Введение к работе
Актуальность темы. Современный этап развития производства и эксплуатации технических.систем характеризуется высоким уровнем автоматизации решения задач контроля я управления посредством информационно-измерительных систем (ИИС), в качестве элемента которых может быть выделен измерительный канал (ИК).
Определение требований к точности Ж и обеспечение их выполнения на этапе проектирования связано с необходимостью учета ряда особенностей его эксплуатации и пространственного расположения. Наличие аналоговых и дискретных линий связи между функциональными модулями ИК приводит к появлению помех, носящих как нестационарный, так и периодический характер.
Основной проблемой обеспечения качества ИК, функционирую-ідих при воздействии нестационарных импульсных и периодических помех, является разработка эффективных методов и средств защиты ИК от них.
В соответствии.с современной концепцией модульного построения технических систем, ИК создаются из набора унифицированных модулей. Для таких ИК предпочтителен алгоритмический метод решения вышеуказанной проблемы, так как его применение не требует создания специальных технических средств.
Поскольку действие'помех в ИК носит случайных характер, то всегда имеется априорная неопределенность относительно характеристик зтих помех.
Так как помехи в Ж имеьот различные независимые источники возникновения, то законы распределения погрешностей, порождаемых помехами, могут носить в общем случае многомодальный характер, при действии импульсных помех - одномодалъный, а при действии периодических - преимущественно двухмодальний характер.
Поэтому необходимым является создание интеллектуальных измерительных средств, способных трансформировать свою измерительную процедуру при изменении характера помех.
Вопросам оценки параметров сигналов на фоне помех посвящены работы отечественных (Новоселов О.Н., Куликов Е.И., Стра-тонович Р.Л., Шахгильдян В.В., Новицкий П.В., Зограф И.А., Хар-кевич А.А.) и зарубежных (Biokel P.J.,.Huber ?.J.f Wald, А., Widrow В., Stirnz S., Gastwirth J.L.) ученых.
Однако, существующие адаптивные алгоритмы обладают рядом недостатков, обусловленных введением допущений относительно за-
конов распределений и функций потерь при-их синтезе.
Перспективным подходом к решению перечисленных проблем является создание алгоритмов, адаптивных к виду апостериорной плотности распределения вероятностей погрешности (АПРВ).
В связи с вцшеизложенням, тема диссертационной работы, посвященной фильтрации помех в ИК, является актуальной.
Данная работа сделана в соответствии с договором АП-АП-16-94-ОГ, выполненным на кафедре "Авиационное приборостроение" Уфимского государственного авиационного технического университета.
Целью диссертационной работы является создание адаптивных цифровых фильтров, обеспечивающих требуемой качество оценки параметров физических процессов при воздействии на ИК импульсных и периодических помех.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
1).разработка метода синтеза цифровых фильтров, адаптивных к параметрам масштаба и формы апостериорной плотности распределения погрешности;
-
разработка рекомендаций по выбору алгоритмов фильтрации сбоев (АФС) и алгоритмов обработки информации (АО) при проектировании помехозащищенных ИК;
-
разработка программных средств для анализа системотехнических характеристик алгоритмов обработки информации;
-
исследование качества функционирования ИК, построенных с использованием адаптивных цифровых фильтров.
Методы исследования. Поставленные в диссертационной работе задачи решены с использованием результатов теории измерений и оптимального оценивания, математической статистики и теории вероятностей, теории робастного и адаптивного оценивания. Проверка предлагаемых гипотез и качества синтезированных решавдих правил проведена методом математического моделирования с привлечением теории планирования эксперимента.
Научная новизна результатов заключается в-следующем:
1) впервые обосновано правило выбора функции потерь (ФП)
для получения байесовских оценок параметров физического процес-
, са по конечной выборке, что позволило обеспечить требуемое качество оценок;
2) впервые введена обобщенная ФП и предложено её аналити
ческое выражение, что обеспечило возможность изменения ФП в за-
висимости от масштаба и формы распределения;
-
впервые получен адаптивный роОастный алгоритм оценки среднего значения физического процесса, новизна которого заключается в адаптации к форме и параметрам распределения;
-
впервые получены алгоритмы оценки параметров формы и масштаба АПРВ по текущей выборке, что позволило произвести параметрическую настройку коэффициентов адаптивного фильтра;
-
впервые получены коэффициенты сглаживания и определены области устойчивости при действии импульсных аномальных помех для фильтров, адаптивных к масштабу и форме АПРВ;
-
в разработке оригинальных технических решений (свидетельство Я 1757 на полезную модель).
Практическая ценность полученных результатов заключается: ТТ~в разработанных алгоритмах для фильтрации сбоев и оценки среднего значения физического процесса и их. программной реализации (свидетельство об офицальной регистрации программы для ЭВМ № 950118);
-
в разработанных программных средствах для анализа сие- _. темотехнических характеристик АФС и АО и оценки качества функционирования ИК при использовании данных алгоритмов в его составе (свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 940427);
-
в экспериментально полученных зависимостях апостериорного риска от системотехнических характеристик измерительных преобразователей и параметров помех, действующих в ЙК;
-
в разработанных рекомендациях по выбору структуры Ж и параметров АФС, АО и алгоритмов контроля (АН), что позволило с вероятностью 0.Э85 получить оценки среднего значения параметров ТВД на установившихся режимах с требуемой точностью.
Реализация результатов работы. Результаты работы в виде синтезированных алгоритмов а соответствующего программного обеспечения внедрены на предприятии, осуществляющем стендовые испытания авиационных двигателей.
На защиту выносятся:
1) Метод выбора функции потерь для получения оценки параметра физического процесса с заданным качеством.
2) Метод синтеза адаптивного алгоритма обработки информации по выборке, "имеющей симметричное распределение с переменной модальностью.
3) Рекомендации по выбору АФС, АО, АК при проектировании
помехозащищенных Ж.
4) Результаты исследований системотехнических характеристик адаптивных алгоритмов фильтрации сбоев и оценки среднего.
Апробация работа: Основные положения и результаты доклады-
вались и обсуждались на Международной конференции, посвященной
75-летию со дня рождения А.Д.Макарова (Уфа, 19Э4 г.), VII Все
российской научно-технической конференции с участием зарубежных
специалистов "Датчик-95" (Крым 1995 г.), Всероссийской молодеж
ной научно-технической конференции (Уфа, 1995 г.), vin Научно-
технической конференции с участием зарубежных специалистов
"Датчик-96" (Гурзуф,.1996 г.).
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 8 печатных работах, из них одна статья, 4 тезиса докладов, свидетельство на полезную модель, 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 149 листах машинописного текста, 36 страниц иллюстративно-табличного материала, списка использованных источников из 123 наименований и приложений.