Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Диссертационная работа:

Жуков Артем Владимирович. Исследование и разработка методов параметрической оптимизации многоканальных информационно-измерительных систем : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.05 Таганрог, 2006 148 с. РГБ ОД, 61:06-5/3330

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1. АНАЛИЗ СТРУКТУР, ПАРАМЕТРОВ И НАПРАВЛЕНИЙ ОПТИМИЗАЦИИ ИИС 12

1.1 Анализ структур рассматриваемых ИИС 13

1.2 Исследование основных параметров ИИС и их зависимостей 15

1.3 Выбор критерия оптимизации ИИС 20

1.4 Определение возможных методов оптимизации ИИС 25

1.5 Выводы по главе 26 2. ЭТАПЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ В ИИС И ВНОСИМЫЕ ПРИ ЭТОМ ПОГРЕШНОСТИ

2.1 Оценка методической погрешности квантования по уровню 28

2.2 Исследование методов учета погрешности наложения спектров 29

2.3 Разработка алгоритмов решения прямой и обратной задачи для погрешности наложения спектров 33

2.4 Оценка зависимости методической погрешности восстановления от частоты дискретизации 35

2.5 Исследование погрешностей ИИС, не зависящих от параметров общего информационного потока 49

2.6 Выводы по главе 51

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК И АЛГОРИТМОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ИНФОРМАЦИОННОГО ПОТОКА В МНОГОКАНАЛЬНЫХ ИИС 52

3.1 Формализация описания информационного потока в измерительном канале ИИС. Определение стратегии его оптимизации 53

3.2 Анализ методов выбора частоты дискретизации информационных сигналов

3.3 Методики расчета оптимальных частот дискретизации информационных сигналов в многоканальной ИИС при прямых измерениях 66

3.4 Разработка алгоритмов определения оптимальных частот дискретизации информационных сигналов в многоканальной ИИС при косвенных измерениях 68

3.5 Исследование влияния параметров антиэлайзинговых фильтров на общую погрешность ИИС 81

3.6 Выводы по главе 85

4. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ АЛГОРИТМОВ ОПТИМИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ПОТОКА ИИС. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ. 87

4.1 Анализ устойчивости алгоритмов оптимизации параметров многоканальных ИИС 89

4.2 Оценки эффективности оптимизации информационного потока ИИС 92

4.3 Программная реализация алгоритмов оптимизации информационного потока ИИС 96

4.4 Выводы по главе 98

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 100

ЛИТЕРАТУРА 104

Приложение 1. Исследование способов аппроксимации таблично заданного спектра информационного сигнала АЧХ фильтра Баттерворта 111

Приложение 2 .Программная реализация оптимизации информационного потока многоканальной ИИС 117

Приложение 3. Акты о внедрении результатов диссертационной работы 1  

Введение к работе:

Развитие информационных технологий в обществе за несколько последних десятилетий определяет большой спрос на технические и научные разработки, посвященные сбору, передаче, хранению и обработке информации. Это объясняет огромное количество исследовательских работ, касающихся информационно-измерительных систем (ИИС), устройств цифровой обработки сигналов, быстрых алгоритмов вычислений, систем сжатия данных, систем управления информационными потоками, базами данных и накопления информации. При этом основной целью всех разработок является правильное, качественное и своевременное применение накопленной информации, что объясняет достаточно большую потребность в экспертных системах и системах интеллектуального контроля. Как правило -это сложные системы, которые могут включать в себя все упомянутые выше стадии преобразования информации. С уверенностью можно говорить, что системы сбора информации всегда являются их неотъемлемой частью.

Современные системы контроля имеют достаточно широкий спектр применения, и соответственно сложность каждой из них в зависимости от выполняемых функций может меняться в достаточно большом диапазоне. С развитием технологий ставятся все более и более сложные задачи управления, которые неизбежно влекут за собой соответствующие проблемы адекватной оценки и корректного измерения параметров объектов управления. Соответственно, это обуславливает постоянно возрастающую сложность измерительных систем.

С увеличением сложности объектов исследования, как правило, увеличивается число информационных параметров, что зачастую ведет к увеличению числа измерительных каналов, а также к увеличению числа замеров в единицу времени. Все это приводит к растущей тенденции увеличения потоков измерительной информации и повышению требований к качеству, целостности, актуальности и многим другим свойствам измерительной информации, которая после обработки является базой для принятия решений о дальнейших изменениях управляющих воздействий на объект управления.

С другой стороны типовые концепции построения ИИС уже давно устоялись. Но, несмотря на это, наблюдается постоянный рост технических усовершенствований уже имеющихся наработок, всегда существуют ограничения на такой ресурс, как аппаратные возможности систем. Именно в сложных системах управления, где максимально сокращен запас таких ресурсов, наиболее остро обозначен вопрос о выборе значений параметров информационных потоков в ИИС на фоне оговоренных ограничений.

1. Актуальность темы. Применение различных информационных технологий определяет большой спрос на ИИС. В связи с ростом объемов передаваемой информации повышаются требования к качеству измерительной информации и пропускной способности ИИС. Наличие ограничений со стороны системы управления и объекта управления на ИИС обуславливает некоторое множество возможных значений информационного потока и соответственно задачу определения оптимума информационного потока. Факт повышенных требований к измерительной информации от ее потребителя делает выбор параметров информационного потока более критичным и определяет актуальность оптимизации параметров информационного потока для разрабатываемых ИИС.

Актуальность исследования становится более очевидной при учете того, что класс практических задач и областей применения систем сбора данных постоянно расширяется.

Несмотря на достаточно длительную историю развития измерительной техники, далеко не во всех случаях можно сказать, что теоретические основания в области измерительной техники пригодны для практического применения [1,2,3].

Исследование возможности минимизации потока измерительной информации от объекта управления с учетом накладываемых ограничений позволит разработать методы, гарантирующие максимально качественное управление и выполнение требований технического задания.

Факт качественного управления при минимальном количестве затрат всевозможных ресурсов системы управления позволяет говорить об эффективности системы управления и ИИС в частности, что снова подтверждает актуальность темы исследования параметрической оптимизации ИИС.

2. Объект исследования. Объектом исследования являются многоканальные ИИС, рассматриваемые как часть систем управления. Исследуются взаимосвязи параметров информационного потока ИИС, а также их зависимости от ограничений, накладываемых на ИИС.

3. Цель работы. Целью работы является разработка и исследование методик выбора оптимальных значений параметров информационного потока многоканальных ИИС. В соответствии с целью работы решаются следующие задачи:

1. Анализ основных ресурсов и направлений оптимизации ИИС (определение целевой функции оптимизации и критериев оптимальности);

2. Исследование методов учета погрешностей, вносимых при обработке информации;

3. Исследование и разработка методик обоснования выбора величины потока измерительной информации в ИИС;

4. Исследование влияния параметров антиэлайзинговых фильтров на общую погрешность ИИС;

5. Анализ методик выбора оптимальных частот дискретизации в многоканальной ИИС при прямых измерениях;

6. Разработка методик выбора оптимальных частот дискретизации в многоканальной ИИС при косвенных измерениях;

7. Исследование сходимости алгоритмов расчета параметров информационного потока ИИС; 8. Исследование эффективности оптимизации параметров информационного потока ИИС;

9. Реализация алгоритмов расчета оптимальных параметров информационного потока ИИС в системе Lab View™.

4. Методы исследования. При решении поставленных задач автором использовались: итерационные методы оптимизации, численные методы вычислений, теории дифференциального и интегрального исчислений, теория рядов, операторный и временной методы анализа сигналов, методы компьютерного моделирования.

5. Научный результат. Итогом проведенных исследований и расчетов является:

1. Проведенный анализ основных ресурсов и параметров ИИС, который позволил определить целевую функцию оптимизации и критерий оптимальности; 2. Алгоритм решения задачи расчета минимальной частоты дискретизации по известному значению допустимой методической погрешности комбинированного восстановления информационного сигнала, который дает возможность оценки частоты дискретизации при перераспределении погрешностей; 3. Методика выбора оптимальных параметров антиэлайзинговых фильтров, которая позволяет определить оптимальное соотношение погрешности фильтрации сигнала и погрешности наложения спектров; 4. Методики расчета оптимальных частот дискретизации в многоканальной ИИС при прямых измерениях, использование которых позволяет минимизировать избыточность измерительной информации; 5. Методика оптимального выбора величины потока измерительной информации в многоканальной ИИС при косвенных измерениях, применение которой минимизирует избыточность измерительной информации, повышая этим быстродействие системы управления; 6. Методика оценки эффективности предлагаемых алгоритмов выбора оптимальных параметров информационного потока ИИС, использование которой позволяет получить оценки изменения параметров информационного потока при отклонении его значения от оптимума; 7. Реализация алгоритмов расчета оптимальных параметров информационного потока ИИС в системе LabView™ ,что позволяет автоматизировать расчет. 6. Основные положения, выносимые на защиту. 1. Методика обоснования выбора величины потока измерительной информации в ИИС; 2. Алгоритм решения задачи расчета минимальной частоты дискретизации по известному значению допустимой методической погрешности комбинированного восстановления информационного сигнала; 3. Результаты исследования и методики расчета оптимальных частот дискретизации в многоканальной ИИС при косвенных измерениях; 4. Результаты исследования влияния параметров антиэлайзинговых фильтров на общую погрешность ИИС и алгоритм выбора их оптимальных значений; 5. Результаты исследования эффективности оптимизации информационного потока многоканальной ИИС при использовании разработанных алгоритмов. 7. Практическая ценность. Результаты, полученные в этой работе могут быть использованы для оценки эффективности работы уже существующих ИИС и при разработке оптимальных ИИС. Использование программной реализации предложенных алгоритмов позволяет автоматизировать расчет оптимальных значений параметров ИИС. 8. Достоверность полученных в диссертации результатов подтверждена теоретическим обоснованием, программными реализациями, вычислительными экспериментами, а так же применением предлагаемых методик на практике для конкретных задач, что подтверждают приложенные акты о внедрении.

9. Апробация результатов.

Результаты работы докладывались и обсуждались на всероссийских и международных конференциях. Основные результаты автора отражены в следующих опубликованных работах:

1. Жуков А.В., Жуков В.М. Система сбора измерительной информации с объектов расхода энергоресурсов. Тезисы докладов шестой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. - М.: Изд-во. МЭИ, 2000.-с. 265,266.

2. Жуков А.В. Жуков В.М. Система экологического мониторинга акватории залива у побережья Таганрога. - Таганрог: «Известия ТРТУ» №2, 2001. - с. 67-72.

3. Жуков А.В., Жуков В.М. Система радиомониторинга подвижных объектов с не конфликтующими кодовыми сигналами. Труды LV научной сессии, посвященной дню радио, РНТОРЭС. - М.: «Информсвязьиздат», 2000. - с. 138, 139.

4. Жуков А.В., Жуков В.М. Адаптация структуры частотно-временных сигналов в неконфликтной цифровой системе радиомониторинга. Доклады 3 й международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение». -М.: «Инсвязьиздат», 2000. - с. 34-36.

5. Жуков А.В., Жуков В.М. Многофункциональная бортовая радиотехническая система. 4-я международная конференция и выставка «Цифровая обработка сигналов и ее применение», Т-1. - М.: «Инсвязьиздат», 2002-с. 183-185.

6. Жуков А.В. Информационно-измерительная система контроля качества импульсного стабилизатора напряжения. - Радиоэлектроника, электротехника и энергетика // Восьмая международная науч.-тех. конф. студентов и аспирантов, Т-1. - М.: Изд-во. МЭИ, 2002. - с. 391-392. 7. Самойлов Л.К., Жуков А.В. Выбор оптимальной частоты равномерной временной дискретизации низкочастотных сигналов. - Воронеж: сборник докладов IX международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь», 2003. - 8 с. 

8. Л.К. Самойлов, А.В. Жуков Прикладная программа оптимизации параметров информационно-вычислительных систем. Труды Ш межвузовской конференции по научному программному обеспечению «Практика применения научного программного обеспечения в образовании и научных исследованиях». - СПб.: «Нестор», 2005. - с 136,137. 9. Самойлов Л.К., Жуков А.В. Выбор оптимальных частот дискретизации информационных сигналов при многоканальной структуре информационно измерительной системы. Труды XIII международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики» -М.: Изд-во. МГАПИ, 2005. - с. 101-106. 10. Жуков А.В, Самойлов Л.К. Процесс выбора ограничительного фильтра перед временной дискретизацией сигнала. - М.: Авиакосмическое приборостроение, 2004, №3. - 5с. 11. Жуков А.В. Алгоритм определения минимальной частоты дискретизации по известной допустимой методической погрешности комбинированного восстановления // Сборник докладов международной науч. конф. «Статистические методы в естественных, гуманитарных и технических науках». - Таганрог: ТРТУ, 2006. - 4 с. 10. Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех разделов приложений.

В первой главе производится анализ структур многоканальных ИИС. Приводится обобщенная схема многоканальной ИИС. Анализируются взаимосвязи основных параметров ИИС. Рассматриваются стратегии оптимизации ИИС, с учетом принадлежности ИИС системе управления, что налагает на параметры ИИС определенные ограничения. В результате анализа рассматриваемых параметров и их ограничений предлагается универсальный критерий оптимизации ИИС и определяются методы его реализации.

Вторая глава диссертации посвящена рассмотрению этапов преобразования информации в ИИС с целью анализа вносимых в информационный сигнал погрешностей, так как предлагаемый критерий оптимизации основан на оценке общей погрешности ИИС. При анализе основных составляющих общей погрешности наибольшее внимание уделяется группе погрешностей, зависящих от параметров информационного потока, для определения их прямых и обратных зависимостей от величины информационного потока.

В третьей главе предлагаются методики определения оптимальных параметров информационного потока в многоканальной ИИС. Производится описание общего информационного потока в ИИС и формализуется стратегия его оптимизации. Рассматривается методика определения оптимальной частоты дискретизации в случае одноканальной ИИС. При анализе многоканальных ИИС рассматривается случай прямых измерений в каждом канале и случай, когда измерительные данные в каждом канале участвуют в косвенном измерении. Предлагается методика выбора оптимальных параметров антиэлайзинговых фильтров.

В четвертой главе производится обоснование сходимости предлагаемых алгоритмов. Исследуется эффективность оптимизации информационного потока ИИС. Рассматривается реализации предлагаемых алгоритмов в системе Lab View™.

По результатам каждой главы делаются выводы, которые резюмируются в заключении.  

Подобные работы
Давиденко Павел Николаевич
Исследование и разработка методов проектирования информационных систем на основе дозаторов дискретного действия
Самойлов Алексей Николаевич
Исследование и разработка метода построения автоматизированной системы измерения объема делового лесоматериала
Петушков Владимир Геннадьевич
Исследование методов измерений и разработка технических средств для автоматизированных систем модальных динамических испытаний
Калашников Вячеслав Сергеевич
Исследование и разработка методов проектирования быстродействующих вычислительных узлов для реализации отказоустойчивых систем на основе модулярной арифметики
Шехурдин Антон Александрович
Исследование и разработка методов и средств контроля погасания пламени промышленных печей на основе оптоэлектронных систем с кварцевыми монолитными световодами
Белов Михаил Вячеславович
Исследование и разработка системы управления водогрейным котлом тепловой станции с использованием частотно-регулируемого привода
Лейпунский Михаил Михайлович
Исследование и разработка электронных устройств и систем управления энергообеспечением автономных объектов
Рейзман Яков Александрович
Исследование и разработка малоканальных контроллеров для систем цеховой автоматики
Мавлянов Шавкат Ахмаджанович
Разработка и исследование электромеханических фазовых многоустойчивых элементов систем управления
Павлов Денис Дмитриевич
Исследование и разработка интеллектуального устройства искробезопасности для систем автоматики

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net