Динамические модели и алгоритмы восстановления сигналов измерительных систем с наблюдаемым вектором координат состояния

• Автор: Иосифов, Дмитрий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 162 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Аналитический обзор способов обработки данных динамических измерений

1.1 Актуальность динамических измерений.

1.2 Состояние теории в области динамических измерений

1.3 Методы синтеза систем с требуемыми характеристиками качества

1.4 Возможность применения измеряемого вектора координат состояния первичного измерительного преобразователя в измерительных системах.
2 Измерительная система с модальным управлением динамическими характеристиками при использовании измеряемого вектора координат состояния первичного измерительного преобразователя.
2.1 Линейная измерительная система с моделью датчика и возможностью измерения вектора координат состояния датчика

2.1.1 Динамические модели измерительной системы

2.1.2 Передаточные функции измерительной системы .

2.2 Алгоритм синтеза измерительной системы при возможности измерения вектора координат состояния первичного измерительного преобразователя.
2.3 Динамическая модель измерительной системы с введением дополнительных интеграторов
2.3.1 Непрямые измерения.
2.3.2 Введение дополнительных интеграторов при прямых измерениях и отсутствии измеряемого вектора координат состояния первичного измерительного преобразователя
2.4 Сравнительное моделирование систем с измеряемым вектором координат состояния датчика и с введением дополнительных интеграторов при наличии шумов.
Оптимальная настройка коэффициентов корректирующего устройства динамической измерительной системы с измеряемым вектором координат состояния первичного измерительного преобразователя
3.1 Критерий оптимальности.
3.2 Оптимальная частотная характеристика корректирующего устройства.
3.3 Аппроксимации идеальной частотной характеристики ЧУкуи. Желаемая частотная характеристика корректирующего устройства измерительной системы
3.3.1 Аппроксимации Паде
3.3.2 Многочлены Чебышева.
3.3.3 Аппроксимации ЧебышеваПаде.
3.3.4 Обеспечение устойчивости алгоритма и времениое
запаздывание.
3.3.5 Алгоритм синтеза оптимального корректирующего
устройства измерительной системы.
3.4 Оптимальная настройка управляемых коэффициентов корректирующего устройства динамической измерительной системы .
3.4.1 Оптимальная настройка управляемых коэффициен
тов при известных статистических характеристиках сигналов и невозможности измерения вектора координат состояния первичного измерительного преобразователя .
3.4.2 Оптимальная настройка управляемых коэффициен
тов при неполностью известных характеристиках сигналов и невозможности измерения вектора координат состояния первичного измерительного преобразователя
Экспериментальное исследование измерения малых величин скорости и ускорения.
4.1 Задача измерения .
4.2 Описание экспериментальной установки
4.3 Методика проведения измерений в эксперименте
4.4 Обработка данных эксперимента
4.4.1 Восстановление скорости по сигналу ускорения . . . .
4.4.2 Восстановление сигнала ускорения
Литература


Разработан новый метод оптимальной настройки параметров динамических измерительных систем, основанный на минимизации среднеквадратического значения погрешности измерений и аппроксимации идеальной частотной характеристики измерительной системы методом ЧебышеваПаде. Практическая ценность. Разработанные динамические модели измерительных систем и алгоритмы восстановления динамически искаженных сигналов позволяют существенно уменьшить динамическую погрешность измерений при наличии шумов на входе и выходе первичного измерительного преобразователя. Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся динамические модели измерительных систем с измеряемым вектором координат состояния первичного измерительного преобразователя, алгоритмы восстановления динамически искаженных сигналов разработанные на их основе и метод оптимальной настройки параметров корректирующего устройства динамической измерительной системы при наличии априорной информации о спектральных плотностях полезных и шумовых составляющих сигналов. Апробация работы. Челябинской области и гг. Также данная работа была включена в тематический план научноисследовательских работ, проводимых по заданию Федерального агентства по образованию 1. V Международной научнотехнической конференции. Динамика систем, механизмов и машин, г. Омск. ЮжноУральском государственном университете г. Публикации. Результаты работы отражены в 7 научных публикациях. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы 5 наименований и трех приложений. Основная часть работы содержит 2 страницы, рисунков, одну таблицу и 3 приложения. Содержание работы. Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована ее цель и поставлены задачи. Рассмотрены принципы построения современных информационноизмерительных систем и применение в них теории модального управления. Во второй главе рассмотрена структура динамической измерительной системы с моделью первичного измерительного преобразователя. На ее основе разработана динамическая модель измерительной системы с возможностью прямого измерения вектора координат состояния датчика. Проведен анализ преимуществ различных структурных схем измерительных преобразователей. В третьей главе на основе полученных динамических моделей и структур создан метод оптимальной настройки параметров корректирующего устройства, при наличии возможности измерения вектора координат состояния датчика. В четвертой главе приведены результаты обработки экспериментальных данных динамического измерения малых приращений скорости и ускорения. Работа выполнена на кафедре Информационноизмерительная техника ЮжноУральского государственного университета. Автор выражает благодарность заместителю начальника отдела Государственного ракетного центра КБ им. В.П. Макеева А. Н. Гвоздеву и начальнику сектора данного отдела С. В. Королеву за внимание и содействие в написании диссертационной работы. Динамические измерения получают все большее распространение в технике и научных исследованиях. Эти измерения связаны в первую очередь с изучением закономерностей протекания физических процессов в исследуемых объектах. Поэтому роль динамических измерений особенно велика, вопервых, в областях науки, связанных с исследованием структуры материи, анализом и синтезом новых веществ и материалов, изучением объектов в экстремальных условиях, и, вовторых, в отраслях техники и производства, для которых характерно создание новых технологических процессов и испытание новых машин, приборов и автоматов. Требования, предъявляемые к качеству стендовых испытаний и эффективности производства, привели к изменению требований к результатам измерений. Отсутствие данных о точности измерений или недостаточно достоверные ее оценки полностью или в значительной степени обесценивают информацию о свойствах объектов и процессов, получаемых в результате измерений. Некорректная оценка погрешности измерений чревата большими экономическими потерями и техническими последствиями.