Обработка и передача измерительной информации повышение достоверности косвенных измерений на основе прикладного функционального моделирования




Скачать 248.43 Kb.
НазваниеОбработка и передача измерительной информации повышение достоверности косвенных измерений на основе прикладного функционального моделирования
страница1/2
Дата публикации08.02.2014
Размер248.43 Kb.
ТипДокументы
litcey.ru > Информатика > Документы
  1   2

Обработка и передача измерительной информации




Обработка и передача измерительной информации


ПОВЫШЕНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ НА ОСНОВЕ ПРИКЛАДНОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Белик А.Г., Цыганенко В.Н.

Омский государственный технический университет

Адекватность тех или иных методов измерения и анализа данных в современных измерительно-вычислительных системах (ИВС) требует комплексного использования различных методов и моделей. Динамика изменения измеряемой величины в пространстве и времени приводит к потерям достоверности обобщенных, зависящих от нее показателей качества и надежности объектов и явлений. Наиболее существенным это обстоятельство становится в случае косвенных измерений, например расхода жидкости и газа методом перепада давления и многих других.

Пусть косвенное измерение некоторой величины производится путем вычисления по - мерному вектору измеряемых прямым методом величин , являющихся в общем случае сигналом , изменяющимся в пространстве и времени . Достоверность оценки на заданных временном и пространственном интервалах будет определяться интерпретациями , полученными с использованием некоторого оператора . Вид данного оператора должен определяться исходя из применяемого функционального преобразования .

Для достижения максимальной достоверности косвенных измерений в ИВС необходим выбор из достаточно широкого набора измерительных операторов, основанных на «качественных» алгоритмах преобразования первичных данных к виду, определенному целью измерения. Широко распространенные методы «обработки» результатов измерений типа наименьших квадратов, максимальной энтропии и т.п., часто не могут служить основой таких алгоритмов, поскольку не могут гарантировать максимальной точности ИВС как средства измерения [1] вследствие отсутствия семантической связи между цифровыми оценками измеряемых величин и функциональными требованиями объективной истины.

Учет функциональности измеряемых величин обеспечивается при использовании системы прикладного функционального моделирования, базовые принципы которой изложены в [2]. Данная система предусматривает интерпретацию измеряемых величин, изменяющихся непрерывно или дискретно в пространстве и времени, на основе различных функциональных элементов и функциональных сечений, определяющих выбор модели операторного преобразования , обеспечивающей максимальную достоверность интерпретации результатов косвенных измерений.

Приведем в качестве иллюстрации пример косвенного измерения площади отверстия диаметра диафрагмы сужающего устройства, используемого для измерения расхода вещества. Прикладная функциональность измерения будет определяться прямо пропорциональной зависимостью расхода вещества площади отверстия. Определение площади осуществляется по диаметру , измеряемому прямым методом.

Пусть отверстие имеет отклонение формы, при этом его радиальный профиль описывается гармоническим рядом: , где .

Площадь отверстия, вычисленная аналитически, при этом составит: .

Следуя принципу прикладного функционального моделирования, для определения площади отверстия следует использовать функциональный диаметр, рассчитываемый по формуле: ,
где средний диаметр .

Двухточечное измерение диаметра описывается функцией: , где , – четные индексы.

Использование при вычислении площади результатов двухточечных измерений, например среднего значения , приведет к появлению отрицательной систематической погрешности определения площади отверстия, величина которой будет определяться величиной отклонений его формы.

Рассмотрим далее применение прикладного функционального моделирования в процессе дискретизации первичного непрерывного сигнала , используемой в дальнейшем для вычисления интегральной оценки измеряемой косвенно величины: .

Пусть требуется выполнить равномерную дискретизацию с шагом . Выбор дискретного значения ,соответствующего моменту времени , где , будем осуществлять на основании равенства:

, (1), т.е. интегральная сумма, вычисляемая по полученным значениям, должна точно соответствовать абсолютному значению измеряемой величины .

Пусть для каждого момента времени вычисляется интегральная оценка: , которая используется для определения функционального дискретного значения: , (2), обеспечивая, таким образом, выполнение условия (1) вследствие равенства: .

Приведем расчет дискретизации гармонического сигнала , где используется для вычисления величины: .

Прототипом можно считать вычисление количества электрической энергии, рассеиваемой на сопротивлении по непрерывным показаниям амперметра.

Прикладное функциональное значение на -м шаге дискретизации вычислим на основании (2) следующим образом: , где .

Результаты расчета для значений приведены на рис.1. Для предотвращения временного смещения последовательности оценок они расположены в середине интервала дискретизации.



Рис. 1. Результаты расчета

Исследование данной функции при различных значениях показали, что традиционная равномерная дискретизация по мгновенных значениям приводит к появлению преимущественно случайной погрешности вычисления , значение которой в относительном выражении находится в пределах %.

Применение системы прикладных функциональных операторных преобразований ориентировано в первую очередь на решение задачи выбора значений первичной измеряемой величины при ее дискретизации или передискретизации. Они могут быть использованы в широком классе информационных и измерительных систем контроля технологических параметров производственных объектов и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности.

Литература

  1. Пытьев Ю.П. Методы математического моделирования измерительно-вычислительных систем. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. – 400 с.

  2. Чуканов С.Н., Цыганенко В.Н., Белик А.Г. Прикладное функциональное моделирование количественных величин в информационных и измерительных системах// Системы управления и информационные технологии. – 2007. – № 1.3. – С.402 – 408.



^ INCREASE OF AUTHENTICITY OF INDIRECT MEASURINGS ON BASIS OF THE APPLIED FUNCTIONAL SIMULATION

Belyk A., Tsyganenko V.

Omsk State Technical University

Adequacy of one or another methods of measuring and data analysis in the modern metering computer systems (MCS) requires the complex use of different methods and models. The dynamics of change of the measured variable in space and time results in the losses of fidelity of the generalized, depending on her property of quality and reliability of objects and phenomena. Most substantial this circumstance becomes in the case of the indirect measurings, for example expense of liquid and gas by the method of differential of pressure.

Lets the indirect measuring of some variable of be made by the calculation of on - the measured vector measured by the direct method of sizes of , being in general case by a signal , changing in space of and time of . Authenticity of estimation of on set temporal and spatial intervals will be determined by interpretations , got with the use of some operator of . The type of this operator must be determined coming from the applied functional transformation of .

For achieving maximal fidelity of the indirect measurings in MCS the choice is needed from a wide enough set of the metering operators, based on the «high-quality» algorithms of basic data conversion to the kind certain by a measuring purpose. Wide-spread methods of «processing» of results of measurings as the least squares, maximal entropy, etc., often can not serve as basis of such algorithms, as can not guarantee maximal exactness of MCS as mean of measuring [1] because of absence of semantic connection between the digital estimations of the measured sizes and functional requirements of objective truth.

The account of functionality of the measured sizes is provided at the use of the system of the applied functional simulation, base principles of which are expounded in [2]. This system foresees interpretation of the measured sizes changing continuously or discretely in space and time, on the basis of different functional elements and functional sections, determining the choice of model of operator transformation of , providing maximal authenticity of interpretation of results of the indirect measurings.

Application of the system of the applied functional operators transformations is oriented above all things to the decision of task of choice of values of the primary measured size during its digitization or oversampling. They can be used in the wide class of the informative and measurings checking systems of technological parameters of productions objects and technological processes control in different industries of industry.

Literature

  1. Pytiev U.P. Methods of mathematical simulation of the metering computer systems. – М.: PHYSMATHLIT, 2004. – 400 p.

  2. Chukanov S.N., Tsyganenko V.N., Belyk A.G. The applied functional simulation of quantitative sizes is in the informative and measurings systems// Control systems and informations technologies. – 2007. – № 1.3. – P.402 – 408.




^ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИНЦИПА ПРИКЛАДНОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ ПРИ ИНТЕРПРЕТАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ ВЕЛИЧИН

Цыганенко В.Н., Белик А.Г.

Омский государственный технический университет

Традиционные методы измерения в своей основе недооценивают сущности первичного цифрового преобразования как процедуры интерпретации измеряемой величины , изменяющейся непрерывно или дискретно в некотором пространственно-временном интервале. Процесс измерения представляется как ряд относительно независимых процедур, к которым обычно относятся равномерная дискретизация, многоуровневое квантование, промежуточное запоминание цифровых отсчетов, непосредственно обработка цифровых данных и последующая интерпретация результата измерения.

Такая последовательная модель ведет к появлению семантического разрыва между физической сущностью измеряемой величины и ее функциональным назначением и формой ее цифрового представления. Динамика изменения количественной величины на пространственно-временном интервале приводит к потерям достоверности измерительной информации. Для устранения этого разрыва может быть использован принцип прикладной функциональности [1].

Вследствие непрерывности пространства и времени, измеряемая величина также по своей природе является непрерывной, т.е. может быть описана некоторой зависимостью (сигналом). Интерпретация результатов измерений осуществляется путем преобразования функции , заменяя ее значением .

Рассматривая оцениваемую величину , представляемую в общем случае изменяющимся в пространстве и времени первичным измерительным сигналом, как параметр, определяющий набор технико-экономических показателей , , технического устройства, явления или события, можно определить обобщенный критерий , определяющий технико-экономическую эффективность, работоспособность или надежность объекта: .

Выбор конкретного вида преобразования должен осуществляться исходя из требований оптимальности по критерию . Таким образом, способ и процедура интерпретации результатов измерения динамически изменяющейся первичной величины будет определяться выходными характеристиками объекта, используемыми для целей управления и принятия решений. Прикладной функциональной моделью количественной величины будем называть комплекс оценок и используемых для их получения операторов , обеспечивающих оптимизацию по .

Базовая система прикладного функционального моделирования основывается на принципе взаимодействия элементарных отклонений непрерывной величины : отклонения размера ; отклонениях положения – случайном и полном , отклонениях формы – также случайном и полном .

Элементарные отклонения непрерывной величины показаны на рис.1 для наиболее простого случая временного сигнала .



Рис.1. Структура элементарных отклонений непрерывной величины

Модель сигнала включает две основных составляющих: функциональный элемент и функциональное сечение, задающих тип аппроксимирующей функции и точку, определяющую возвращаемое значение. Под функциональным элементом понимается тип размерообразующей функции, определяемый на основании его прикладного функционального влияния на показатели качества, работоспособности и надежности прикладного объекта.

Базовый состав функциональных элементов определен следующими элементами:

  1. реальный ;

  2. средний характеристический ;

  3. верхний характеристический ;

  4. нижний характеристический .

Характеристические элементы определяются путем аппроксимации реального элемента линейными или нелинейными функциями. Аппроксимация может быть выполнена с использованием минимизации отклонений формы равномерным или среднеквадратичным приближением.

Под функциональным сечением понимается сечение действующего элемента, определяющее место (точку) приложения функционального значения. Таких сечений также четыре:

  1. максимальное ;

  2. минимальное ;

  3. центральное ;

  4. текущее , .

Структура линейной прикладной функциональной модели измеряемой величины отражена в табл. 1.

Таблица 1

Функциональный элемент

Функциональное сечение

Центральное

Текущее

Минимальное

Максимальное

Средний









Реальный









Наибольший









Наименьший









Обозначив через прикладную функциональную оценку сигнала, а через – преобразование, позволяющее получить эту оценку, запишем прикладное функциональное преобразование одномерного сигнала в общей форме: .

Многомерные системы обладают значительно большим числом степеней свободы, в результате чего проектирование приобретает гибкость, несвойственную одномерным системам. При этом следует учитывать инвариантность отдельных оценок по времени или пространственным координатам. Это означает, что вычисляемые значения могут или должны быть независимыми от времени или отдельных пространственных координат. Поэтому базовая система прикладного функционального моделирования применительно к многомерным количественным величинам (сигналам) должна быть дополнена следующей спецификой: наряду с функциональными элементами (средний, реальный, наибольший, наименьший) n-го порядка, определяемыми для всей n-мерной поверхности, вводятся функциональные элементы (кроме реального), имеющие порядок меньший, чем . В функциональном элементе порядка инвариантны пространственно-временных координат. В общем случае .

Интерпретация количественных величин с использованием их прикладного функционального моделирования может использоваться в широком классе информационных и измерительных. Для характеристики контролируемой величины могут использоваться как одиночные оценки, так и их наборы из оценок , . Функциональная модель (IDEF0) одноканальной системы оценивания количественной информации представлена на рис.2.



Рис.2. Функциональная модель одноканальной системы

Учет принципа прикладной функциональности позволит повысить достоверность, полноту и прикладную значимость оценок количественных данных, обеспечивая тем самым переход «количества» в «качество», приближая их к условиям реального мира. Прикладная функциональная интерпретация измеряемых величин может использоваться в широком классе информационных и измерительных систем, в первую очередь при осуществлении задач дискретизации, передискретизации, агрегирования данных и представления измерительной информации.
  1   2

Похожие:

Обработка и передача измерительной информации повышение достоверности косвенных измерений на основе прикладного функционального моделирования iconОбработка и передача измерительной информации
Анализ модифицированного многокритериального метода в условиях ограниченного объёма измерений
Обработка и передача измерительной информации повышение достоверности косвенных измерений на основе прикладного функционального моделирования iconОбработка и передача измерительной информации повышение помехозащищенности...
Повышение помехозащищенности передаваемой информации на основе алгоритма мак-элис
Обработка и передача измерительной информации повышение достоверности косвенных измерений на основе прикладного функционального моделирования iconОбработка и передача измерительной информации
Организация процесса обработки телеметрической информации с использованием технологии семантических веб служб
Обработка и передача измерительной информации повышение достоверности косвенных измерений на основе прикладного функционального моделирования iconОбработка и передача измерительной информации Калибровка дискриминатора...
В работе предлагается метод оценки погрешности установки уровня дискриминации входного сигнала
Обработка и передача измерительной информации повышение достоверности косвенных измерений на основе прикладного функционального моделирования icon1. Информационные технологии. Структура информационного процесса....
Информационные процессы (сбор, обработка и передача информации) всегда играли важную роль в науке, технике и жизни общества
Обработка и передача измерительной информации повышение достоверности косвенных измерений на основе прикладного функционального моделирования iconПередача информации о размерах единиц средствам измерений
Сохранность этой информации контролируется при первичной и всех последующих проверках средств измерений
Обработка и передача измерительной информации повышение достоверности косвенных измерений на основе прикладного функционального моделирования iconОбработка и передача измерительной информации
Прежде всего, это этап предварительной фильтрации цифровых изображений перед процедурой анализа, а так же этап вычитания фона. Краткие...
Обработка и передача измерительной информации повышение достоверности косвенных измерений на основе прикладного функционального моделирования iconОценка качества измерительной информации с использованием методов...
Мой информации, предназначенной как для контроля и управления системами, так и являющейся результатом научных экспериментов, наметил...
Обработка и передача измерительной информации повышение достоверности косвенных измерений на основе прикладного функционального моделирования iconТеоретические вопросы по информатике
Понятие информации. Виды информации. Роль информации в живой природе и в жизни людей. Язык как способ представления информации: естественные...
Обработка и передача измерительной информации повышение достоверности косвенных измерений на основе прикладного функционального моделирования iconВопросы для 9 класса
Понятие информации. Виды информации. Роль информации в живой природе и в жизни людей. Язык как способ представления информации: естественные...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
litcey.ru
Главная страница