5.3. Функциональные модели объектов диагностирования

Функциональные модели, свободные от недостатков, присущих аналитическим моделям, дают одно из наиболее наглядных представлений объектов диагностирования и строятся на базе их функциональных схем. Функциональная модель  это графическое или графоаналитическое представление объекта посредством функционально связанных между собой сменных блоков или типовых элементов замены. При построении такой модели предполагается, что объект можно разделить на некоторое число связанных между собой функциональных блоков. Под функциональным блоком понимают часть объекта, которая может находиться в одном из двух несовместимых состояний (работоспособном или неработоспособном) и в работоспособном состоянии отвечает требуемой реакцией на определенную совокупность воздействий, в число которых могут входить реакции других блоков.

Воздействия, которые необходимо приложить к работоспособному блоку для получения требуемой (допустимой) реакции, называются допустимыми. Реакцию отказавшего блока называют недопустимой. В функциональной модели предполагается, что требуемая реакция любого блока может быть получена только в том случае, если все приложенные к нему воздействия являются допустимыми и блок работоспособен, а реакция отказавшего блока не зависит от приложенных к нему воздействий.

При построении функциональной модели объекта руководствуются следующими правилами:

1. Каждый блок объекта должен иметь только один выход Y, который может быть соединен с любым числом входов других блоков. Число входов блока не ограничено. Вход i-го блока X_i называется внешним входом, если сигнал подается на этот вход извне. Этот же вход называется внутренним, если он является выходом j-го блока Y_j, т. е. если X_i=Y_j.

2. Если входной (выходной) сигнал некоторого блока характеризуется несколькими параметрами, то каждый из них обозначается отдельным входом (выходом).

Пример 5.3. Пусть блок Б₁ имеет два входных сигнала X₁, X₂ и один выходной сигал Y₁ (рис. 5.4, а), причем каждый из них характеризуется двумя физическими параметрами (амплитудой и длительностью импульса); тогда блок Б₁ имеет четыре входа (X₁₁, X₁₂, X₂₁, X₂₂) и два выхода (Y₁₁, Y₁₂). Такая операция называется расщеплением сигналов по параметрам.

Так как в соответствии с правилом 1 каждый функциональный блок должен иметь один выход, то блок Б₁ разбивается на два блока с выходами Y₁₁ и Y₁₂ (см. рис. 5.4, в).

3. Выходы различных блоков не могут быть объединены.

4. Значение входа (выхода) блока допустимо, если значение соответствующего ему параметра принадлежит области допустимых значений. В этом случае принято обозначать значение входа (выхода) 1, иначе 0.

5. Блок считается неработоспособным, если все входные сигналы блока допустимы, а выходной сигнал недопустим.

6. Недопустимое значение хотя бы одного входного сигнала блока приводит к появлению недопустимого выходного сигнала.

Графически функциональная модель объекта представляется схемой, в которой блоки обозначены прямоугольниками, соединенными линиями со стрелками на концах, указывающими направление прохождения сигналов, при этом блоки нумеруются слева направо и сверху вниз. Пример графического изображения схемы объекта показан на рис. 5.5. Эта схема содержит пять блоков с одним или двумя входами и одним выходом. Внешние воздействия (входные сигналы) обозначены X₁, X₂, X₃, а реакции блоков (выходные сигналы) Y₁, ... , Y₅,

причем выходные сигналы Y₁, Y₂, Y₃ являются входными сигналами для соответствующих блоков. В частности, выходной сигнал блока 1 является входным для блоков 2 и 3, а выходной сигнал блока 2 - входным сигналом для блоков 4 и 5.

Располагая функциональной моделью объекта, можно не только проследить связи между блоками, но и определить все допустимые сигналы, которые необходимо приложить к работоспособному блоку для получения допустимого выходного сигнала. Так, например, для получения допустимого выходного сигнала блока 5 (рис. 5.5) следует приложить допустимые входные сигналы Y₂, Y₃, а для блока Y₄  сигнал Y₂ . Информацию о состоянии объекта снимают с выходов блоков функциональной модели. Максимум информации можно получить в том случае, когда контролируются выходы всех блоков. Однако при решении задач проверки работоспособности и даже поиска места отказа в общем случае нет необходимости проверять все выходы блоков. Можно определить минимальное число выходов блоков модели, необходимых и достаточных для решения той или иной задачи диагностирования. Достигается это с помощью логических моделей объектов диагностирования.