Метрологическое обеспечение динамических измерений. реферат. Реферат по дисциплине Метрологическое обеспечение динамических измерений
![]()
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное Государственное бюджетное учреждение высшего образования Реферат по дисциплине: Метрологическое обеспечение динамических измерений На тему: 1.Классификация методов обработки динамических характеристик СИ. Метод предварительной оценки и контроля динамических характеристик СИ. 2. Аппроксимация экспериментальной переходной характеристики конечным числом показателей функции. Обучающийся группы: Руководитель: Содержание Введение……………………………………………………………………...........3 1. Классификация методов обработки динамических характеристик СИ.........4 2. Метод предварительной оценки и контроля динамических характеристик СИ…………………………………………………………………………….…….9 3. Аппроксимация экспериментальной переходной характеристики конечным числом показателей функции……………………………………………...……11 Заключение…………………………………………………………………….…20 Список литературы………………………………………………………………21 Введение Метрологическое обеспечение (МО) - это установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений. Научной основой МО является метрология. Организационной основой МО выступает метрологическая служба РФ, состоящая из государственной и ведомственных метрологических служб, базирующихся на основных положениях законодательной метрологии. Нормативно-правовую основу МО составляют комплекс правил, требований и норм, установленных в стандартах и нормативных документах по стандартизации в РФ. Динамическое измерение – это измерение, при котором средства измерений используют в динамическом режиме, т. е. при изменении условий (факторов) за время проведения измерительного эксперимента, которые влияют на результат измерения (оценку измеряемой величины) Цели работы: Описать классификацию методов обработки динамических характеристик СИ. Что является методом предварительной оценки и контроля динамических характеристик СИ. Аппроксимация экспериментальной переходной характеристики конечным числом показателей функции. Классификация методов обработки динамических характеристик СИ Как известно под методом определения динамической характеристики СИ подразумевается совокупность приемов использования средств измерений, средств обработки данных и алгоритмов обработки, позволяющих определить динамическую характеристику исследуемого СИ и оценить точность ее определения. При этом различают прямые и косвенныеметоды определения. Прямой метод определения ДХ СИ реализуется с помощью испытательных сигналов, достаточно близких по форме к характеристическим, причем оценками значений искомой характеристики служат масштабно преобразованные (приведенные) параметры выходного сигнала СИ. Прямым методом можно определить четыре динамические характеристики из числа полных ДХ СИ, по названиям которых даны названия соответствующим методам. 1. Прямой метод определения приведенной переходной характеристикиСИ с помощью ступенчатого испытательного сигнала, при котором искомую характеристику получают путем деления мгновенных значений выходного сигнала на его установившееся значение. 2. Прямой метод определения приведенной импульсной характеристики СИ с помощью импульсного стандартного сигнала, при котором искомую характеристику получают путем деления мгновенных значений выходного сигнала на значение интеграла от него. 3. Прямой метод определения приведенной амплитудно-частотной характеристикиСИ с помощью гармонических стандартных испытательных сигналов, при котором искомую характеристику получают путем деления амплитуд установившихся выходных сигналов на амплитуды соответствующих входных сигналов и статический коэффициент преобразования СИ. 4. Прямой метод определения фазово-частотной характеристики СИ с помощью гармонических стандартных испытательных сигналов, при котором искомую характеристику получают как разность моментов времени, соответствующих испытательных сигналов, умноженную на их круговую частоту. Косвенный метод определения ДХ СИ использует нахождение искомой характеристики на основании известной зависимости между этой характеристикой, испытательным сигналом и откликом на него исследуемого СИ. К косвенному методу относятся структурно-параметрический и параметрический методы определения полной ДХ СИ. Структурно-параметрический метод определения полной ДХ СИ предусматривает нахождение аналитического выражения (структуры) и коэффициентов (параметров) искомой характеристики. Параметрический метод определения полной динамической характеристики СИ направлен на нахождение коэффициентов (параметров) известного аналитического выражения (известной структуры) искомой характеристики. Если использовать приведенные термины и определения применительно к типовым динамическим моделям СИ, (то их структурой является соответствующая передаточная функция, а коэффициентами (параметрами) – их постоянные времени и степень успокоения (для колебательного СИ). На рисунке представлена модель методов определения динамических характеристик СИ, иллюстрирующая связи между отдельными процедурами, приемами и объектами без указаний процессов на детальном уровне. Как видно из рисунка методы определения ДХ СИ делятся на экспериментальные, аналитические и комбинированные – экспериментально-теоретические. Экспериментальные методы реализуются с помощью прямых методов определения ДХ СИ и требуют использования системы или установки для проведения соответствующего эксперимента. ![]() Аналитические методы предусматривают построение или разработку математической модели процессов, происходящих в СИ во время измерения. Как правило, это система дифференциальных уравнений, порядок которой зависит от степени детализации описания процессов, происходящих в СИ. Причем, не следует смешивать математические модели процессов, используемые в аналитических методах определения ДХ СИ, с динамическими моделями СИ, приведенных в таблице. Динамические модели СИ по структуре, наименованию и числу регламентированы ГОСТ 8.508, а математические модели могут быть сколь угодно сложными (сложность ограничена только возможностями исследования их с помощью ЭВМ) и построенными на самых различных принципах. Примерами принципов построения математических моделей являются электротепловое, электрогидравлическое, пневмоэлектрическое и т. п. моделирование. Приведенные принципы моделирования используют так называемый метод аналогий, когда исследуемые явления заменяются изучением аналогичных явлений, так как часто их исследование оказывается проще. Сходство аналогичных явлений заключаются в одинаковом характере протекания всех процессов. Математически аналогичные явления описываются формально одинаковыми дифференциальными уравнениями и условиями однозначности, однако физическое содержание и размерность входящих в них величин различны. Для реализации аналитических методов определения ДХ СИ наличия математических моделей недостаточно. Необходимо также иметь методики исследования этих моделей и алгоритмы получения из них нормируемых ДХ. Преимуществами аналитических методов определения ДХ СИ является относительно малые затраты на получение нормируемых ДХ исследуемого СИ, так как не нужно использовать испытательное оборудование (как правило, дорогостоящего и требующего наличия квалифицированного персонала), и не обязательно иметь реальный образец исследуемого СИ (достаточно чертежа конструкции СИ). Основным недостатками аналитических методов является невысокая точность и достоверность определения ДХ СИ, вызванная невозможностью полного математического описания всех физических процессов, происходящих в исследуемом СИ в процессе его эксплуатации. Поэтому аналитические методы применяются в основном для прогнозирования ДХ средства измерения на этапе его разработки и проектирования и (или) исследования поведения ДХ в зависимости от вносимых конструктивных изменений. От указанных недостатков свободны экспериментально-аналитические методы определения ДХ СИ, которые используют соответствующее испытательное оборудование (систему или установку для экспериментального определения ДХ СИ) и методы (методики) обработки экспериментальных ДХ. Экспериментально-аналитические методы относятся к косвенным методам определения ДХ СИ и являются наиболее широко применяемыми на практике. Метод предварительной оценки и контроля динамических характеристик СИ. Данный метод приведен в ГОСТ 8.508 и относится к структурно-параметрическим методам. В соответствии с данным стандартом устанавливают вид и порядок (т. е. структуру) динамической модели линейных стационарных СИ не выше второго ![]() Структуру динамической модели СИ определяют с помощью оценки вспомогательных параметров, функционально связанных с коэффициентами полных динамических характеристик. Для оценки вспомогательных параметров с ГИС на вход ИСИ подают кусочно-постоянный испытательный сигнал, изменяющий свои значения через интервал времени ![]() ![]() Для инерционных СИ порядка не выше второго значения выходного сигнала в моменты времени ![]() ![]() где ![]() Вспомогательные параметры ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() После установления структуры динамической модели ИСИ определяют значения входящих в нее параметров и оценивают точность их определения. Как видно из рисунка, данный метод позволяет определить структуру не всех, а только восьми динамических моделей СИ из пятнадцати, образующих типовые динамические модели. Кроме того, не приводятся расчетные формулы для определения параметров динамических моделей СИ, что создает дополнительные трудности реализации на практике данного метода. ![]() Аппроксимация экспериментальной переходной характеристики конечным числом показателей функции. Данный метод может являться структурно-параметрическим или параметрическим в зависимости от исходных данных и последовательности его реализации. Приведем математическое обоснование метода. Если ставиться задача приближения функции ![]() ![]() Из условий физической реализуемости СИ постоянные времени ![]() ![]() ![]() При этом уравнение переходной функции имеет вид ![]() где ![]() Рассмотрим на конкретных примерах реализацию метода аппроксимации переходной характеристики конечным числом показательных функций. Простейшим случаем является передаточная функция ИСИ второго порядка, т. е. с ![]() 1. Вводится вспомогательная функция ![]() 2. Из зарегистрированной переходной характеристики ИСИ выбирают четыре равноотстоящих по времени ![]() ![]() ![]()
3. Решается система из двух уравнение относительно ![]() ![]() ![]() 4. Находятся корни ![]() ![]() ![]() Для продолжения вычислений необходимо чтобы корни ![]() ![]() 5. Вычисляются постоянные времени ![]() ![]() 6. Решается относительно неизвестных ![]() ![]() 7. Находятся весовые коэффициенты переходной функции по формуле ![]() Задача упрощается, если за время первого отсчета ![]() ![]() ![]() Нахождение значений постоянных времени числителя передаточной функции производится по выражениям, вид которых зависит от значения ![]() В таблице приведены формулы связи постоянных времени с весовыми коэффициентами для различных значений ![]()
Поскольку числовые значения постоянных времени ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Из числа типовых динамических моделей СИ передаточной функции при ![]() Если структура динамической модели конкретного ИСИ неизвестна, то данный метод реализуется путем последовательного перебора в порядке усложнения указанных моделей и определения значений соответствующих параметров до тех пор, пока фактическая погрешность установленных динамических характеристик станет меньше заданной. В этом случае метод аппроксимации переходной характеристики конечным числом показательных функций будет называться структурно-параметрическим. Если же структура динамической модели ИСИ известна и определяются только значения постоянных времени, то данный метод будет являться параметрическим. При ![]() ![]() 1. Вводится вспомогательная функция ![]() 2. Из зарегистрированной переходной характеристики ИСИ выбирают шесть равноотстоящих по времени ![]() ![]() Таблица 4.3
3. Решается система из трех уравнение относительно ![]() ![]() ![]() ![]() 4. Находятся корни ![]() ![]() ![]() ![]() Для продолжения вычислений необходимо чтобы корни ![]() ![]() 5. Вычисляются постоянные времени ![]() ![]() 6. Решается относительно неизвестных ![]() ![]() 7. Находятся весовые коэффициенты переходной функции по формуле ![]() Задача упрощается, если за время первого отсчета ![]() ![]() ![]() Нахождение значений постоянных времени числителя передаточной функции производится по выражениям, вид которых зависит от значения ![]() В таблице приведены формулы связи постоянных времени с весовыми коэффициентами для различных значений ![]() Как было отмечено выше, типовые динамические модели СИ имеют порядок не выше второго, т. е. ![]() ![]()
Поскольку числовые значения постоянных времени ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Дальнейшие примеры аппроксимации на большее число ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Если при вычислениях корни ![]() ![]() а) повторить заново расчеты, изменив при этом ![]() ![]() б) более тщательно произвести отсчеты ![]() в) произвести операции сглаживания или фильтрации помех в экспериментальных данных, из которых составляется таблица отсчетов; г) перейти к другой структуре динамической модели ИСИ. Основным недостаткам данного метода является высокая чувствительность к погрешностям, с которыми определяются отсчеты из переходной характеристики и значения ![]() ![]() ![]() Вторым недостатком является аппроксимация переходной характеристики переходной функцией вида только на интервале времени от ![]() ![]() ![]() К недостаткам можно также отнести ограниченный класс динамических моделей ИСИ, на который распространяется данный метод. Преимуществами метода являются достаточная простота математических формул и возможность автоматизации процесса определения постоянных времени ИСИ. Область применения данного метода – определение параметров динамически моделей ИСИ при ![]() Заключение В ходе работы описал классификацию методов обработки динамических характеристик СИ. Дал определение и разьяснение методу предварительной оценки и контроля динамических характеристик СИ. Подробно описал аппроксимацию экспериментальной переходной характеристики конечным числом показателей функции. Список используемой литературы 5 ОСТ 1 00418-81. Метод и средства определения динамических характеристик датчиков температур газовых потоков. Грановский В.А. Динамические измерения: Основы метрологического обеспечения. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984. Каратаев Р.Н., Гогин В.А. Метрология: Учебное пособие. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2004. МИ 1951-88. Динамические измерения. Термины и определения |