Файл: Судовые системы автоматического контроля (системный подход к проектированию)..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 156
Скачиваний: 0
соответствующие |
корректировки |
(.ц. Затем значения р 4 |
сравнива |
||||
ются со значением суммы р 2 + Р з - После этого аналогичные |
опера- |
||||||
|
|
|
|
|
т |
|
т —1 |
ции |
проводят |
относительно р 2, |
т- е- сравнивают |
i=3 |
i=3 |
||
его с 2 |
Р г-, X Р/> |
||||||
. . |
р3 + р4 |
и |
соответственно |
корректируют. |
Затем |
корректи |
руют значения р3 и т. д. Метод является приемлемым, если число
оцениваемых показателей не превышает шести. В работе [2] указы
вается видоизменение этого метода при т >> 6.
Полученные от экспертов значения ргнормируются путем деле-
т
ния на Рг- Затем для каждого рг находится среднее по оценкам
1=1
всех экспертов значение, принимаемое за «вес» i-го параметра.
Иногда эксперта дополнительно ограничивают требованием оце-
т
нок важности всех параметров так, чтобы 2 рг = 1. Это значительно
1=1
усложняет работу эксперта, так как он должен все время вести
подсчет коэффициентов и идти на какой-то компромисс между точ
ностью и тратой времени. Поэтому такое требование представляется необоснованным, а нормировка может быть выполнена обычным
способом после определения весовых коэффициентов.
Р а с с м о т р и м |
п р и м е р |
определения весовых коэффици |
ентов методом последовательных сопоставлений. |
||
Показатели х ъ х 2, |
х3, х4 и л:5 |
записаны в порядке убывания важ |
ности, причем эта ранжировка предварительно согласована между
экспертами. Требуется определить «вес» каждого показателя.
|
Приписываем показателю х г «вес» |
р х = |
1, а остальным, |
учиты |
|||||||||||||||||||
вая их |
важность |
по |
сравнению |
с |
х ъ |
приписываем |
соответственно |
||||||||||||||||
«веса» |
р 2 = |
0,6; |
р3 |
= |
0,4; |
р4 = |
0,2; |
р5 |
= |
0,1. |
|
|
|
|
|||||||||
|
Далее |
считаем, |
что должно |
выполняться |
соотношение |
р 4 |
> |
||||||||||||||||
> |
Р г + |
Р з |
|
+ |
р4 |
+ |
Ро> |
т- |
е- |
требования |
к |
|
показателю |
х г |
более |
||||||||
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
важны, чем требования к остальным показателям вместе взятым. |
|||||||||||||||||||||||
|
Поскольку |
^ |
рг = |
0,6 |
+ |
0,4 |
+ |
0,2 + |
0,1 |
= |
1,3, |
то значение р 4 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
1=2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
корректируется и принимается равным 1,4. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
Считаем, что для р 2 должны выполняться соотношения р 2 <С Р з |
+ |
|||||||||||||||||||||
+ |
р4 |
+ |
р5 |
|
и |
р 2 > |
|
р4 + |
рБ- |
Так |
как |
р3 |
+ |
|
р4 + |
Р5 = |
°>7 > |
Рг, |
|||||
а р4 |
+ |
р5 = |
0,3 < |
р 2, то корректировать значение р 2 не требуется. |
|||||||||||||||||||
|
Для р3 |
считаем необходимым выполнение условия р 3 < р4 + |
р5. |
||||||||||||||||||||
Так как р4 |
+ |
р5 |
= |
0,3 |
< |
р3, то значение р3 |
надо уменьшить. При |
||||||||||||||||
мем значение р3 = |
0,2. |
Тогда Рз + |
р4 + |
р5 = |
0,5 и не выполняется |
||||||||||||||||||
условие р 2 |
< |
Рз + |
р4 |
+ р5. |
Корректируем р 2, |
принимая |
р2 |
= ОД. |
Тогда можно еще раз скорректировать значение р 4, приняв его опять
равным |
единице. |
|
|
|
|
|
|
Так как по условиям ранжировки р3 |
р4, следует изменить зна |
||||||
чение р4 |
и р5, но так, чтобы выполнялись условия |
р3 |
> |
р4, рз < |
|||
< Р4 + |
Р5 и р4 > р5. Принимаем р4 = |
0,14; р£ = |
0,07. |
Теперь |
все |
||
условия |
выполнены, и в результате получаем р 4 |
= |
1,0; |
р 2 = |
0,4; |
86
[х3 = 0,2; p4 = 0,14; p5 = 0,07. Разделив каждое значение |xt на
5'
i=1 |
1,0 + 0,4 |
+ 0,2 |
+ 0,14 + 0,07 = 1,81, получаем нормиро- |
|||||
Yi |
|Д = |
|||||||
ванные |
значения |
р 1н = |
0,55; |
|л2н = 0,22; |
ц3н = |
0,11; |
р4н = 0,08; |
|
М-5„ |
= 0,04. |
|
могут |
применяться |
лишь |
при |
соблюдении |
|
|
Изложенные методы |
условия транзитивности показателей. Часто не удается подобрать
экспертов таким образом, чтобы они могли одинаково компетентно
судить о всех показателях системы. При этом они могут установить
отношение предпочтения лишь в части пар показателей, и условия транзитивности не выполняются. Один из методов, который может
быть использован для определения весовых коэффициентов и ранжи
рования показателей без соблюдения условий транзитивности, за
ключается в следующем [107]. По результатам опроса экспертов составляются матрицы П парных сравнений, причем их элементы y(j
могут |
быть любым положительным числом; элементы уп = 1/уу-, |
уп = |
1. Введем понятие доминирования k-ro порядка показателя xt. |
Доминирование первого порядка Р { (1) представляет собой сумму элементов yt! в строке £; второго порядка P i (2) — сумму элементов в строках тех показателей, которые признаны равноценными xt,
плюс удвоенная сумма элементов в строках тех показателей, которые
I ™
уступают х{, и т. д. Величина Р t (k)l 2j Р j (k) при k -^oo стремится
к некоторому положительному числу р.г. В соответствии со значе
ниями |
все показатели могут быть ранжированы, т. е. если рг- > р.;, |
то x t > |
X j . |
Для вычисления чисел рг можно воспользоваться тем, что ц,
есть i-я компонента собственного вектораМ = ( — матрицы П,
j удовлетворяющего условию ПМ = ХМ. и соответствующего макси
мальному |
положительному корню X характеристического полинома |
|||
| П — ХЕ | = 0 (Е — единичный вектор). |
|
|||
Р а с с м о т р и м |
п р и м е р |
применения |
этого метода. При |
|
ранжировании трех |
показателей |
х ъ х 2 и |
хя методом парных |
|
сравнений |
получена матрица П: |
|
|
|
|
i |
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
*1 |
Х2 |
*3 |
|
x i |
1 |
2/5 |
2 |
|
X., |
5/2 |
1 |
1/4 |
|
X |
1/2 |
4 |
1 |
Характеристический |
полином |
матрицы |
||
|
— Я |
2/5 |
2 |
|
|П - Л £ |
5/2 |
1 - 1 |
1/4 |
(1 — X)3 — 3(1 — X) Д- 20,05 = 0. |
|
1/2 |
4 |
1 — Я |
|
87
Наибольший положительный корень полинома X = 4,085, соот ветствующий ему собственный вектор
0,35
М = 0,26
0,39
откуда получаем весовые коэффициенты р 1= 0 ,35; р,2= 0,26; р3=0,39. Ранжировка показателей имеет вид (в порядке уменьшения их
важности): х 3, хъ хг.
§ 2.7
ПРИМЕР ВЫБОРА ВАРИАНТА ПОСТРОЕНИЯ СУДОВОЙ САК
При разработке САК сухогрузного судна с газотурбинной энер гетической установкой (ГТУ) одним из основных оказался вопрос о выборе метода построения САК. Это объясняется особенностями процесса контроля ГТУ и недостатком опыта разработки систем контроля подобных установок.
Опыт эксплуатации судов с ГТУ и, в частности, отечественного
газотурбохода «Парижская коммуна», показал, что несмотря на
большую численность и высокую квалификацию машинной команды,
недостатки существующей неавтоматизированной системы контроля
в значительной мере снижают эксплуатационные показатели уста новки.
К особенностям ГТУ как объекта контроля относятся значитель
ное влияние на ее параметры условий плавания и высокая скорость
протекания отдельных процессов. Опыт эксплуатации газотурбохода
«Парижская коммуна» показал, что понижение температуры наруж
ного воздуха от 35 до 25° С приводит к изменению мощности и удель
ного расхода топлива соответственно на 31 и 16|% , а при повышении
температуры охлаждающей воды от 0 до 35° С эти величины меняются на 13 и 6% соответственно. При состоянии моря 9 баллов по шкале Бофорта частота вращения гребного вала изменяется в пределах 1000— 1050 об/мин с периодом порядка 60 с, а температура газа перед турбиной высокого давления (ТВД) при этом меняется в диапазоне
740—-770° С. При реверсах скорость изменения температуры газа
перед ТВД, частота вращения турбокомпрессора высокого давле ния (ТКВД) и гребного винта достигают соответственно 11° С/с,
60 об/мин/с и 0,85 об/мин/с. Значительно изменяется при реверсах
и запас устойчивости компрессоров. Так, при реверсе с экономиче
ского хода на полный задний, отклонение запаса устойчивости ком прессора высокого давления достигает 51%, а компрессора низкого
давления |
16,5%, со скоростями соответственно 4%/с и 2,5% /с. |
Больших трудозатрат вахтенного персонала, состоящего из |
|
механика, |
двух машинистов и котельного машиниста, требует опре |
деление обобщенных технико-экономических показателей работы
ГТУ и аэродинамических характеристик газовоздушного тракта, осуществляемое путем довольно сложных расчетов на основании показаний нескольких контрольно-измерительных приборов. Необ-
Ходимость выполнения с высокой точностью и за малое время Зна чительного числа вычислительных операций при определении таких показателей, как коэффициенты устойчивости компрессоров, при веденного расхода топлива, приведенной эффективности мощности, КПД компрессоров и ТВД, балансовой температуры газов, степени охлаждения воздуха и регенерации и др., является одним из важней
ших требований к САК ГТУ.
С учетом особенностей ГТУ и требований технического задания
при разработке САК газотурбинных установок были рассмотрены
следующие варианты ее построения: на основе МЦК типа «Алдан» с добавлением вычислителя и другой необходимой аппаратуры;
на основе УВМ типа УМ1—НХ; на основе набора агрегативных
средств.
В дальнейшем эти варианты называются: МЦК, УВМ, АС. Для
выбора лучшего из них была принята следующая система показа
телей:
—объем функций, выполняемых САК, К;
—надежность (вероятность безотказной работы на заданное время), Р;
—достоверность контроля (вероятность правильного обнару
жения неисправности), Д;
—время обнаружения места неисправности в ГТУ, Т;
—освоенность промышленностью производства основных узлов
САК, О;
—габариты САК, V-
Для определения относительной важности каждого из принятых
показателей была сформирована группа из шести экспертов — раз
работчиков ГТУ и САК. Ознакомившись с ТЗ на ГТУ и САК, они произвели ранжирование принятых показателей по степени их влия
ния на эффективность системы, приписывая наиболее важному по казателю ранг 1, следующему по важности ранг 2 и т. д. В резуль тате была получена матрица рангов:
Показатели |
|
|
Эксперты |
|
|
|
I |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
6 |
|||||
F |
4 |
4 |
1 |
6 |
6 |
3 |
Р |
2 |
2 |
5 |
4 |
4 |
1 |
D |
1 |
3 |
4 |
1 |
3 |
2 |
Т |
3 |
1 |
2 |
2 |
1 |
5 |
0 |
5 |
5 |
3 |
3 |
2 |
4 |
V |
6 |
6 |
6 |
5 |
5 |
2 |
В клетках матрицы поставлены ранги w[jt приписанные /-м экс пертом каждому i-му показателю.
Для оценки согласованности мнений экспертов относительно
ранжирования показателей по выражению (2.5.3) был вычислен коэффициент конкордации W = 0,37. Ввиду его малого значения произвели анализ результатов опроса с целью выявить экспертов,
89
оценки которых в наибольшей степени отличаются от оценок большинства. Для этого определялся коэффициент конкордации при исключении оценок последовательно каждого из экспертов. Ока залось, что наибольшее значение коэффициент конкордации прини мает при исключении оценок третьего эксперта. От него была полу чена подробная аргументация оценок и сообщена остальным экспер
там без указания источника ее получения. В то же время аргумен
тация оценок, сделанная первым и четвертым экспертами (также
анонимная), была доведена до сведения третьего. После этого был проведен второй тур опроса, который дал следующие результаты:
В столбце 2 приведены суммы рангов ^ wtj i-го показателя.
Результирующая ранжировка показателей в порядке возрастания
этой суммы, т. е. в порядке убывания важности, следующая: D, О,
Р, Т, F, V.
По выражению (2.6.1) были определены весовые коэффициенты
показателей рр = 0,24; рР = 0,14; = 0,08; рт = 0,19; р0 = 0,09 и [iv = 0,26.
Коэффициент конкордации для полученных результатов W = = 0,78, т. е. согласованность оценок экспертов весьма высокая. Оценка значимости коэффициента конкордации по критерию % 2 показывает, что вероятность неслучайной согласованности мнений экспертов превышает 99%.
Далее эксперты рассмотрели возможности реализации приведен ных выше основных показателей САК в каждом из трех вариантов. Свои мнения они выразили путем ранжирования методов построения САК в зависимости от степени удовлетворения каждому из рассмо
тренных показателей. Например, первый эксперт построил следу
ющую матрицу |
рангов: |
|
|
|
|
|
|
|
|
П о к а з а т е л и С А К . |
|
|
|
В а р и а н т п о с т р о е н и я |
|
|
|
|
|
|
С А К |
F |
Р |
D |
Т |
О |
V |
|
||||||
м ц к |
3 |
2 |
3 |
3 |
2 |
2 |
УВМ |
2 |
3 |
1 |
1 |
1 |
1 |
АС |
1 |
1 |
2 |
2 |
3 |
3 |
90