Введение к работе
,Актуальность, тематики. Нарастающие темпы развития и внедрения в іролное хозяйство измерительной и вычислительной техники способствуют рному развитию методов и технических средств автоматизации контроля и [равления производственными процессами, научных исследований и сперимента, промышленных испытаний.
Эффективность систем автоматизации научного эксперимента и юмышленных испытаний, контроля и управления технологическими юцессамн в большой степени определяется достоверностью, полнотой и [еративиостыо измерительной информации, получаемой от объекта. В связи расширением применения средств вычислительной техники, в нервую іередь микропроцессоров и ПЭВМ в указанных выше системах решение цачи дальнейшего развития цифровых методов и устройств получения и реработіси измерительной информации приобретает особую необходимость
актуальность. Решение этой крупномасштабной и сложной задачи посредственно связало с дальнейшим повышением эффективности гформащюнно-измерителышх систем (ИИС), являющихся основным звеном [формациошюго обслуживания объектов автоматизации (ОА).
Появившись в 60-х годах и получив дальнейшее развитие в последующие цы в процессе создания и внедрения четырех поколений микропроцессоров, ЯС осуществляют более 50% всех измерений.
Первостепенное значение при этом отводится оптимизации процессов імена (получения, преобразования, сбора, передачи, обработки и едставления) измерительной информацией в ИИС для повышения точности зультатов измерения, контроля, диагностики и идентификации ОА с учетом іеющихся технико-экономических ограничений.
При оптимизации ИИС обычно па первый план выдвигается задача [нимизации погрешности измерений. Решение этой задачи значительно яожняется при цифровых измерениях непрерывных и меняющихся во емени величин. Тем не менее именно такие выходные сигналы характерны я большого класса источников информации. Вторым препятствием тимизации ИИС является дефицит априорной информации относительно ойств и характеристик ОА, измеряемых величин, мешающих факторов, омежуточных и конечных результатов решения основных функций и задач, также функциональных узлов измерительной и вычислительной подсистем. )и синтезе оптимальных ИИС, работающих в динамическом режиме, облема преодоления априорной неопределенности еще более усугубляется, штывая то, что высокоточные динамические измерения становятся ссовыми, данная задача актуальна для дальнейшего развития формационно-измерительной техники в целом.
Актуальность работы подтверждается и тем, что исследования и зработки по теме диссертации проводились в соответствии с: Государственными планами экономического и социального развития іербайджана на 1996-2000 г.г. по госбюджетной теме "Разработка и оектирование моделей, алгоритмов и комплексов технических средств тимального управления объектов нефтегазовой промышленности в условиях
недостачи оперативно-технической информации (№ гос.регистраї 0196Az00293);
2)планами НИР Азербайджанской Государственной Нефтяной Академии (і per. 01870076694, 01880067494).
Хоашшш^^гщрося. В многочисленных трудах отечественных зарубежных авторов получены решения ряда проблем совершенствована оптимизации ИИС и их компонентов.
Корректирующая фильтрация результатов измерений с целью бо. точного восстановления истинных значений измеряемых величин или точі оценки показателей ОА имеет существенное значение на пути создаї наиболее эффективных ИИС. На практике эта задача решается в д: направлениях:
-формированием и введением коррекции в результат статичесі (квазистатических) измерений; -корректирующей фильтрацией результатов динамических измерений.
Значительные результаты в направлении повышения точности статичесі измерений получены в работах многих исследователей. Однако, применеї этих результатов к динамическим измерениям возможно при существени ограничениях на частотный спектр сигналов.
В области корректирующей фильтрации результатов динамичесі измерений получены важные результаты, но они применимы к субтраї первичного преобразования и нормирования измерительных сигналов.
Вследствие того, что практически все субтракты тракта обм< измерительной информацией в ИИС (ТОЙ) аппаратно-програю реализуемы, оптимальная корректирующая фильтрация становится основи направлением их совершенствования.
Большинство вычислительных алгоритмов вторичной обработки, аналі и представления результатов пользователю имеют линейный характер, поэте они чувствительны к шумам, присутствующих во всех входных измерительн данных. Это обстоятельство говорит о том, что корректирующая фильтра! необходима и на этапе цифровых измерений аналоговых величин, и на эт; предварительной обработки измерительных данных.
К настоящему времени решены локальные вопросы оптимизас измерительных и вычислительных процессов на определенных этапах обм< информацией в ИИС. Эти решения не охватывают всей проблемы повьшіеі точности динамических измерений сигналов с широким спектром част дефицита априорной информации относительно самого сигнала наложенного на него шума и т.д.
Цель_и_залачя работы. Исследование, разработка и внедрение цифров средств измерений непрерывных сигналов с корректирующей фильтрат путем анализа и синтеза цифровых корректирующих фильтров.
Основные направления иселстовдктт ц^шрабоюк в работе следующи
-
Анализ состояния разработки и обобщение методов повышег точности преобразования и предварительной обработки непрерывн сигналов.
-
Систематизация и анализ математических моделей полезн измерительных сигналов и погрешностей (шумов) для обоснованного вькк
класса исходных моделей и постановки задачи повышения точности преобразования и обработки непрерывных сигналов.
-
Синтез корректирующих фильтров для подавления шумов с дробно-рациональной спектральной плотностью мощности.
-
Синтез оптимальных алгоритмов преобразования входного сигнала при заданном алгоритме обработки.
-
Исследование эффективности предложенных и разработанных шгоритмов оптимального преобразования и цифровой обработки зепрерывных и изменяющихся во времени измерительных сигналов.
-
Анализ областей применения полученных в работе результатов, шедрение корректирующей фильтрации в измерительный тракт системы "ГЕСТ-ЗМ".
Меіодика^проведения_исследовашш базируется на аппарате теории шектрических цепей и сигналов, теории погрешностей, теории вероятностей і математической статистики, численных методов, теории случайных процессов, вычислительной математики. Достоверность научных положений и іьшодов подтверждается результатами экспериментальных исследований и юделированием на ЭВМ.
Научная-Новизна работы:
В ходе решения основных задач в предметной области и сопутствующих їм задач соискателем получены следующие наиболее существенные научные іезультатьі, отличающиеся новизной и выносимые на защиту:
І.Анализ и формализация методов и средств повышения точности ціфровьгх динамических измерений в измерительном тракте ИИС с позиции :орректирующей фильтрации.
2.Сиптез оптимального высокочастотного корректирующего фильтра для ювышения точности измерительного тракта путем предварительной труктурно-алгоритмической коррекции результатов цифровых динамических ізмерений непрерывных полезных сигналов в условиях наложения на них іумов с дробно-рациональной спектральной плотностью мощности.
З.Синтез оптимального низкочастотного фильтра для минимизации скажений полезной измерительной последовательности и подавления статочного высокочастотного шума.
4.Синтез оптимальных алгоритмов обработки зашумленных эмеритальных данных с учетом фильтрующих свойств используемых ператоров обработки.
5.Принцшш построения, алгоритмическое и программное обеспечение ысокоэффективных самокорректирующихся измерительных трактов ИИС.
Щактянедкая^денность работы состоит в разработке оптимальных лгоритмов преобразования и цифровой обработки непрерывных сигналов, оторые являются основными и наиболее сложными носителями эмеритальных сообщений в ИИС. Эти алгоритмы могут быть использованы ри синтезе, расчете и проектировании ИИС и их отдельных омпонентов.
Ееддизаішя__результатов работы. Результаты, полученные в работе, были спользованы при создании и внедрении автоматизированной системы онтроля параметров и диагностирования асинхронных двигателей (АД)
"ТЕСТ-ЗМ". Система разработана по заказу производственного объединения «Ярославльсхий электромашиностроительный завод».
Результаты диссертационной работы использованы в научно-методических работах кафедры "Автоматика, телемеханика и электроника" Азербайджанской Государственной Нефтяное Академии и внедрены в учебный процесс Вуза.
Апробашталаботы. Основные положения диссертационной работы были доложены, обсуждены и одобрены на:
Республиканской научно- технической конференции "Диагностика и коррекция погрешностей преобразователей технологической информации", Клев, 1989 г.
Всесоюзной научно-технической конференции "ИИС-89", Ульяновск, 1989 г.
Всесоюзной научно-технической конференции "Микроэлектроника в машиностроении", Ульяновск, 1989 г.
Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы создания, опыт разработки, внедрения автоматизированных систем управления в нефтяной, газовой, нефтехимической промышленности и объектов нефтеснабжения, Сумгаит, 1990 г.
Республиканской конференции молодых ученых и аспирантов вузов Азербайджана, Баку, 1995 г.
Пубдикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе авторское свидетельство на способ измерения аналоговой величины.
Сдруктура^и_обьем_работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложений. Основная часть работы изложена на 130 страницах, содержит 42 рисунка и таблиц, список литературы из 83 наименований.