТяХ (Тт2) — постоянные времени объекта управления при действии (отсутствии) мпульса.? — время. ик (у'Ш) — дискретно амплитудо — фазовый спектр. ит — амплитудное значение напряжения. и (0 — кодо — импульсное напряжение общего вида. АГт1 (АТт2) — вариация постоянной времени объекта при действии (отсутствии) импульса, и — основной параметр объекта управленияотносительная скорость.

С (1), С — электрическая ёмкость.

0(1) — электрическая проводимость. кI — число разрядов ЭВМ. ин) «значения основного параметра в начальный момент действия импульса (паузы).

— установившееся значение основного параметра при действии (отсутствии) импульса, х — относительная продолжительность включения объекта, ф — угол сдвига фазы. О — круговая частота первой гармоники, со — круговая частота, со о ~ круговая частота основной гармоники.

С — состояние работоспособности системы. к0 — амплитуда импульсов в коде. К1 — линейный коэффициент усилениямасштабный коэффициент. Кдв — коэффициент усиления двигателя.

— спектральная плотность белого шума. т — относительная глубина модуляции.

II х, и ууправляющая функция соответственно по осям X, У.

— модулирующая функция.

УХ, У — скорость перемещения по координатам X, У. }¥-(р) — передаточная функция. X, У — прямоугольные координаты соответственно по осям абцисс и ординат X, У.

Хвх (хвых) «входной (выходной) сигнал. Z (p) -Ъ-преобразование. 8 [п ] - дискретная ошибка.

— коэффициент колебательности.

Рким ' вероятность искажения сигнала при ко до импульсной модуляции. Ф (7) — световой поток.

0 — передаточная функция ошибки замкнутой системы /гр — граничная частота. Котр — коэффициент отражения волны.

— паразитная индуктивность.

Ь5 (Св) — погонная индуктивность (ёмкость). tф{tф0) — длительность фронта зондирующего (отражённого) сигнала. II. — входной сигнал. ип (1/0) — напряжение падающей (оотражённй волны). Ж — волновое сопротивление.

— длительность фронта.

Р — частота сигнала. К — коэффициент деления. К1 — линейный коэффициент усиления. Котр — коэффициент отражения волны. Ь — расстояние между захватами.

N — число отверстий в модуляционном диске датчика скорости. N1 — номер соединителя. п — скорость двигателя. Я — радиус окружности.

V — скорость конвейера. Хк (Ук) -оси координатографа, т — время задержки сигнала.

Сокращения в тексте.

АФП — аналитический фотограмметрический прибор.

АЧХ — амплитудно-частотная характеристика.

БДС — бесконтактный датчик сбоев.

БДО — бесконтактный датчик обрыва.

БМК — базовый матричный кристалл.

ВС — высокопроизводительная вычислительная система.

ВЧ — высокочастотный.

ИК — инфракрасный.

КЗ — короткое замыкание.

КИМ — кодо-импульсная модуляция, кодо-импульсный модулятор.

Результаты работы в виде моделей синтеза параметров кодо-импуль-ых сигналов модуляции с учетом параметров технологических объектов я получения требуемых значений управляемых и регулируемых пара-тров, способов бесконтактного, встроенного и радиоизмерительного кон-оля и диагностики сбоев в аппаратуре, аналитических моделей и горитмов применения кодо-импульсной модуляции при контроле, диагнос-ке и управлении используется в 'учебном процессе кафедры атематического моделирования технологических систем" при чтении кций и проведении практических занятий по дисциплине «Математические тоды и модели в расчетах на ЭВМ» для студентов технологического и мического профиля.

Зам.зав.кафедрой доцент, к.т.н.

Матвеев М. Г,.