CC BY
4Рисунок 2 - результат адаптивной фильтрации погрешности ускорения пу
Как показывают результаты моделирования, адаптивная фильтрация расширяет интервал получения приемлемого по точности решения БИНС, который в данном случае может составлять минуты.
Результаты исследований изложенные в данной статье получены при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках реализации проекта "Создание высокотехнологичного производства по изготовлению информационно-телекоммуникационных комплексов спутниковой навигации ГЛОНАСС/ GPS/Galileo" по постановлению правительства №218 от 09.04.2010.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Синютин С.А. Комплексный стенд для отладки автомобильной гибридной навигационной системы// Измерение. Контроль. Информатизация: материалы двенадцатой Международной научно-технической конференции. - Барнаул, АлтГТУ, 2011. - С. 131-135.
2. Уидроу Б. Адаптивная обработка сигналов/ Б. Уидроу, С.Д. Стирнз. - М.: Радио и связь, 1989. - 440 с.: ил.
3. Щербань И.В. Алгоритм решения навигационной задачи БИНС И.В. Щербань, И.А. Литвя-ков, С.А. Толмачев // Измерение. Контроль. Информатизация: материалы двенадцатой Международной научно-технической конференции. - Барнаул, АлтГТУ, 2011. - С. 27-30.
4. Ледовской М.И. Моделирование алгоритма инерциальной навигации в MATLAB-SIMULINK// Ползуновский вестник. - 2011. -№3/1. - С. 9-11.
5. Адаптивные фильтры: Пер. с англ./ Под ред. К.Ф.Н. Коуэна, П.М. Гранта. - М.: Мир, 1988. -392 с.: ил.
Доцент Ледовской М.И. тел. 8-8634-32-8025, kafmps@ttpark.ru - каф. микропроцессорных систем Технологического института Южного федерального университета в г. Таганроге
УДК 681.518.22
МЕТОДЫ АНАЛИЗА МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ СБОРА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ NTC ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ
А.О. Беляев
Рассматривается подход к разработке измерительного канала температуры информационно-измерительных систем на базе терморезисторов с отрицательным ТКС (ЫТС) основанный на сквозном моделировании его характеристик. Интегральная модель измерительного канала включает в себя дискретные модели процессов сбора и обработки сигналов чувствительных элементов, и для анализа результатов моделирования должны быть сформулированы методы их оценки
Ключевые слова: терморезистор, ЫТС, обработка, анализ, измерение, температура
Введение
Использование для создания радиоэлектронной аппаратуры САПР сквозного проектирования предполагает разработку устрой-
ства или прибора в единой информационной среде с промежуточным моделированием его узлов и алгоритмов, с целью сокращения сроков разработки и исключения ряда воз-
ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 2/1, 2012
МЕТОДЫ АНАЛИЗА МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ СБОРА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ NTC
ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ
можных ошибок. Данный подход, однако, не позволяет включить в процесс проектирования задачи связанные с определением параметров цепей и используемых алгоритмов на основании технического задания. Решение этих задач является критическим при проектировании средств измерения (СИ), так как они определяют метрологические характеристики самого СИ и информационно-измерительной системы, в которую оно включено. При разработке измерительного канала СИ ключевым является тип используемого чувствительного элемента, поскольку его характеристики определяют как требования в съему измерительного сигнала, так и схемотехнику цепей его аналоговой обработки, а также численные методы цифровой обработки.
В статье [1] был предложен интегральный подход к анализу характеристик измерительного канала, где в качестве чувствительного элемента используется NTC терморезистор, по сути этот подход представляет собой метод сквозного расчета характеристик элементов измерительного канала, на основании анализа их моделей
Модели процессов сбора и обработки сигналов NTC терморезисторов
Интегральный подход подразумевает разработку параметрических дискретных моделей (рис. 1) процессов сбора и обработки сигналов NTC терморезисторов, каждая из которых является моделью отдельного процесса, определяющего метрологические характеристики измерительного канала температуры:
• модель терморезистора, отражающая процесс преобразования температуры в сопротивление;
• модель измерительной цепи, отражающая процесс преобразования зависимости R(T) в зависимость и(Т);
• модель процесса аналого-цифрового преобразования;
• модель процессов цифровой обработки (вычисление по квантованным значениям и(Т) температуры в шкале Цельсия или Кельвина).
На рисунке 1 представлена структурная схема измерительного канала температуры в составе информационно-измерительной системы, в которой каждый из блоков выполняет определенный процесс. Для реализации интегрального подхода должны быть разработаны модели каждого из процессов, с необходимым набором параметров.
Рисунок 1 - Структура измерительного канала.
Модель процесса съема электрического сигнала
Преобразование температуры Т в электрическое сопротивление R выполняется NTC терморезистором (1). Модель NTC терморезистора представляет собой параметрическую модель температурных зависимостей терморезистора, параметрами которой являются:
• номинальная статическая характеристика;
• погрешность номинального сопротивления;
• постоянная материала В;
• коэффициент рассеяния терморезистора;
• теплоёмкость.
Параметры модели задаются на основании документации, предоставляемой производителем.
Критерии анализа модели
• сопротивление R терморезистора при температуре Т без нагрузки;
• погрешность сопротивления терморезистора нагруженного измерительной цепью.
Модель процесса аналоговой обработки
В блоке (2) осуществляется аналоговое преобразование сопротивления NTC терморезистора R (1) в напряжение и, фактически ее параметров является функция преобразования:
и (Т) = F (RT) ±Ди
где F(T) - вид функции преобразования, Ли - погрешность преобразования, RT - сопротивление терморезистора при температуре Т.
Критерием анализа является величина трансформированной погрешности Ли.
Модель процесса аналого-цифрового преобразования
Квантование напряжения с выхода блока аналоговой обработки (2) выполняется при помощи АЦП (3). Поскольку реализация моделей будет производится на базе ПК, то фактически процесс аналого-цифрового преобразования будет сводится к масштабированию численных значений входного напряжения, представляемых в формате заведомо большей точности (разрядности), к формату заданной разрядности. Единственным пара-
А.О. БЕЛЯЕВ
81
метром АЦП использующимся в данной модели является его разрядность, так как остальные характеристики можно считать несущественными. Критерием анализа модели АЦП является инструментальная погрешность преобразования.
Модель процессов цифровой обработки
Цифровая обработка, представленная блоком 4 на рисунке 1 и заключается в расчете по квантованным значениям отсчетов АЦП истинных значений температуры. Параметры модели:
• количество точек используемой градировочной характеристики;
• характер аппроксимирующей функции;
• формат представления данных;
• параметры численных алгоритмов математических операций;
• параметры вычислительной платформы, на которой будет производится расчет. Критериями анализа модели цифровой
обработки являются:
• погрешность измерения температуры;
• предполагаемая вычислительная сложность алгоритмов для заданной платформы.
Методы анализа интегральной модели
Как было показано в [1] интегральный подход к анализу элементов измерительного канала температуры представляет собой итерационный процесс уточнения параметров интегральной модели. Таким образом для каждой дискретной модели выполняется подбор параметров в заданных пределах, при
которых результат моделирования удовлетворяет поставленным требованиям. В то же время корректировка параметров каждой модели производится с учетом результата исполнения предыдущей модели.
На рисунке 2 представлена структурная схема реализации интегрального подхода к проектированию измерительного канала температуры на базе NTC терморезистора. Основными ее элементами являются модель терморезистора (3, рисунок 2), модели процессов сбора и обработки информации (блоки 4-6, рисунок 2) и обратная связь на выходе блока 7.
Блок 1 представляет собой перечень требований, к процессу моделирования (рабочий интервал температур, разрешающая способность, предельно допустимая погрешность и параметры измеряемого теплового процесса), на основании требований формируются начальные параметры дискретных моделей. Модель NTC терморезистора представлена блоком 3, и ее параметры определяются единожды вначале моделирования. Параметры модели процесса аналоговой обработки, представленной блоком 4 (соответствует блоку 2 на рис. 1), а так же моделей процессов АЦ преобразования и цифровой обработки (блоки 5 и 6, рис. 2), могут быть скорректированы по результатам комплексного моделирования. В случае, если полученное в результате моделирования значение погрешности измерения не удовлетворяет поставленным на начальном этапе требованиям, выполняется следующая итерация со скорректированными параметрами.
Рисунок 2 - Пример обработки запроса на получение данных одним процессом от другого.
Процесс моделирования можно считать завершенным в случае, если погрешность измерения, полученная при моделировании процессов сбора и обработки сигнала NTC терморезистора не превышает значение предельно допустимой погрешности, определен-
ной на этапе составления технического задания.
Выводы
Основной целью создания подхода являлась необходимость определения параметров измерительных цепей и численных ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 2/1, 2012
РЕГРЕССИОННАЯ МОДЕЛЬ НА ДАННЫХ С ИНТЕРВАЛЬНОМ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬЮ
методов, для достижения поставленных требований по точности измерения. Описанный подход, позволяет произвести моделирование и расчет параметров измерительного канала, использующего в качестве чувствительного элемента ЫТС терморезистор, при этом каждая из дискретных моделей имеет собственные параметры и характеристики, может быть скорректирована независимо от других.
На данном этапе разработаны дискретные параметрические модели ЫТС терморезистора, и измерительной цепи построенной на основе терморезисторного делителя напряжения, а так же методы расчета параметров численных методов для аппроксимации температурной зависимости, что уже позволило автоматизировать процесс определения параметров элементов измерительной цепи и расчет коэффициентов аппроксимирующего полинома.
Результаты исследований изложенные в данной статье получены при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках реализации проекта "Создание высокотехнологичного производства по изготовлению информационно-телекоммуникационных комплексов спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS/ Galileo" по постановлению правительства №218 от 09.04.2010.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Беляев, А.О. Интегральные методы анализа элементов измерительного канала температуры на базе NTC терморезисторов// А.О. Беляев, Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск "Компьютерные технологии в науке, инженерии и управлении" - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. № 5. - С. 106-109
Беляев А.О., мл. науч. сотрудник, тел.: (8634) 311-143, e-mail: alexys@pisem.net, Научно-технический центр "Техноцентр" Южного федерального университета
УДК 531.7
РЕГРЕССИОННАЯ МОДЕЛЬ НА ДАННЫХ С ИНТЕРВАЛЬНОЙ
НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬЮ
Н.П.Ординарцева
Рассмотрены вопросы моделирования в предметной области, связанной с измерениями. Отмечена специфика результатов измерений как данных нечисловой природы с интервальной неопределённостью без вероятностной меры. Предложенный метод регрессионного моделирования на данных с интервальной неопределённостью актуален в практических задачах нахождения функциональных зависимостей, в частности, при построении градуировочных кривых средств измерений
Ключевые слова: интервальный анализ, неопределенностью, градуировочные кривые
Актуальность постановки вопроса и его состояние
Во многих практических задачах возникает потребность построения функциональных зависимостей У = / (X) по экспериментальным данным }. Результат измерения
физической величины (ФВ) представляет собой отображение реального физического свойства X на числовую ось Y.«Измерение -гомоморфное отображение некоторой эмпирической системы с отношениями % на числовую систему с отношениями N, т.е.
% = [%, Я% N = ^, Яы ],
регрессионная модель, данные с интервальной
где % = [%, Я% ] - эмпирическая система с
отношениями (% - множество эмпирических объектов; Я% - множество эмпирических
отношений); N = N, Ям ] - числовая система отношениями Nмножество числовых объектов, Ям - множество отношений)» [1]. Отображение [%,Я% Яы ]
является обязательной моделью любой измерительной процедуры. Любое измерение представляет собой отображение наблюдаемого фрагмента действительности в модельном метрологическом пространстве.
Н.П.ОРДИНАРЦЕВА
83
