Нейросетевые модели и алгоритмы восстановления сигналов динамических измерительных систем

• Автор: Волосников, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 137 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

1.1 Аналитический обзор методов динамических измерений

1.2 Аналитический обзор методов нейросетевого управления

1.3 Выводы
2 КОРРЕКЦИЯ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ, ОБУСЛОВЛЕННОЙ ИНЕРЦИОННОСТЬЮ

ПЕРВИЧНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

2.1 Динамическая модель первичного измерительного преобразователя

2.1.1 Нейросетевая динамическая модель датчика

2.1.2 Критерий и схема обучения нейросетевой модели датчика

2.1.3 Формирование последовательностей для обучения
нейросетевой модели датчика
2.1.4 Результаты цифрового моделирования
2.2 Нейросетевая динамическая модель измерительной системы
с инверсной моделью датчика в виде секции произвольного порядка
2.2.1 Критерий и схема обучения нейросетевой инверсной модели датчика
2.2.2 Формирование последовательностей для обучения
нейросетевой инверсной модели датчика
2.2.3 Алгоритм коррекции динамической погрешности измерений, обусловленной инерционностью датчика
2.2.4 Результаты цифрового моделирования
2.3 Нейросетевая динамическая модель измерительной системы
с инверсной моделью датчика в виде последовательных секций
первого и второго порядка
2.3.1 Формирование последовательных секций на основе
каскадного представления структуры датчика
2.3.2 Схема реализации нейросетевой инверсной модели датчика
2.3.3 Алгоритм коррекции динамической погрешности измерений, обусловленной инерционностью датчика
2.3.4 Результаты цифрового моделирования
2.4 Нейросетевая динамическая модель измерительной системы
с инверсной моделью датчика в виде корректирующего фильтра и последовательных секций первого порядка
2.4.1 Формирование последовательных секций на основе передаточной функции корректирующего фильтра
2.4.2 Схема реализации нейросетевой инверсной модели датчика
2.4.3 Алгоритм коррекции динамической погрешности измерений, обусловленной инерционностью датчика
2.4.4 Результаты цифрового моделирования
2.5 Выводы
3 КОРРЕКЦИЯ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ, ОБУСЛОВЛЕННОЙ ИНЕРЦИОННОСТЬЮ ПЕРВИЧНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И АДДИТИВНЫМИ ШУМАМИ, ПРИСУТСТВУЮЩИМИ НА ЕГО ВЫХОДЕ
3.1 Нейросетевая динамическая модель измерительной системы в виде последовательных рекурсивных секций
с фильтрацией восстанавливаемого сигнала
3.1.1 Структурная схема рекурсивной секции
с фильтрацией восстанавливаемого сигнала
3.1.2 Схема обучения рекурсивной секции
с фильтрацией восстанавливаемого сигнала
3.1.3 Результаты цифрового моделирования
3.2 Нейросетевая динамическая модель измерительной системы в виде последовательных нерекурсивных секций с фильтрацией восстанавливаемого сигнала
3.2.1 Структурная схема нерекурсивной секции
с фильтрацией восстанавливаемого сигнала
3.2.2 Схема обучения нерекурсивной секции
с фильтрацией восстанавливаемого сигнала
3.2.3 Алгоритм коррекции динамической погрешности измерений, обусловленной инерционностью датчика и аддитивной
шумовой составляющей его выходного сигнала
3.2.4 Результаты цифрового моделирования
3.3 Выводы
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
4.1 Системы динамического измерения температур
4.2 Описание экспериментальной установки для получения переходной характеристики термоэлектрического преобразователя
4.2.1 Схема экспериментальной установки
4.2.2 Основные элементы экспериментальной установки
4.2.3 Описание хода эксперимента
4.3 Обработка экспериментальных данных
4.3.1 Идентификация параметров термопреобразователя
4.3.2 Нейросетевая инверсная модель термопреобразователя
4.3.3 Результаты обработки данных нагрева термопреобразователя
4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


В., а также главному конструктору по термометрии Новожилову А. Н. и инженеруиспытателю Смирнягину Е. 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. Для современного этапа развития измерительной техники характерен переход от наблюдения постоянных величин характеристик свойств и состояний объектов к наблюдениям переменных величин характеристик процессов, т. Этот переход обусловлен двумя основными тенденциями развития измерений . Первая тенденция это расширение областей применения точных измерений измерение с оцениваемой точностью, в частности для технологического контроля параметров изделий в процессе изготовления, для эксплуатационного контроля технических устройств в процессе их работы, для испытания образцов новой техники, в том числе в нестационарных режимах, для исследования новых физических объектов и явлений, для изучения поведения объектов в экстремальных условиях. Вторая тенденция повышение точности измерений, обусловленное стремлением исследовать все более тонкие явления природы и создать все более совершенные технические устройства. При этом ранее постоянные величины оказываются переменными. Все это обуславливает актуальность динамических измерений. При проведении динамических измерений, например в наземных испытательноизмерительных системах, при измерении импульсных и других быстроизменяющихся воздействий, представляет наибольший практический интерес случай, когда существенную часть основной погрешности составляет динамическая погрешность. Вследствие этого, в теории динамических измерений наибольшее значение имеют две проблемы восстановление измеряемого сигнала и анализ динамической погрешности. Выделение статической и динамической погрешностей средств измерений, как суммируемых составляющих, допустимо в случае, когда средство измерения представляет собой линейное динамическое звено или совокупность линейных динамических звеньев . Основной частью структуры испытательноизмерительной системы, в которой возникает динамическая погрешность, является первичный измерительный преобразователь, в качестве которого может быть датчик, испытательный стенд с датчиковой аппаратурой или испытуемое устройство. Первичный измерительный преобразователь, дополненный корректирующим устройством или алгоритмом обработки информации динамических измерений, образует измерительную систему. Хотя устройства, называемые информационноизмерительные системы ИИС появились в начале х годов и вследствие своего быстрого распространения практически во всех областях производства широко и много описаны в литературе , , , формальные признаки ИИС сформулированы недостаточно четко . Для определения понятия ИИС целесообразно воспользоваться двумя группами признаков структурными и функциональными. Любая информационноизмерительная система, вне зависимости от конкретного назначения , структурно состоит из трех основных частей первичного устройства, предназначенного для сбора, подготовки и передачи измерительной информации линий связи проводных или беспроводных комплекса агрегатных средств.