Структурна схема системи, яка відповідає системі рівнянь (8), представлена на рис.3.
Рисунок 3 - Структурна схема нелінійної системи
Передаточна функція внутрішнього контуру:
При виконанні умови інваріантності передаточна функція Wk(р) дорівнює нескінченості. Абсолютно інваріантна система для структури, яка розглядається, еквівалентна деякій гіпотетичній системі і має ланцюг з нескінченим коефіцієнтом підсилення.(рис.4.).
Передаточна функція для еквівалентної схеми по каналу збурення:
Рисунок 4 - Структурна схема еквівалентна системи
З цього виразу видно, що передаточна функція y(p) буде прагнути до нуля, якщо Wk(р) буде прагнути до нескінченності. При переході від зображень до оригіналів отримаємо необхідну структуру системи. Тобто, виходячи з викладеного, можна зробити наступні висновки: для того, щоб забезпечити абсолютну інваріантність системи, яка розглядається, від внутрішніх шумів, необхідно, щоб коефіцієнт k1(t) прагнув до нескінченності, а коефіцієнт другого інтегратора на стільки ж прямував до нуля.
Третій розділ. Дослідження теоретичних результатів на основі математичного моделювання.
На основі математичних викладок теоретичного розділу для дослідження і визначення параметрів фільтру Калмана-Бьюсі на основі нелінійних стаціонарних функцій була створена його математична модель, яка враховує особливості параметрів системи та її фізичні властивості.
Так, за допомогою математичної моделі на основі запропонованого в теоретичному розділі способу, були отримані нелінійні функції f1(Δx) і f2(Δx) в графічному і аналітичному вигляді.(рис.6).
Рисунок 6 - Графіки нелінійних стаціонарних функцій f1(Δx) і f2(Δx)
Аналітично функції f1(Δx) і f2(Δx) описуються рівняннями:
 
де  ,  - коефіцієнти, які залежать від рівня завади, і визначаються на підставі апостеріорних даних.(рис.7, рис.8):
Рисунок 7 – Графік залежності коефіцієнта  від рівня завади
Рисунок 8 – Графік залежності коефіцієнта  від рівня завади
Згідно теоретичних досліджень стосовно пригнічення внутрішніх шумів фільтру на основі нелінійних стаціонарних систем, коефіцієнти передачі ланцюгів f1(Δx) і f2(Δx) повинні бути зворотно пропорційні коефіцієнту передачі другого інтегратора k3, тобто визначатися з виразів:
 
де k1i, k2i - коефіцієнти передачі функцій f1(Δx), f2(Δx) при виконанні умови інваріантності.
Четвертий розділ. Апаратна реалізація та експериментальні дослідження пристрою сполучення тензодатчиків з керуючими засобами обчислювальної техніки.
Запропонована апаратна реалізація пристрою, на який отримано рішення про видачу патенту на винахід, для вимірювання електричних сигналів при підвищеному рівні завади.
Виходячи з проведених теоретичних та експериментальних досліджень на основі математичного моделювання запропоновані структурні, функціональні та принципові схеми нелінійного фільтру. Функціональна схема нелінійного фільтру зображена на рис.10.
Рисунок 10 - Функціональна схема нелінійного фільтру
В даній схемі блоки F1 і F2 реалізують нелінійні функції f1(Δx) і f2(Δx). Для спрощення апаратної реалізації дані нелінійні функції апроксимовано відрізками прямих ліній.(рис.11, рис.12).
Напруга U2 на виході блоку F1 , який реалізує нелінійність виду f1(Δx), визначається з виразу:
де k1=tgα1;
k2=tgβ1;
α1, β1 - кути нахилу апроксимуючих прямих нелінійної функції f1(Δx) ;
U1=Uвх-Uвих;
Uоп1=|b1|;
b1 - точка перелому.
Рисунок 11 - Апроксимація функції f1(Δx):
α1, β1 - кути нахилу апроксимуючих прямих;
b1 - точка перелому.
Рисунок 12 - Апроксимація функції f2(Δx):
α2, β2 - кути нахилу апроксимуючих прямих;
b2 - точка перелому.
Напруга U3 на виході блоку F2 , який реалізує нелінійність виду f2(Δx), визначається з виразу:
де k3=tgα2;
k4=tgβ2;
α2, β2 - кути нахилу апроксимуючих прямих нелінійної функції f2(Δx) ;
U1=Uвх-Uвих;
Uоп2=|b2|;
b2 - точка перелому.
Напруга на виході інтегратора D4 дорівнює:
де 
Проведені експериментальні дослідження показали високі метрологічні здібності нелінійного фільтру. Так при наявності завади чка складає 33% корисного сигналу коефіцієнт подавлення завади складає 50dB. Осцилограма сигналів на вході і виході фільтру наведена на рис.13.
На основі пристрою для вимірювання електричних сигналів при підвищеному рівні завади та нелінійного фільтру розроблено пристрій сполучення тензометричних вимірювальних перетворювачів з керуючими засобами обчислювальної техніки.
Даний пристрій дозволяє контролювати до восьми датчиків, проводити вимірювання на відстані до 300 м.
Такі властивості пристрою, який розроблено, дають можливість використання його і в інших галузях агропромислового комплексу, де необхідно проводити вимірювання аналогового сигналу при складних умовах експлуатації.
Рисунок 13 - Осцилограми роботи фільтру
П'ятий розділ. Аналіз і узагальнення результатів дослідження та впровадження їх при розробці автоматизованої системи контролю та обліку зерна на підприємствах зернопереробної промисловості
Розроблена автоматизована система вирішує задачі відстеження прийому, зберігання та відвантаження зерна шляхом контролю вагового обладнання і реєстрації на центральній ЕОМ результатів вимірювання.
Вся логіка управління системою реалізована за допомогою програмних засобів. Програма управління є ведучою по відношенню до шаф управління, де розташовані пристрої контролю і управління обладнанням на елеваторі.
Проведено розрахунок техніко-економічної ефективності системи, яка пропонується. За результатами розрахунку річний економічний ефект від впровадження системи складає 7053 грн. в рік на кожні 1000 тон зерна.
Система впроваджена і працює в складі уніфікованої системи управління технологічними процесами на елеваторі Кіровоградського комбінату хлібопродуктів №2
ВИСНОВКИ
Сукупність приведених в роботі результатів дозволяє створити автоматизовану систему контролю та обліку зерна на підприємствах зернопереробної промисловості на основі розробленого пристрою сполучення тензометричних вимірювальних перетворювачів з керуючими засобами обчислювальної техніки.
В дисертаційній роботі отримані наступні основні наукові і практичні результаті:
- створено вторинний перетворювач для вимірювання електричних сигналів з високоефективним подавленням завад у вимірювальному каналі з використанням алгоритмів оптимальної фільтрації;
- запропоновано спосіб реалізації вторинного перетворювача зі змінними в часі параметрами на основі нелінійних стаціонарних систем, який дозволяє отримати динамічні оцінки сигналів;
- запропоновано спосіб визначення нелінійних параметрів вторинного перетворювача на основі методу гармонійної лінеаризації, а також пригнічення його внутрішніх шумів на основі теорії інваріантності;
- створено пристрій сполучення тензометричних датчиків сили з керуючими засобами обчислювальної техніки і реалізована на його основі автоматизована система контролю та обліку зерна, яка впроваджена в складі автоматизованої системи управління технологічними процесами на елеваторі Кіровоградського комбінату хлібопродуктів №2.
Список опублІкованих праць за темою дисертацІЇ
1. СидоренкоВ.В., Калашнік Д.В. Універсальний пристрій вводу і обробки аналогової інформації для систем автоматичного управління технологічними режимами зберігання та переробки зерна. // Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування /техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація /. – Кіровоград: КІСМ. - 1998.- №2. - С.191-195.
2. Д. Калашнік. Визначення параметрів пристроїв для вимірювання електричного сигналу тензометричних датчиків сили на підприємствах агропромислового комплексу // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. - Кіровоград: КДТУ. - 1999. - №27. - С.177-182.
3. Калашнік Д.В. Підвищення точності фільтру Калмана-Б'юсі на основі теорії інваріантності.// Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету /техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація / - Кіровоград: КДТУ. - 1999. - №5. - С. 55-60.
4. Рішення про видачу патенту по заявці №97115560 від 29.10.98, МПК 6Н03К 13/17. Пристрій для вимірювання електричного сигналу з адитивною завадою. / Сидоренко В.В. Калашнік Д.В. Головір В.О. (Україна); Заявл. 19.11.97. і
АНОТАЦІЯ
Калашнік Д.В. Автоматизована система контролю та обліку зерна на підприємствах зернопереробної промисловості. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 - автоматизація технологічних процесів. - Кіровоградський державний технічний університет, Кіровоград, 1999.
Дисертацію присвячено створенню автоматизованої системи контролю та обліку зерна на основі пристрою сполучення тензометричних датчиків з керуючими засобами обчислювальної техніки. В цьому пристрої в якості вторинного перетворювача пропонується використовувати фільтр Калмана-Бьюсі як високоефективний засіб пригнічення завад в вимірювальному каналі. Запропоновано засіб реалізації фільтру на основі нелінійних стаціонарних систем з пригніченням внутрішніх шумів шляхом доповнення його умовою інваріантності, що забезпечує асимптотичну збіжність вирішення.
Ключові слова: вторинний перетворювач, тензометричний датчик сили, нелінійні стаціонарні системи, асимптотична збіжність, інваріантність.
Annotation
Kalashnik D.V. Automatic system to control and take stock of grain at the enterprises of grain processing industry. - Manuscript.
Thesis for the degree of a candidate of technical science by specialty 05.13.07 - automation of technological processes. - Kirovograd State Technical University, Kirovograd, 1999.
The dissertation is devoted to the creation of an automatic system to control and take stock of grain at grain processing enterprises on the basis of a device that conjugates tensometrical sensors with computer techniques control means. In this device, Kalman-Bucy filter is proposed to be used as a secondary reducer that is concerned to be a highly efficient means to suppress interference in the testing channel. The manner of filter realization on the basis of non-linear stationary systems and the ways of internal noise reduction by adding it with the invariant condition are proposed to provide the convergence of asymptotic solutions.
Key words: secondary reducer, tensometrical sensor, non-linear stationary systems, asymptotic solutions, invarianсе.
АННОТАЦИЯ
Калашник Д.В. Автоматизированная система контроля и учета зерна на предприятиях зерноперерабатывающей промышленности. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - автоматизация технологических процессов. - Кировоградский государственный технический университет, Кировоград, 1999.
В диссертационной работе проведен обзор и анализ существующих измерительно-управляющих устройств весов и дозаторов. Проведенный анализ показал, что данные устройства и способы повышения их помехостойкости не обеспечивают точность необходимую для предприятий зерноперерабатывающей промышленности, которым присуща централизованная система управления и датчики находятся на значительном удалении. В результате этого на вход устройства измерения тензометрических датчиков силы поступает сигнал при повышенном уровне помех, т.е. при соотношении сигнал/шум меньше единицы. В связи с этим в работе ставится задача проведения теоретических исследований по методам определения динамических оценок сигнала, измеряемого с тензодатчиков силы, и разработки на их основе устройства сопряжения с управляющими средствами вычислительной техники для построения автоматизированной системы контроля и учета зерна.
Проведенные теоретические исследования в области определения оптимальных динамических оценок сигнала тензометрических датчиков при соотношении сигнал шум/меньше единицы показали, что классические методы не применимы в данном случае. Поэтому предложено использовать способ измерения электрических сигналов, который позволяет повысить соотношение сигнал/шум и применить классическую теорию Винера для определения оптимальных динамических оценок сигналов. Показано, что реализация вторичного преобразователя сводится к реализации линейной нестационарной системы на основе ее адекватности нелинейной стационарной системы. Предложен способ определения параметров нелинейной стационарной системы на основе метода гармонической линеаризации. Показано, что аппаратная реализация вторичного преобразователя не позволяет получить оптимальные оценки, т.е. асимптотическую устойчивость решения, из-за наличия шумов присутствующих в замкнутой системе реализующей преобразователь. Используя теорию инвариантности Щипанова-Лузина, предложен способ, который обеспечивает асимптотическую сходимость решения и позволяет свести до минимума шумы в замкнутой системе и в результате получить оптимальные динамические оценки с требуемой точностью.
Рассмотрена методика исследования теоретических результатов с помощью созданной математической модели вторичного преобразователя тензодатчиков, который представляет собой замкнутую нелинейную стационарную систему.
С помощью ЭВМ получены графики нелинейных функций, которые подтвердили достоверность предложенного инженерного способа их определения на основе метода гармонической линеаризации.
Математическая модель нелинейной системы подтвердила полученные теоретические результаты исследования относительно применения теории инвариантности.
В результате исследования математического моделирования разработана функциональная и принципиальная схема вторичного преобразователя тензодатчиков и предложено на его основе устройство сопряжения с управляющими средствами вычислительной техники. Проведены работы по экспериментальному исследованию теоретических результатов и внедрение их при разработке автоматизированной системы контроля и учета зерна.
Разработанная автоматизированная система контроля и учета зерна внедрена в составе автоматизированной системы управления технологическими процессами на элеваторе Кировоградского комбината хлебопродуктов № 2 и решает задачи отслеживания приема, хранения и транспортирования зерна путем контроля весового и дозирующего оборудования.
Вся логика управления системой реализована с помощью программных способов. Программа управления выполняется на центральной вычислительной машине. Она является ведущей по отношению к шкафам управления, где расположены устройства контроля и управления оборудованием на предприятии.
Ключевые слова: вторичный преобразователь, тензометрический датчик силы, нелинейные стационарные системы, асимптотическая сходимость, инвариантность.
| 
