Библиотечный каталог авторефератов Украины

Показано, що метод заданого діапазону частот удосконалений методом вагової функції і методом воріт (рис. 2), є найкращим методом побудови інформаційної моделі оцінки маси об’єкта при обмеженому часі зважування, який дозволяє оцінити параметри об’єктно-орієнтованої моделі сигналу (1) при наявності збійних ситуацій у будь-яких умовах виміру.

Таким чином, на підставі досліджень проведених в даному розділі розв’язання другої підзадачі можна вважати виконаним.

Четвертий розділ присвячений розробці алгоритму побудови інформаційної моделі оцінки маси об’єкта при обмеженому часі зважування, його оптимізації з метою проведення вимірювань у реальному масштабі часу, розробці алгоритму формування вихідних даних та проведенню натурних експериментів.

Відповідно до проведених досліджень, реалізацію алгоритму побудови інформаційної моделі оцінки маси об’єкта при обмеженому часі зважування, необхідно робити на базі методу заданого діапазону частот із введенням у систему базисних функцій вагової функції і використанням методу воріт. При цьому необхідно забезпечити максимальну швидкодію обчислень шляхом застосування різних математичних перетворень, що зводять число обчислень до мінімально можливого значення.

У зв'язку з цим необхідно максимальним чином виключити з алгоритму циклічні обчислення, для чого пропонується використовувати отримані нами формули заміни циклічних обчислень.

В методі заданого діапазону частот, при формуванні системи лінійних рівнянь

       c00x0 + c01x1 + c02x2 = d1

       c01x0 + c11x1 + c12x2 = d2        (13)

       c02x0 + c12x1 + c22x2 = d3

де ;

ліва частина рівняння, з урахуванням рівності діагональних коефіцієнтів та визначеної системи базисних функцій (9), обчислюється за допомогою формул заміни циклічних операцій.

Позначивши через q = sin(Ω), b = sin(ΩN), , , e = cos(Ω), f = sin(ΩN), , , де        N — обсяг вибірки дискретних значень сигналу; обчислення коефіцієнтів рівняння (13) можна робити по наступним формулам

, ,

,

,

.

При цьому обчислення правої частини рівняння (13) залишається незмінним — , k = 0, 1, 2.

Слід зазначити, що використання зазначених формул дозволяє уникати виконання циклічних операцій для розрахунку коефіцієнтів лівої частини рівняння. При цьому по кількості виконуваних операцій зазначені формули вимагають меншої кількості часу обчислень, тому що із збільшенням кількості значень досліджуваного сигналу час обчислень коефіцієнтів лівої частини рівняння (13) залишається незмінним.

Крім того, слід зазначити, що існують дві виняткові ситуації, коли застосування зазначених формул виявляється неможливим, тому що в цьому випадку в деяких формулах знаменник виявляється рівним нулю. При цьому для ситуацій і відповідно використовуються інші формули заміни циклічних операцій.

Таким чином, у результаті проведених експериментів було встановлено, що час обчислення проміжного результату за допомогою запропонованих формул зменшується, приблизно, в 10 разів в порівнянні із звичайним чином обчислення, що цілком задовольняє проведенню вимірів у реальному масштабі часу.

Алгоритм запропонованого методу представлений на рис. 3.

Рис. 3. Алгоритм побудови інформаційної моделі оцінки маси об’єкта при обмеженому часі зважування, застосовуваний у системах магістрального вагового обліку

Відповідно до представленого алгоритму (рис. 3), блок 2 відповідає формуванню масиву вихідних даних досліджуваного сигналу шляхом обміну даними між АЦП і ПЕОМ по послідовному інтерфейсу RS-485.

Блоки 3 і 4 формують цикл, необхідний для визначення середньоарифметичного значення і визначення величини воріт (11) (блок 5). Блоки 6-10 утворюють цикл, за допомогою якого визначається найменша величина середньоквадратичного відхилення і відповідні їй оцінки параметрів сигналу. Якщо величина коефіцієнта а0 (a0 = D) виходить за межі воріт (12), то як шуканий результат виступає середньоарифметичне значення сигналу . При цьому блок 7 формує матриці С і d (ліву та праву частини рівняння (13)). Блок 8 вирішує систему лінійних рівнянь матричного виду Ca = d, де a = a0, a1, a2 — шукані коефіцієнти. Блок 9 визначає найменше значення середньоквадратичного відхилення для різних значень частоти Ωj з діапазону [Ωmin,…,Ωmax] і відповідні їй коефіцієнти a0, a1, a2. Блок 10 проводить порівняння отриманого коефіцієнта а0 з величиною воріт. Після закінчення циклу проводяться формування і вивід результату (блок 11).

У випадку якщо результат обчислень не вийшов за межі воріт, то відповідно до формул (5) можливе визначення таких величин як амплітуда, частота і початкова фаза періодичної завади.

Проведено натурні експерименти, що підтверджують доцільність використання запропонованого рішення для задачі оцінки маси об’єкта при обмеженому часі зважування (рис. 4). При цьому для приведених графіків (рис. 4) швидкість руху потягу складала 40 км/г.

Рис. 4. Залежності відносної похибки виміру постійної складової сигналу від частоти, отримані:

1 — шляхом усереднення; 2 — з використанням запропонованого алгоритму

Зазначено, що програмна реалізація приведеного алгоритму в складі автоматизованого ваговимірювального комплексу при обмеженому часі зважування дозволяє підвищити точність вимірів у 2...7 разів стосовно усереднення значень сигналу, що на сьогоднішній день є кращим показником точності в рамках поставленої задачі.

Розроблено рекомендації, згідно яким вдається досягти максимальної ефективності методу, шляхом обмеження на найменшу частоту дискретизації АЦП і завдання кроку зміни частоти ΔΩ в методі заданого діапазону частот.

Таким чином, з урахуванням попередніх підзадач та на підставі досліджень проведених в даному розділі, розв’язання головної задачі досліджень — розробка нового метода оцінки маси вантажу, переміщуваного з високою швидкістю руху, можна вважати виконаним.

У додатках наведено програми використовувані в апаратно-програмному комплекси автоматизованої ваговимірювальної системи, програмна реалізація алгоритму розробленого методу, знімки інтерфейсу програми користувача та вагової платформи встановленої на об’єкті, акти впровадження результатів дисертаційної роботи.

ВИСНОВКИ

Основні наукові і практичні результати роботи полягають у наступному:

1. Проаналізовано сучасні методи та засоби автоматизованих систем управління та прогресивних інформаційних технологій для задачі підвищення точності та швидкодії автоматизованих ваговимірювальних систем. Доведено, що класичними методами та засобами, заснованими на усередненні вибірки сигналу не можливо забезпечити необхідну точність вимірювань, тому що їхнє використання не враховує особливості вхідного сигналу при автоматизованому зважуванні об’єктів на високій швидкості руху. Цей факт підтверджує доцільність розробки нових методів обробки сигналу, таких як методи побудови інформаційної моделі оцінки маси об’єкта при обмеженому часі зважування.
2. Досліджено автоматизовану ваговимірювальну систему з метою розробки нової об’єктно-орієнтованої моделі автоматизованого процесу зважування об’єктів у русі як базової моделі для подальших розробок методів побудови інформаційної моделі для оцінки маси об’єктів, що рухаються з підвищеною швидкістю.
3. На базі нової об’єктно-орієнтованої моделі зважування вагонів у русі розроблено метод заданого діапазону частот, який шляхом послідовного перебору частот із заданого діапазону визначає оцінки інформативних параметрів тензометричних сигналів для побудови інформаційної моделі процесу автоматизованого зважування об’єктів у русі.
4. Запропоновані нові ефективні методи підвищення завадостійкості методу заданого діапазону частот шляхом його доповнення методами подвійного інтегрування вхідного сигналу або вагової функції, які знижують вплив високочастотних завад при автоматизованому вимірюванні маси рухомих об’єктів, поліпшуючи інформаційні параметри створюваної інформаційної моделі.
5. З урахуванням методу вагової функції розроблено метод та алгоритм побудови інформаційної моделі оцінки маси об’єкта при обмеженому часі зважування, який має високу точність та швидкодію за рахунок введення обмежень на величину отриманого значення постійної складової сигналу — метод воріт, та використання формул заміни циклічних операцій.
6. Результати проведених досліджень були використані при розробці “Терезів вагонних рейкових електромеханічних для повісного зважування вагонів у русі — 2046 ВВР-200Е”, а також “Терезів вагонних електромеханічних — 2309 ВВ-50Е/1Д”. Отримані практичні результати довели ефективність застосування розроблених методів та алгоритмів, що підтверджує достовірність теоретичних положень і висновків дисертаційної роботи.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Копытчук Н.Б., Шендрик Е.В. Использование метода наименьших квадратов для оценки параметров сигнала с периодической помехой при ограниченном времени наблюдения // Тр. Одес. политехн. ун-та. — Одесса, 1999. — Вып. 3(9). — С. 167 — 169.
2. Копытчук Н.Б., Шендрик Е.В. Повышение точности метода наименьших квадратов посредством введения весовой функции // Тр. Одес. политехн. ун-та. — Одесса, 2001. — Вып.2(14). — С. 110 — 112.
3. Копытчук Н.Б., Шендрик Е.В. Исследование эффективности алгоритма метода наименьших квадратов с предварительным преобразованием исследуемых данных // Праці УНДІРТ. — Одеса, 2001. — № 3 (27). — С. 72 — 74.
4. Шендрик Е.В. Повышение эффективности алгоритма метода наименьших квадратов путем введения модифицированного метода весовой функции // Праці УНДІРТ. — Одеса, 2002. — № 1 (29). — С. 88 — 90.
5. Шендрик Е.В. Повышение точности оценок параметров сигнала посредством интегрирования // Тр. Одес. политехн. ун-та. — Одесса, 2002. — Вып.1(17). — С. 151 — 153.
6. Копытчук Н.Б., Шендрик Е.В. Использование модифицированного метода наименьших квадратов для оценки параметров сигнала при ограниченном времени наблюдения // Труды международной научно-практической конференции “СИЭТ-2000”. — Одесса, 2000. — С. 27 — 28.
7. Копытчук Н.Б., Шендрик Е.В. Повышение точности метода наименьших квадратов посредством интегрирования // Праці міжнародної конференції з управління “Автоматика — 2001”. — Одеса, 2001. — С. 77 — 78.

АНОТАЦІЇ

Шендрик Євген Валентинович. Інформаційна модель оцінки маси об’єкта при обмеженому часі зважування. — Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 — Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2003.

Запропоновано нове розв'язання науково-практичної задачі побудови інформаційної моделі оцінки маси об’єкта при обмеженому часі зважування, необхідне для визначення маси об'єктів, що рухаються з підвищеною швидкістю. Як основний метод розв'язання запропоновано метод заданого діапазону частот, як кращий метод оцінки параметрів досліджуваного сигналу, що містить нелінійний параметр і має не єдину точку мінімуму функції середньоквадратичного відхилення.

Виявлено, що випадковий високочастотний шум, утворений динамічними явищами, що відбуваються в процесі зважування, у деяких випадках може сильно відхилити апроксимуючу криву від реального сигналу, що є причиною виникнення високої похибки оцінки параметрів досліджуваної моделі тензометричного сигналу. З метою усунення даного недоліку запропоновано удосконалити метод заданого діапазону частот або методом вагової функції, або методом подвійного інтегрування.

Як найкращий метод розв'язання поставленої задачі запропоновано метод, заснований на методі заданого діапазону частот із введенням у систему базисних функцій вагової функції і використанні методу воріт. При цьому показане, що дане удосконалення підвищує завадостійкість, забезпечуючи отримання похибки вимірів менших, ніж найменша похибка вимірів сучасних автоматизованих ваговимірювальних систем.

З метою перевірки запропонованого методу розроблено спеціалізоване апаратно-програмне забезпечення і проведені натурні експерименти. Шляхом порівняння похибок отриманих оцінок з похибкою усереднення значень сигналу доведена доцільність використання розробленого методу.

Ключові слова: тензометрія, зважування вагонів у русі, оцінка інформативного параметра сигналу, обмежений час зважування.

Shendrik Eugene Valentinovich. Information model of an estimation of mass of object at limited time of weighing. — Manuscript.

Thesis for a Candidate's degree in Technical Sciences on speciality 05.13.06 — Automated control systems and progressive information technologies. Odessa national polytechnic university, Odessa, 2003.

The novel solution of a scientific - practical task of construction of information model of an estimation of mass of object at limited time of weighing, necessary for determination of a mass of moving objects with the increased velocity, is offered. As the basic solution manner the method of the given range of frequencies is offered. The given method is the best method for parameters estimation of the studied signal, containing nonlinear parameter and having not one minimum of a root-mean-square deviation function.

It is detected, that the random high-frequency noise formed by the dynamic phenomena, nascent during weighing, in some cases can strongly reject approximating curve from the real signal.  It is the reason of receiving of a high estimation error of the researched model of strain-gauge signal parameters. To eliminate this defect it is offered to improve a method of the given range of frequencies either with weighting function method, or with the double integration method.

As the best method of the solution the method of the given range of frequencies with introduction in the basic functions system the weighting function and use of the gate method is offered. It is shown, that this improvement raises noise immunity, providing reception of a measurements error smaller then least error of modern automated weight measuring systems.

To check the offered method the specialized firmware is developed and actual experiments are carried out. By comparison of the received estimations errors with an averaging error the expediency of use of the developed method is proved.

Keywords: strain measurement, weighing of cars in motion, estimation of the signal's informative parameter, limited time of weighing.

Шендрик Евгений Валентинович. Информационная модель оценки массы объекта при ограниченном времени взвешивания. — Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 — Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. Одесский национальный политехнический университет, Одесса, 2003.

Предложено новое решение научно-практической задачи построения информационной модели оценки массы объекта при ограниченном времени взвешивания, необходимое для определения массы объектов движущихся с повышенной скоростью. В качестве основного метода решения предложен метод заданного диапазона частот, как лучший метод оценки параметров исследуемой модели тензометрического сигнала, содержащего нелинейный параметр и имеющего не единую точку минимума функции среднеквадратичного отклонения. Указанный метод предусматривает целенаправленный поиск частоты периодической составляющей сигнала, которая бы обеспечивала наилучшее воспроизведение искомых характеристик сигнала.

Путем проведения компьютерного моделирования выявлено, что в некоторых случаях возможно получение высокой погрешности предложенного метода, значительно превышающую погрешность, полученную путем усреднения значений сигнала. Установлено, что случайный высокочастотный шум, образованный динамическими явлениями, происходящими в процессе взвешивания, в некоторых случаях может сильно отклонить аппроксимирующую кривую от реального сигнала, что является причиной возникновения подобных, сбойных ситуаций. При этом выявлено, что особенно остро воздействие шума проявляется на граничных участках исследуемого сигнала. С этой целью предложено усовершенствовать метод заданного диапазона частот либо методом весовой функции, либо методом двойного интегрирования.

В качестве наилучшего метода решения поставленной задачи предложен метод, основанный на методе заданного диапазона частот с введением в систему базисных функций весовой функции и использовании метода ворот. При этом показано, что данное усовершенствование повышает помехоустойчивость, обеспечивая получение погрешности измерений меньшую, чем наименьшая погрешность современных автоматизированных весоизмерительных систем.

С целью проверки предложенного метода разработано специализированное аппаратно-программное обеспечение и проведены натурные эксперименты Путем сравнения погрешностей полученных оценок с погрешностью усреднения значений сигнала доказана целесообразность использования разработанного метода.

Ключевые слова: тензометрия, взвешивание вагонов в движении, оценка информативного параметра сигнала, ограниченное время взвешивания.