Система автоматического управления позволяет получить данные об объекте и формирует нужную реакцию, обеспечивая стабильную работу устройства. Считывание информации происходит за счет датчиков, сигнал с которых необходимо перевести в цифровой код с помощью аналого-цифрового преобразователя. Внутри него находятся нейроны, которые и отвечают за этот процесс. При поломке одного из них требуется починка, оно это не всегда возможно сделать быстро: например, на искусственных спутниках Земли. Ученые Пермского Политеха предложили снизить риск отказа оборудования, сделав так, чтобы измерительные нейроны самостоятельно диагностировали у себя поломку и «решали», кто из них заменит дефектный компонент.
Аналого-цифровой преобразователь / © Вячеслав Цыганцев, пресс служба ПНИПУ
Они разработали прототип такого прибора, который в будущем позволит повысить устойчивость к отказам всей системы.
Разработка представлена в рамках конкурса исследований, выполненных в научно-исследовательских лабораториях и студенческих конструкторских бюро.
За сбор данных для системы автоматического управления отвечает аналого-цифровой преобразователь. Это устройство с помощью измерительных компонентов переводит физические величины (температуру, давление, звук) на цифровой язык. Информация поступает на датчики, которые превращают ее в электрический сигнал и подают нейронам в преобразователе, а уже там происходит «перевод» данных в код, понятный системе управления. В основе всего этого лежит интегральная микросхема (чип на плате) наподобие микропроцессора, что есть в каждом компьютере.
Так, например, работает климат-контроль: аналоговый сигнал в данном случае – это уровень температуры. Датчики считывают ее и передают на преобразователь, где его нейроны «объясняют» управляющей системе, какая температура в помещении. Если она выше допустимой, включается охлаждение воздуха.
При поломке одного из измерительных компонентов система автоматического управления перестает функционировать верно. В связи с этим требуется увеличение ее отказоустойчивости. Особенно это касается применения в труднодоступных для обслуживания местах, например, беспилотных летательных аппаратах и искусственных спутниках.
Ученые Пермского Политеха разработали прототип технологии с самозаменяющимися измерительными нейронами. Это снизит риск поломки систем автоуправления и увеличит срок службы устройства, независимо от его местонахождения.
«Для повышения срока эксплуатации аналого-цифрового преобразователя в качестве измерительного элемента мы предлагаем использовать сеть нейронов, которые могут перестраиваться и заменять друг друга в случае возникновения отказа в одном из них. Сеть сама проведет перестановку, используя дополнительные связи между ними. Это позволит исключить некорректно работающие элементы за счет внедренных алгоритмов самодиагностики», – рассказывает Илья Артемьев, студент кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ.
«Сейчас макет разработки состоит из дискретной платы, на которой можно проверить эффективность технологии. Мы полагаем, что из-за перестановки нейронов наша разработка может тратить на измерение на 50 процентов больше времени, чем обычный преобразователь. Но этот недостаток успешно компенсируется тем, что в нашем случае один и тот же сигнал параллельно измеряется несколькими нейронами. Пока один из них перестраивается, второй продолжает работать, обеспечивая функционирование всего преобразователя. Мы настроили и отладили программную часть, но для полноценной работы в конечном счете должна получиться интегральная схема», – комментирует Антон Посягин, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Созданный учеными ПНИПУ макет – основа дальнейшей разработки, которую можно будет использовать в разных системах автоматического управления, например, в беспилотных летательных аппаратах, искусственных спутниках Земли и других промышленных объектах. Внедрение аналого-цифрового преобразователя с самозаменяющимися нейронами позволит сократить риск отказа оборудования.
