Расширение полосы пропускания в мехатронных системах компенсационного типа Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

A survey. // IEEE Transactions on Pattern analysis and Machine intel. Vol. 24. Issue 1. 2002. P. 34-58.

N.A. Degtyarev, O.A. Kushnir, O.S. Seredin

EFFECT OF EYES DETECTION AND POSITION ESTIMATION METHODS ON THE RESULTS OF COMPARATIVE TESTING OF FACE DETECTION ALGORITHMS

This paper examines the effects of two different face representation conversion techniques: eyes estimation model and eyes detection method - on the results of comparative testing of face detection algorithms. The experiments consist of routine face detections in the variety of images. The analysis of experimental results is given in form of ROC-curves and localization accuracy charts.

Key words: model of eyes position estimation, face detection, eyes detection inside a given rectangular image region.

Получено 07.03.12

УДК 621.833

В.В. Кулешов, канд. техн. наук., доц., (4872) 35-05-52, parents @tula. net (Россия, Тула, ТулГУ)

РАСШИРЕНИЕ ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ В МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМАХ КОМПЕНСАЦИОННОГО ТИПА

Рассматриваются вопросы построения широкополосной мехатронной системы охваченной обратными связями разных знаков. Предложена методика определения параметров мехатронной системы. Полученные зависимости могут быть использованы при разработке высокоточных систем стабилизации и навигации.

Ключевые слова: мехатронная система, обратные связи, топологический синтез, полоса пропускания, частота среза.

Недостатком существующих мехатронных систем с жесткой отрицательной обратной связью, предназначенных для измерения механических величин (ускорений, давления, угловых скоростей), является низкая точность измерения, так как выбор коэффициента усиления по разомкнутому контуру ограничен условием устойчивости системы и полосой пропускания [1]. Расширение полосы пропускания мехатронной системы можно обеспечить путем введения в систему корректирующих звеньев, что в конечном итоге приводит к незначительному изменению полосы пропускания [2].

Целью данной работы является расширение полосы пропускания в

мехатронных системах компенсационного типа. Поставленная цель достигается путем реализации в системе топологического синтеза в результате, которого устанавливаются число и место включения регуляторов, т.е. подмножество обратных связей. Наиболее естественными и в общем случае противоречивыми критериями выбора являются условия минимизации числа обратных связей, сложности структур их операторов, усиления контуров обратной связи. Топологический синтез предполагает, что на каждой итерации мехатронная система охватывается одной обратной связью. При этом, выбирается место включения обратной связи до конкретизации структуры ее операторов и значений параметров. Максимальное число обратных связей, которые можно реализовать в мехатронной системе ком/1/0

пенсационного типа определяется по формуле N = 2 ' — 1 (где к1, к2 число входов и выходов в системе) и для большинства мехатронных систем компенсационного равно трём [3].

Проведем анализ мехатронной системы компенсационного типа, охваченной тремя обратными связями. Структурная схема предлагаемого системы изображена на рисунке, где использованы следующие обозначения: Kd,,KуC - коэффициенты передачи датчика угла и усилителя; Tпостоянная времени и коэффициент демпфирования,Kос,K l,Kосз- коэффициенты передачи цепи отрицательной обратной, положительной, отрицательной интегрирующей; K - коэффициент передачи интегратора;

T - постоянная времени сглаживающего фильтра. Л

Оценим работу широкополосной мехатронной системы компенсационного типа с помощью передаточных функций. Передаточная функция по контуру системы положительной обратной запишется в виде

*2( p) p (^ • р+1)'

где

^ = Kd • ^с/2 T;

TQ = T/2

Передаточная функция по контуру местной отрицательной обратной связи запишется как

Ч p) K 01(Г1 • p +1)

X1(p) p(T2 • p + 2 •Со • ^ • p + 1)'

где

K01=М1+Kо • ^ • ^

212

01

Т Т 0 1

1 + Кп-К .Г' 0 ос\ 1

Структурная схема широкополосной мехатронной системы

Введем обозначения, Т^ - т-Тгде т- параметр, обеспечивающий

устойчивость мехатронной системы по фазе при значениях (6>т>1) [3].

В этом случае параметры мехатронной системы компенсационного типа, при охвате системы местными обратными связями разных знаков, будут определяться как

(1 + 7/7)

-V

Величина относительного коэффициента демпфирования £ может

быть обеспечена заданным значением параметров (1 + К^ • К •т-Т^ ). Введем параметр т = (1 + т)/2В этом случае частота среза ме-

хатронной системы компенсационного типа, по контуру отрицательной интегрирующей обратной связи, определится в виде:

213

с <«(1 + т) ср т ■ Т 0

2 «

т1 - т.

1 -«0 ■ тЛ-«0 Ч(2

г2

«0 ■ т1- т1 -

т1 ■ т

■ т{ -«2)2 + (т1 - 2 ■^о)(т ■ т1)

Устойчивость в мехатронной системе компенсационного типа обеспечивается за счет параметра т , который должен удовлетворять условию,

6 < т1 < 1, а увеличение частоты среза устройства сср достигается за счет

выбора параметра т , который может быть т << 1.

Реализуемый коэффициент усиления по разомкнутому контуру мехатронной системы определяется как:

с ,(1 - Т02 ■с2)2 + 4 ■«2 ■ Т02 ■с2 ср\\ 0 ср ^00 ср

К „ ■ К ■ Къ <-

ос3 0

22 т1 ■ Т02 ■с2ср +1

При наличии в мехатронной системе местных обратных связей разных знаков и отрицательной интегрирующей обратной связи частота среза и коэффициент усиления по разомкнутому контуру при параметрах: Т =0.2с, « = 2, т = 4, « = 0.5 тогда Т0 = 0.04с, т1 = 5, будут равны:

сср = 9.25с-1, и К • К ■ КЛ = 37.94с-2. ср ос3 0

В мехатронной системе компенсационного типа с жесткой отрицательной обратной связью с параметрами Т =0.2 е., « = 0.72 значения частоты среза и коэффициентов передачи по разомкнутому контуру соответст-

1 —2

венно равны: со^ < 1.52с ; К < 30с . При значениях т =0.1 и « = 0.125,

параметры мехатронной системы с местными обратными связями разных

знаков и с интегрирующей отрицательной обратной связью будут соответ-

-1 -2 ственно равны: ТЛ = 0.01с, со < 413,68с 1 и К • К■ КЛ = 62615с 2. 0 ср ос3 0

Из полученных значений следует, что по сравнению с мехатронной системой с одной обратной связью частота среза мехатронной системы с местными обратными связями и охватывающей отрицательной интегрирующей обратной связью увеличилась в 62,99 раза и во столько же раз возросла полоса пропускания, и коэффициент усиления по разомкнутому контуру увеличился в 2081,19 раза, что позволяет обеспечить устойчивость системы при значительном коэффициенте усиления по разомкнутому контуру-

Предложенный метод построения мехатронной системы с местной положительной обратной связью, с местной отрицательной обратной свя-

зью, с фильтром верхних частот и отрицательной интегрирующей обратной связью приводит к положительному эффекту. Таким образом, введение в систему местных обратных связей разных знаков и охватывающей все устройство отрицательной интегрирующей обратной связи увеличивает точность и расширяет полосу пропускания. Реализация в системе местных обратных связей разных знаков обеспечивает устойчивость и расширение полосы пропускания, а охватывающая отрицательная интегрирующая обратная связь повышает точность за счет астатизма первого порядка.

Полученные результаты могут быть использованы при разработке мехатронных систем компенсационного типа (например: датчиков угловой скорости и акселерометров) применяемых в системах стабилизации и навигации.

Список литературы

1. Коновалов С.В.,Никитин Е.А., Селиванова Л.М. Гироскопические системы. Проектирование гироскопических систем. 4.III. Акселерометры, датчики угловой скорости, интегрирующие гироскопы и гироинтеграторы. / под ред. Д.С. Пельпора. M.: Высш. шк., 1980.

2. Кулешов В.В., Кожурова Е. Р. Влияние корректирующих звеньев на параметры преобразователя ускорений // Оборонная техника. № 10-11. 1996. С. 35-37.

3. Бурик А.Г. Структурный метод повышения точности маятникового компенсационного акселерометра // Изв. Вузов Приборостроение. 1981. №3. С. 61-64.

V.V. Kuleshov

PASS-BAND EXPANSION IN MEKHATRONNYKH SYSTEMS OF COMPENSATORY TYPE

The problems of building a broadband mechatronic systems covered by the feedback of different signs. The technique of determining the parameters of mechatronic systems. The dependences obtained can be used to develop high-precision stabilization and navigation.

Key words: mechatronic system, feedback loops, topological synthesis, the bandwidth, the cutoff frequency.

Получено 07.03.12