В различных отраслях промышленности, таких как нефтехимическая, металлургическая, энергетическая, фармацевтическая и другие, применяется система автоматического управления. Она позволяет получать информацию об объекте и реагировать на неё, обеспечивая стабильную работу устройства. Для получения данных используются датчики, которые передают информацию в виде сигнала. Этот сигнал затем преобразуется в цифровой код с помощью аналого-цифрового преобразователя. Внутри преобразователя находятся нейроны, которые отвечают за этот процесс.
В случае поломки одного из нейронов требуется его ремонт, но это не всегда возможно в труднодоступных местах, например, в космосе. Так, на искусственных спутниках Земли нельзя мгновенно восстановить систему автоматического управления.
Учёные «Пермского национального исследовательского политехнического университета» предлагают снизить вероятность отказа оборудования, сделав так, чтобы измерительные нейроны самостоятельно определяли поломку и «решали», какой из них заменит дефектный компонент. Они разработали прототип такого устройства, которое в будущем может повысить надёжность всей системы. Об этом сообщает пресс-служба ПНИПУ.
Эта разработка была представлена на конкурсе исследований, выполненных в научно-исследовательских лабораториях и студенческих конструкторских бюро.
В основе системы автоматического управления лежит аналого-цифровой преобразователь. Это устройство преобразует физические величины, такие как температура, давление, звук и другие, в цифровой формат.
Датчики собирают информацию и передают её на преобразователь, где нейроны преобразуют данные в код, понятный системе управления. В основе всего этого лежит интегральная микросхема, подобная микропроцессору, который есть в каждом компьютере.
Например, так работает система климат-контроля. В этом случае аналоговый сигнал представляет собой уровень температуры. Датчики считывают его и передают на преобразователь, где нейроны сообщают управляющей системе о текущей температуре в помещении. Если температура превышает допустимый уровень, включается охлаждение воздуха.
В случае поломки одного из датчиков система автоматического управления перестаёт работать корректно. Поэтому необходимо повысить её надёжность. Особенно это важно для использования в труднодоступных местах, таких как беспилотные летательные аппараты и искусственные спутники.
Учёные Пермского Политеха разработали прототип технологии, которая позволяет измерительным нейронам самостоятельно заменяться в случае поломки. Это снижает вероятность отказа системы автоматического управления и увеличивает срок службы устройства, независимо от его местоположения.
— Для повышения надёжности аналого-цифрового преобразователя в качестве измерительного элемента предлагается использовать сеть нейронов, которые могут перестраиваться и заменять друг друга в случае отказа одного из них. Сеть сама проводит перестановку, используя дополнительные связи между нейронами. Это позволяет исключить неисправные элементы за счёт встроенных алгоритмов самодиагностики, — рассказывает студент кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ Илья Артемьев.
— В настоящее время макет разработки представляет собой дискретную плату, на которой можно проверить эффективность технологии. По оценкам разработчиков, из-за перестройки нейронов система может тратить на измерение на 50% больше времени, чем обычный преобразователь. Однако этот недостаток компенсируется тем, что в данном случае один и тот же сигнал измеряется несколькими нейронами одновременно. Пока один нейрон перестраивается, другой продолжает работать, обеспечивая функционирование всего преобразователя. Программная часть уже настроена и отлажена, но для полноценной работы в конечном итоге потребуется интегральная схема, — комментирует доцент кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ, кандидат технических наук Антон Посягин.
Разработанный учёными ПНИПУ макет является основой для дальнейшей разработки, которую можно будет использовать в различных системах автоматического управления, включая беспилотные летательные аппараты и искусственные спутники Земли. Внедрение аналого-цифрового преобразователя с самозаменяющимися нейронами позволит снизить риск отказа оборудования.