Помощь студентам в учебе
Алгоритм минимизации оценки динамической погрешности измерительной системы на основе метода прямого поиска
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 9
1.1 Понятие динамической погрешности 9
1.2 Методы теории автоматического управления в динамических
измерениях 16
1.3 Перспективные разработки в области коррекции динамической
погрешности при измерении давления 28
2 МЕТОД МОДАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ С УЧЕТОМ ШУМА НА ВЫХОДЕ ДАТЧИКА 41
2.1 Динамическая модель измерительной системы второго порядка с
дополнительным каналом оценки динамической погрешности 41
2.2 Выбор метода одномерной минимизации 55
3 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АЛГОРИТМА
ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ 61
3.1 Описание среды Matlab 61
3.2 Численное дифференцирование метода Рунге-Кутты системы
дифференциальных уравнений 62
3.3 Описание программы по ГОСТ 19.402-78 69
4 ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
ДИНАМИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ 77
4.1 Результаты моделирования измерительной системы второго порядка 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 85
ПРИЛОЖЕНИЕ А 92
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 93
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 9
1.1 Понятие динамической погрешности 9
1.2 Методы теории автоматического управления в динамических
измерениях 16
1.3 Перспективные разработки в области коррекции динамической
погрешности при измерении давления 28
2 МЕТОД МОДАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ С УЧЕТОМ ШУМА НА ВЫХОДЕ ДАТЧИКА 41
2.1 Динамическая модель измерительной системы второго порядка с
дополнительным каналом оценки динамической погрешности 41
2.2 Выбор метода одномерной минимизации 55
3 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АЛГОРИТМА
ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ 61
3.1 Описание среды Matlab 61
3.2 Численное дифференцирование метода Рунге-Кутты системы
дифференциальных уравнений 62
3.3 Описание программы по ГОСТ 19.402-78 69
4 ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
ДИНАМИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ 77
4.1 Результаты моделирования измерительной системы второго порядка 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 85
ПРИЛОЖЕНИЕ А 92
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 93
Под динамическими измерениями следует понимать измерения, при которых в соответствии с поставленной задачей средства измерений применяются в динамическом режиме. Актуальность вопросов, возникающих на практике при проведении динамических измерений является одной из причин отделения их в самостоятельный раздел метрологии.
Динамическим измерениям присуща существенная составляющая полной погрешности, вызванная несоответствием динамических свойств средств измерений скорости изменений исследуемого процесса - динамическая погрешность.
Исторически одной из первых работ по динамическим измерениям следует считать труд Д.И. Менделеева, опубликованный им в 1897г. Во Временнике Главной Палаты мер и весов, посвященный точному взвешиванию на колеблющихся лабораторных весах.
Мощным толчком в развитии методов решения задач динамических измерений явились работы А.Н. Тихонова. Для получения решения, устойчивого к возмущениям и шумам средств измерений, введено понятие регулирующего оператора. На его основе предложены методы приближенного решения линейных интегральных уравнений 1 рода.
Потребности повышения точности динамических измерений побудили исследование различных возможностей уменьшения динамической погрешности. Вопросами коррекции динамической погрешности измерений занимались такие ученые, как как В.А. Грановский, В.К. Береснев, А.В. Меликов, Ю.С. Курской и В.П. Иосифов. В ЮУрГУ сложилась своя научная школа динамических измерений. Основоположником школы динамических измерений в ЮУрГУ являются профессор А.Л. Шестаков, его исследования были продолжены Е.В. Юрасовой, А.С. Волосниковым, М.Н. Бизяевым и признаны за рубежом.
На сегодняшний день датчики давления считается наиболее распространенные среди датчиков физических величин. В процессе калибровки появляется необходимость снятия метрологических динамических характеристик испытуемого датчика.
Цель выпускной квалификационной работы: повышение точности результатов измерений в динамическом режиме.
Задачи:
1) Провести аналитический обзор перспективных исследований в области коррекции динамической погрешности измерений.
2) Разработка алгоритма адаптации параметров измерительной системы к минимуму оценки динамической погрешности
3) Разработка программного обеспечения алгоритма коррекции динамической погрешности измерительной системы.
4) Проведение цифрового моделирования динамической измерительной системы второго порядка.
НАУЧНАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
1. На основе динамической модели измерительной системы с модальным управлением динамическими параметрами и дополнительным каналом оценки динамической погрешности, учитывающей присутствие реальных шумов и помех, приведенных к выходу первичного датчика, разработан и исследован новый алгоритм подстройки одного параметра измерительной системы на основе метода прямого поиска.
Практическая ценность полученных результатов заключается в следующем:
1. Разработанный алгоритм настройки динамических параметров на основе метода прямого поиска позволяет существенно уменьшить динамическую погрешность измерения.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Теоретические положения и практические результаты работы прошли апробацию на II Международной научно - технической конференции «Проблемы получения, обработки и передачи измерительной информации» (Уфа, сентябрь 2019 г.)
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам выполненных исследований и разработок опубликовано 1 печатная работа [59].
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы (хх наименований) и приложения. Основная часть работы содержит х стр., х рис., х таблиц.
В первой главе работы рассматривается понятие динамической погрешности. Рассмотрена основная модель измерительной системы, основанная на теории автоматического управления в применении к динамической погрешности. Проведен обзор перспективных исследований в области коррекции динамических погрешностей.
Во второй главе разработана динамическая модель измерительной системы второго порядка с дополнительным каналом оценки динамической погрешности. Выбран метод поиска минимума функции одной переменной
В третьей главе представлено описание среды Matlab. Представлено численное дифференцирование методом Рунге-Кутты, а также описана программа по ГОСТ 19.402 - 78
В четвертой главе рассмотрены вопросы
Работа выполнена на кафедре «Информационно-измерительная техника» Южно-Уральского государственного университета.
Динамическим измерениям присуща существенная составляющая полной погрешности, вызванная несоответствием динамических свойств средств измерений скорости изменений исследуемого процесса - динамическая погрешность.
Исторически одной из первых работ по динамическим измерениям следует считать труд Д.И. Менделеева, опубликованный им в 1897г. Во Временнике Главной Палаты мер и весов, посвященный точному взвешиванию на колеблющихся лабораторных весах.
Мощным толчком в развитии методов решения задач динамических измерений явились работы А.Н. Тихонова. Для получения решения, устойчивого к возмущениям и шумам средств измерений, введено понятие регулирующего оператора. На его основе предложены методы приближенного решения линейных интегральных уравнений 1 рода.
Потребности повышения точности динамических измерений побудили исследование различных возможностей уменьшения динамической погрешности. Вопросами коррекции динамической погрешности измерений занимались такие ученые, как как В.А. Грановский, В.К. Береснев, А.В. Меликов, Ю.С. Курской и В.П. Иосифов. В ЮУрГУ сложилась своя научная школа динамических измерений. Основоположником школы динамических измерений в ЮУрГУ являются профессор А.Л. Шестаков, его исследования были продолжены Е.В. Юрасовой, А.С. Волосниковым, М.Н. Бизяевым и признаны за рубежом.
На сегодняшний день датчики давления считается наиболее распространенные среди датчиков физических величин. В процессе калибровки появляется необходимость снятия метрологических динамических характеристик испытуемого датчика.
Цель выпускной квалификационной работы: повышение точности результатов измерений в динамическом режиме.
Задачи:
1) Провести аналитический обзор перспективных исследований в области коррекции динамической погрешности измерений.
2) Разработка алгоритма адаптации параметров измерительной системы к минимуму оценки динамической погрешности
3) Разработка программного обеспечения алгоритма коррекции динамической погрешности измерительной системы.
4) Проведение цифрового моделирования динамической измерительной системы второго порядка.
НАУЧНАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
1. На основе динамической модели измерительной системы с модальным управлением динамическими параметрами и дополнительным каналом оценки динамической погрешности, учитывающей присутствие реальных шумов и помех, приведенных к выходу первичного датчика, разработан и исследован новый алгоритм подстройки одного параметра измерительной системы на основе метода прямого поиска.
Практическая ценность полученных результатов заключается в следующем:
1. Разработанный алгоритм настройки динамических параметров на основе метода прямого поиска позволяет существенно уменьшить динамическую погрешность измерения.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Теоретические положения и практические результаты работы прошли апробацию на II Международной научно - технической конференции «Проблемы получения, обработки и передачи измерительной информации» (Уфа, сентябрь 2019 г.)
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам выполненных исследований и разработок опубликовано 1 печатная работа [59].
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы (хх наименований) и приложения. Основная часть работы содержит х стр., х рис., х таблиц.
В первой главе работы рассматривается понятие динамической погрешности. Рассмотрена основная модель измерительной системы, основанная на теории автоматического управления в применении к динамической погрешности. Проведен обзор перспективных исследований в области коррекции динамических погрешностей.
Во второй главе разработана динамическая модель измерительной системы второго порядка с дополнительным каналом оценки динамической погрешности. Выбран метод поиска минимума функции одной переменной
В третьей главе представлено описание среды Matlab. Представлено численное дифференцирование методом Рунге-Кутты, а также описана программа по ГОСТ 19.402 - 78
В четвертой главе рассмотрены вопросы
Работа выполнена на кафедре «Информационно-измерительная техника» Южно-Уральского государственного университета.
В данной выпускной квалификационной работе разработан алгоритм обработки данных динамических измерений. На основе материалов работы можно сделать следующие выводы.
Методы коррекции динамической погрешности позволяют повысить точность результата динамических измерений. Основными способами коррекции динамической погрешности являются имитационное моделирование и цифровая обработка выходных сигналов средств измерений. В ЮУрГУ сложилась своя научная школа коррекции динамической погрешности, базирующаяся на методах автоматического управления в динамических измерениях.
Использование метода модального управления параметрами измерительной системы позволяет уменьшить оценку динамической погрешности измерительной системы с дополнительным каналом оценки динамической погрешности. Выбран метод поиска минимума функции одной переменной.
Разработка программного обеспечения является единственно возможным способом для реализации метода. Разработанное программное обеспечение алгоритма обработки данных динамических измерений соответствует требованиям ЕСПД в части описания программы.
Результаты цифрового моделирования доказывают эффективность разработанного алгоритма. В результате применения алгоритма настройки динамических параметров измерительной системы динамическая погрешность измерения уменьшилась на 16,7% по сравнению с измерением без дополнительной коррекции
Методы коррекции динамической погрешности позволяют повысить точность результата динамических измерений. Основными способами коррекции динамической погрешности являются имитационное моделирование и цифровая обработка выходных сигналов средств измерений. В ЮУрГУ сложилась своя научная школа коррекции динамической погрешности, базирующаяся на методах автоматического управления в динамических измерениях.
Использование метода модального управления параметрами измерительной системы позволяет уменьшить оценку динамической погрешности измерительной системы с дополнительным каналом оценки динамической погрешности. Выбран метод поиска минимума функции одной переменной.
Разработка программного обеспечения является единственно возможным способом для реализации метода. Разработанное программное обеспечение алгоритма обработки данных динамических измерений соответствует требованиям ЕСПД в части описания программы.
Результаты цифрового моделирования доказывают эффективность разработанного алгоритма. В результате применения алгоритма настройки динамических параметров измерительной системы динамическая погрешность измерения уменьшилась на 16,7% по сравнению с измерением без дополнительной коррекции