Диагностика программного обеспечения робастных систем (Раздел 4.4 учебника "Планово-экономическое управление")

4.4 Диагностика программного обеспечения робастных систем

Проверка работоспособности алгоритмов робастной системы и адекватности математических моделей метрологических характеристик необходимо проводилась на специальных стендах для диагностики программного обеспечения виртуальных приборов, создаваемых специально для этих целей Например, стенд для диагностики программного обеспечения многофункциональных систем контроля и управления [29].  Информационно-измерительные каналы этого стенда (см. рисунок 4.20)  реализуют чистую передачу истинного значения измерительной информации, поэтому метрологические характеристики технических средств автоматизации (например, полевого прибора [30])  полностью определяются элементами стенда, моделью объекта управления, режимами цифровой обработки информации и физическими свойствами самого тестируемого прибора. При моделировании измерительной системы, статическая характеристика  датчика измерительной информации принимается  линейной с коэффициентом передачи равным единица, то есть Y(t) =X(t). Динамические свойства датчика измерительной информации принимаются  в виде апериодического звена первого порядка , где K_p – коэффициент передачи, T_p –  время.

Рис. 4.20 Стенд для диагностики полевых приборов [29]

Стенд содержит программный блок генерации сигналов 1 и связанный с ним эталонный программно-аппаратный блок обработки измерительной информации 2. Блок 1 состоит из блока имитации стационарной и нестационарной измерительной информации 3, блока интерфейса пользователя 4, блока регистрации измерительной информации 5, который соединен с блоком приема-передачи измерительной информации 6. Блок 2 содержит блок приема-передачи измерительной информации 7, связанный с блоком вычисления эталонного значения параметра, получаемого косвенными измерениями 8, блоком вывода сигналов 9 и блоком ввода сигналов 10. Блок 9 имеет шестнадцать каналов вывода аналоговых сигналов 11 и шестнадцать каналов вывода дискретных сигналов 12. Блок 12 имеет шестнадцать каналов ввода аналоговых сигналов 13 и шестнадцать каналов ввода дискретных сигналов 14. К вводам и выводам стенда подключается диагностируемое устройство систем контроля и управления 15. 

Стенд функционирует следующим образом, блок обработки измерительной информации 2 реализован на базе промышленного контроллера DeCont и содержит блок приема-передачи измерительной информации 7, связанный с  блоком вычисления эталонного значения 8, блоком вывода сигналов (ЦАП) 9 и блоком ввода сигналов (АЦП) 10. К вводам и выводам стенда 11,  подключается исследуемая измерительная система 15.  В блоке имитации сигналов генерируется измерительная информация с заданными статистическими характеристиками (математическое ожидание, дисперсия, скорость изменения), передаваемая в блок эталонных вычислений, а также в исследуемую систему. Результаты измерений с выхода исследуемой измерительной системы 15 и блока эталонных вычислений 8 передаются в блок интерфейса пользователя для отображения, а также записываются в архив блоком регистрации измерительной информации для последующего анализа.

Проверка работоспособности изменяемых полевых приборов, например [30], осуществляется путем сопоставления по критериям Фишера и Стьюдента показаний, генерируемых эталонным вычислителем (см. блок 8 на рисунке 4.20), с показаниями, генерируемыми тестируемым прибором (см. блок 15 на рисунке 4.20). Проверка соответствия математического ожидания отклонений , полученных с помощью эталонного вычислителя, оценке отклонений  , полученных по результатам эксперимента на опытной установке, осуществлялась с помощью t-критерия Стьюдента. Для этого вычислялось отношение:

где  - оценка математического ожидания значений методической динамической погрешности по результатам эксперимента;  - теоретическое значение методической динамической составляющей погрешности измерительной системы;  - среднеквадратическое отклонение оценки  математического ожидания; N – количество отсчетов, составляющих случайную последовательность методической динамической погрешности.

Вычисленное значение t сравнивалось с табличным tq,n для распределения Стьюдента при уровне значимости риска q равном 0,05 и числе степеней свободы:

Если , то отличие оценки математического ожидания  от значения  можно считать несущественным, а реализацию показаний виртуального прибора адекватной по математическому ожиданию.