CC BY
0РОЗРОБКА ТА ЗАСТОСУВАННЯ В1РТУАЛЬНОГО ПРИЛАДУ АНАЛ1ЗУ ТА ДОСЛ1ДЖЕННЯ ОПТИМ1ЗАЦП ПРОСТОРУ ОЗНАК ЗА ЯКИМ ПРОВОДИТЬСЯ КОНТРОЛЬ ТА Д1АГНОСТУВАННЯ У ГРАФ1ЧНОМУ СЕРЕДОВИЩ1 ПРОГРАМУВАННЯ LABVIEW
Коржов 1.М.
AcnipaHm кафедри «Iнформацiйно-вимiрювальнi технологи i системи» Нацюнальний mexHi4Huü утверситет «Хартвський полiтехнiчний iHcmumym», м. Хартв, Укра'та
Мигущенко Р.П.
Доктор техтчних наук, професор, проректор з науково-педагогiчноiроботи Нацюнальний теxнiчний утверситет «Хартвський полiтеxнiчний iнститут», м. Хартв, Украта
Кропачек О.Ю.
Доктор теxнiчниx наук, доцент кафедри «Теоретичт основи електротехнки» Нацюнальний теxнiчний утверситет «Хартвський полiтеxнiчний iнститут», м. Хартв, Украта
Щапов П.Ф.
Доктор теxнiчниx наук, професор кафедри «Промислова i бюмедична електронка» Нацюнальний теxнiчний утверситет «Хартвський nолiтеxнiчний iнститут», м. Хартв, Укра'та
DEVELOPMENT AND APPLICATION VIRTUAL INSTRUMENT FOR ANALYSIS AND RESEARCH OPTIMIZATION SPACE OF INFORMATIVE FEATURES FOR CONTROL AND DIAGNOSTICS IN GRAPHIC ENVIRONMENTAL PROGRAMMING LABVIEW
Korzhov I.M.,
Postgraduate student of the Department of Information and Measuring Technologies and Systems, National Technical University «Kharkov Polytechnic Institute», Kharkiv, Ukraine
Mygushchenko R.P.,
Doctor, professor, vice-rector for scientific and pedagogical work, National Technical University «Kharkov Polytechnic Institute», Kharkiv, Ukraine
Kropachek O. Yu.,
Doctor, Docent, Associate Professor at the Department of Theoretical Foundations of Electrical Engineering, National Technical University «Kharkov Polytechnic Institute», Kharkiv, Ukraine
Shchapov P.F.
Doctor, Professor, Department of Industrial and Biomedical Electronics, National Technical University «Kharkov Polytechnic Institute», Kharkiv, Ukraine
Анотащя
У статп розглянуто розробка та застосування програмного засобу для arani3y та дослщження опти-]шзаци простору ознак за яким проводиться контроль та дiагностyвання. Приведено блок-схему та ли-цьову панель створеного вiртyального приладу аналiзy та дослщження ошгашзацп простору ознак у гра-фiчномy середовищi програмування LABVIEW. Наведено процес ввдладки та тестування зазначеного вь ртуального приладу. Приведено детальний опис принципу роботи створеного вiртyального приладу та зазначеш результата його практичного застосування.
Abstract
The article deals with the development and application of a software tool for analyzing and researching the optimization of the space of features for control and diagnostics. The block diagram and the front panel of the created virtual instrument for analyzing and studying the feature space optimization in the graphical programming environment LABVIEW are presented. The process of debugging and testing the specified virtual device is given. A detailed description of the operation of the created virtual device and the results of its practical application are given.
Ключев1 слова: контроль, дiагностyвання, ошгашзащя, шформативш ознаки, моделювання, LABVIEW
Keywords: control, diagnostics, optimization, informative features, modeling, LABVIEW
Вступ. Формуванням оптимального простору характеризують динашку обладнання при тесто-
шформативних параметрiв за яки проводиться ко- вих змшах техшчного стану промислового
нтроль та дiагностyвання техшчного стану проми- об'екту. Обмежешсть об'ему вимiрювань та пара-слового об'екту - це задача оцшювання в умовах обмеженого об'ему вимiрювань та параметрiв, що
метрiв призводить до необхвдносп пошуку оптимального простору шформативних параметрiв за яки проводиться контроль та дiагностування [1, 2].
Процес оптиодзаци у першу чергу пов'язаний з пошуком та уточнениям адекватних моделей та !х подальшим дослвдженням та аналiзуванням з визначенням цшьово! функцп та вiдповiдних обме-жень [1, 2]. Для дослвдження та аналiзування моделей використовують ввдповщш програмнi засоби.
У цiй статп розглянуто розробка та застосу-вання програмного засобу для аналiзу та досль дження ошгашзацп простору ознак за яким проводиться контроль та дiагностування у графiчному середовищ1 програмування LABVIEW на прикладi математично! моделi [2, 3] створено! для промис-лового екструдера, що розглянутий у [4, 5].
Модель оптимiзацil простору шформатив-них ознак. Дослвдження моделей оптимiзацi! простору шформативних ознак за критерieм максимуму вiрогiдностi контролю та дiагностики техшч-ного стану промислових об'eктiв здшснюеться для функцп [1-3]:
_ 1 2
вибiр розмiрностi простору буде ввдповвдати максимуму функцп Р [1-3].
Для моделювання впливу розмiрностi простору iнформативних ознак на вiрогiднiсть контролю та дiагностики технiчного стану промислових об'екпв були використанi кумулятивш моделi для параметру 5И, що характеризуе поступове зрос-тання геометрично! вiдстанi мiж станами, що дiаг-ностуються, при зростанш розмiру простору ознак
р [1-3]:
Р а
§ п = Ету (2)
к=1 к2
8„
I-
k=ik
(3)
2
82 + 2Р
N
t2
P =
e
2 dt,
(1)
де 5 - геометрична ввдстань мiж станами, що дiагностуються,
р - к1льк1сть iнформативних ознак, N - обсяг навчально! вибiрки. Вiрогiднiсть Р вважаемо цiльовою функщею опттпзацп простору ознак, для яко! оптимальний
Змiнна а, що використана в моделях (2) i (3), виконуе функцп додаткового параметру, який ви-значае геометричну вiдстань мiж станами, що дiаг-ностуються, для першо!, найбiльш шформативно! ознаки [1-3].
Створення вiртуального приладу аналiзу та до-сл1дження оптимiзацil простору ознак. Для анал1зу та дослвдження ошгашзацп простору ознак згiдно з щльовою функцiею вiрогiдностi Р (1) залежно ввд обсягу N навчально! вибiрки та геометрично! ввдс-танi мiж дiагностованими станами для реалiзацi! вторинного статистичного перетворення було створено вiртуальний прилад у графiчному середовищi програмування LabView [6-9], блок-схема якого показана на рис. 1, а лицьова панель на рис. 2.
Рисунок 1 - Блок-схема вiртуального приладу аналiзу та до^дження оптимiзацu простору ознак
—х
t 0,57703; 0,57180? 0,55665!
Рисунок 2 - Лицьова панель вгртуального приладу аналгзу та досл1дження оптимгзацИ простору ознак
Зображена на рис. 1 блок-схема вiртуального приладу аналiзу та дослщження оптимшцд простору ознак працюе наступним чином: вхвдш пара-метри для аналiзу, а саме: значения мiнiмальне, ма-ксимальне та крок обсягу N навчально! вибiрки, значення максимальне та крок шлькосп шформати-вних ознак p, значення змшно! a, що визначае гео-метричну вiдстань м1ж дiагностованими станами для першо!, найб№ш шформативно! ознаки - зада-ються вщповщними елементами контролю Numeric. Для вибору моделi для параметру 5И (2) або (3), що характеризуе поступове зростання гео-метрично! ввдсташ м1ж дiагностованими станами при зростанш розмiру простору ознак p викорис-тано елемент контролю Vertical Toggle Switch. Для розрахунку щльово! функци вiрогiдностi Р (1) за за-даними вхвдними параметрами використанi елемент Error Function VI (розрахунок штегралу ймо-вiрностi), два цикли For Loop (причому один вкла-дено в другий) та три структури Formula Node з вщповвдними формулами:
- int N=(Nmax-Nmin)/Nstep+1 використано для розрахунку шлькосп повторiв тша основного циклу,
- N=nmax/nstep використано для розрахунку ш-лькосп повторiв тiла вкладеного циклу,
- int x=k+1; int y=N*Nstep+Nmin; if(B==1) S=S+a/pow(k+1,2); else S=S+a/(k+1);
z=pow(S,2)/(2*sqrt(pow(S,2)+2*(k+1)/y)) використано для розрахунку геометрично! вщсташ мiж дiа-гностованими станами та аргументу штегралу ймо-вiрностi.
Для графiчного вiдображення отриманих роз-рахуншв застосовано ActiveX container that holds the 3D graph control з перетворенням типiв даних 3D Surface VI, для числового вщображення - елемент Array [6-9].
Для бшьш зручного вiзуального аналiзу отриманих результата реалiзована функцгя автоматичного пошуку та вiдображення максимального значення цшьово! функцii вiрогiдностi Р (з ввдповвд-ними значеннями параметрiв обсягу N навчально! вибiрки та шлькосп iнформативних ознак p) на по-верхнi зображенiй в 3D Surface VI. Зазначена функция реалiзована за допомогою елементiв Array Max & Min Function (пошук максимального значення у двовимiрнiй матрищ), Index Array Function (отри-мання координат вiднайденого максимального значення у двовимiрнiй матрицi) та властивостей, ме-тодiв та функцiй об'екту 3D Surface VI: «Cursors», «RemoveAll», «Add», «Plots», «Item», «Row», «Columm», «SnapMode», «Name», «Plot», «NameVisible» [6-9].
Процес тестування та вiдладки в режимi пок-рокового виконання«HigЫigth execution» зобра-жено на рис. 3.
Рисунок 3 - Процес тестування та вiдладки вiртуального приладу aHmi3y та до^дження onmuMi3a^i
простору ознак
Висновки. Таким чином отриманий вiртуаль-ний прилад дае гнучку та зручну платформу для до-слвдження та аналiзу оптимшци простору ознак зпдно з цiльовою функщею вiрогiдностi P (1) з ви-користанням двох моделей для параметру 5И (2) або (3), що характеризуе поступове зростання геомет-рично! вiдстанi м1ж дiагностованими станами при зростанш розмiру простору ознак p.
Застосування зображеного на рис. 1 вiртуаль-ного приладу дозволили провести аналiз та досль дження оптимшци простору ознак при впливi рiз-них параметрiв на поведiнку цшьово! функцп вiро-гiдностi Р (1), результати цих дослщжень, включно з аналiзом реальних результатiв контролю та дiаг-ностування промислового екструдера [5] за тепло-вими сигналами та вiбросигналами, висвiтленi у [1,
3].
Список лггератури
1. Korzhov I.M. Space optimization models of informative features for control and diagnostics of the technical state of dynamic industrial objects / I.M. Korzhov, R.P. Mygushchenko, P.V. Shchapov, O.Yu. Kro-pachek // Сучаснi шформацшш системи. - Х.: НТУ «ХП1», 2019. - Т. 3. - № 1. - С. 10 - 15
2. Коржов 1.М. Загальне формулювання задачi функцюнально! дiагностики для моделей парамет-рично! дискримшацп / 1.М. Коржов // Системи уп-равлiння, навпацп та зв'язку. - Полтава. - 2018. -№ 6(52). - C. 48 - 52.
3. Korzhov I.M. Studying the influence of training sample volume on the average risk of technical diagnostics / I.M. Korzhov, R.P. Mygushchenko, P.V. Shchapov, O.Yu. Kropachek // International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA). -2019. - Vol. 9. - No. 2. - Р. 64 - 66.
4. Мигущенко Р.П. Щдвищення ефективносп шформацшних технологш контролю i дiагносту-вання стану динамiчних об'екпв / Р.П. Мигущенко, О.Ю. Кропачек, 1.М. Коржов // Матерiали 5-! Все-укрансько! науково-технiчноi конференцп «Technical Using of Measurement-2019». - Львiв: ТзОВ «Галицька видавнича спшка». - 2019. - С. 21 - 23.
5. Мигущенко Р.П. Аналiз типового промислового обладнання виготовлення та переробки термо-пласпв та iнших пластмас з точки зору контролю та дiагностики / Р.П. Мигущенко, 1.М. Коржов // Ма-терiали 2-i Мiжнародноi науково-техшчно! конфе-ренцй' «Актуальнi проблеми автоматики i приладо-будування». - Харшв: НТУ «ХП1». - 2018. - С. 198
- 199.
6. Коржов 1.М. Реализация вычислительных процедур системного информационного преобразования нестационарных вибросигналов средствами LabView / 1.М. Коржов, О.Ю. Кропачек // Системи управлшня, навпацп та зв'язку. - Полтава.
- 2019. - № 6 (46). - C. 76-80.
7. Михеев П.М. Учебный курс LabVIEW - Основы. I / П.М. Михеев, С.И. Крылова, В.А. Лукьян-ченко, и др. - М. - 2007. - 365 с.
8. Васильев А.С. Основы программирования в среде LabVIEW / А.С. Васильев, О.Ю. Лашманов -СПб: Университет ИТМО, 2015. - 82 с.
9. Федосов В.П. Цифровая обработка звуковых и вибросигналов в LabVIEW / В.П. Федосов - М.: ДМК Пресс - 2010. - 1221 с.
10. Коржов I. М. Оцшка та дослвдження чутли-восп, дискримшуючих та дiагностичних властиво-стей показнишв автокогерентносп / I.M. Коржов, П.Ф. Щапов, Р.П. Мигущенко, О.Ю. Кропачек // Системи управлшня, наыгацп та зв'язку. - Полтава. - 2019. - № 1 (53). - C. 70 - 76.
КОРЕКЦ1Я ТЕМПЕРАТУРНОГО ВПЛИВУ НА П'ЕЗОЕЛЕКТРИЧШ АКСЕЛЕРОМЕТРИ
Квастков В.П.
Нацiональний авiацiйний утверситет, д.т.н., проф.
Передерко А.Л. Нацюнальний авiацiйний^iверситет, к.т.н.
Котетунов В.Ю. Нацюнальний транспортний^iверситет, к.т.н.
CORRECTION OF TEMPERATURE INFLUENCE ON PIEZOELECTRIC ACCELEROMETERS
Kvasnikov V.P.,
National Aviation University, Doctor of Technical Sciences, prof.
Perederko A.L., National Aviation University, Ph.D.
Kotetunov V. V.
National Transport University, Ph.D.
Анотащя
П'езоелектричш матерiали - це й об'емна керамжа, й керамiчнi тонш плiвки, й багатошарова керамжа, i монокристали, полiмери та керамiчно-полiмернi композити. В останш роки розроблено i проходить ви-пробування чимало рiзномаиiтних п'езоелектричних плiв-плiвкових матерiалiв для використання у рiзних мiкросистемах i мiкроелектронних компонентах. Встановлено, що плiвковi та об'емнi п'езоелементи вип-дно застосовувати у надвисокочастотних пристроях. Новi релаксорно-сегнетоелектрична керамiка i крис-тали мають надзвичайно високу п'езоелектричну ефектившсть перетворення енергп, що цiкаво, зокрема, для медичних пристро1в вiзуалiзацil та для шших застосувань, таких, як спещальш приводи промислового неруйнiвного контролю.
Abstract
Piezoelectric materials are bulk ceramics, ceramic thin films, and multilayer ceramics, and single crystals, polymers and ceramic-polymer composites. In recent years, a lot of different piezoelectric film-film materials have been developed and tested, for use in different microsystems and microelectronic components. It is established that film and volume piezoelements are advantageously used in ultrahigh-frequency devices. The new relaxation-ferroelectric ceramics and crystals have an extremely high piezoelectric energy conversion efficiency, which is interesting, in particular, for medical imaging devices and for other applications such as special drives of industrial non-destructive testing.
Ключов1 слова: температурний вплив, п'езоелектричш матерiали, акселерометри, плiв-плiвковi ма-терiали, прискорення, вiбрацii.
Keywords: temperature influence, piezoelectric materials, accelerometers, film-film materials, acceleration, vibration.
П'езоелектричш акселерометри е найбшьш розповсюдженими в даний час приладами викорис-товуваними для вимiрювання прискорень i вiбрацii, що пояснюеться, перш за все, простотою конструк-ци, широким частотним i динамiчним дiапазонами, мiцностi, надiйнiстю i стабiльнiстю параметрiв. П'е-зоелектричнi акселерометри працюють на прин-ципi прямого п'езоефекту: при впливi сили на пьзо-елемент змiнюються його геометричш розмiри, внаслвдок чого, на спещально нанесених на п'езое-лемент електродах генеруеться заряд, пропорцш-ний дшчш силi. Таким чином датчики на базi п'е-зоелементiв не потребують додаткових джерелах живлення, а ввдсутшсть рухомих частин забезпечуе довговiчнiсть i стабiльнiсть i'х роботи.
Однак п'езоелектричним акселерометрам при-таманнi такi негативш явища, не пов'язанi з дшчим на п'езоелемент вимiрюваним параметром, як скла-довi електрично! iндукцii, яш виникають пiд дiею змiни температури та генерують на вхщ тдсилю-вача паразитнi сигнали. Вони визначають адитивну похибку або похибку нуля п'езоелектричних датчи-кiв. Особливо ця похибка проявляе себе в умовах мшливо! температури при вимiрюваннi параметрiв низькочастотних прискорень i вiбрацiй.
П'езоелемент змшюючи сво! геометричнi роз-мiри пiд впливом температурних коливань, в ввдсу-тностi впливiв зi сторони вимiрюваного параметру, генеруе на сво!х електродах заряд. Чим бiльше кое-фiцiент лiнiйного розширення п'езоелемента вiдрiз-
