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
Приборы и методы измерения механических величин

Диссертационная работа:

Мясникова Мария Геннадьевна. Измерение параметров электрических сигналов на основе метода Прони : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.01 / Мясникова Мария Геннадьевна; [Место защиты: Пенз. гос. ун-т].- Пенза, 2007.- 184 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/5043

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 5

Глава 1. Подходы к созданию средства измерения на основе
алгоритма Прони 10

  1. Виртуальные средства измерения , 10

  2. Аналитическое представление сигналов 16

  3. Методы оценивания параметров авторегрессионной модели 19

  1. Оценивание параметров полигармонических сигналов 19

  2. Методы оценивания параметров авторегрессионной модели 21

  3. Методы оценивания порядка авторегрессионных моделей 30

1.4 Основные задачи исследования 41

Основные результаты и выводы по главе 1 45

Глава 2. Оценка влияния параметров регистрации и оцифровки на
погрешность измерения параметров сигнала на основе метода Прони 46

2.1 Методика исследования погрешностей измерения параметров
сигнала 46

  1. Оценка влияния порядка модели аппроксимации 53

  2. Оценка влияния числа периодов сигнала за время измерения 57

  3. Оценка влияния количества отсчетов 59

  4. Оценка влияния разрядности АЦП 60

  5. Оценка влияния начальной фазы сигнала 62

  6. Оценка влияния частоты гармонической помехи 64

  7. Оценка коэффициента подавления шума 64

2.2 Анализ результатов моделирования и выработка рекомендаций по
применению метода 67

  1. Анализ влияния порядка модели аппроксимации 67

  2. Анализ влияния числа периодов сигнала за время измерения 69

  3. Анализ влияния количества отсчетов 74

  4. Анализ влияния числа разрядов АЦП 81

  5. Анализ влияния начальной фазы сигнала 85

  6. Анализ влияния частоты гармонической помехи 88

  7. Анализ помехоподавления метода 90

2.3 Исследование возможностей алгоритма при использовании

типовых АЦП 100

Основные результаты и выводы по главе 2 103

Глава 3. Использование априорной информации о сигнале для
повышения помехоустойчивости метода Прони 105

  1. Использование априорной информации о частоте измеряемого сигнала 105

  2. Исследование погрешностей на основе моделирования 108

  1. Выделение известных составляющих из полигармонических сигналов 114

  2. Исследование погрешностей на основе моделирования при выделении известной составляющей 117

Основные результаты и выводы по главе 3 126

Глава 4. Методика измерения параметров электрических

сигналов 127

  1. Общие замечания 127

  2. Методика выбора параметров регистрации и оцифровки на основе номограмм 130

  3. Многофакторный дисперсионный анализ и построение математической модели : 138

Основные результаты и выводы по главе 4 145

Глава 5. Перспективы применения метода Прони 146

  1. Классические методы определения параметров сигналов и цепей 146

  2. Многофункциональное виртуальное средство измерения 151

  3. Реализация метода Прони на нейронных сетях 156

Основные результаты и выводы по главе 5 165

Заключение 165

Основные результаты и выводы по работе 166

Список сокращений 169

Список литературы 170

Приложение. Данные о внедрении 181

Введение к работе:

Одной из тенденций развития современной информационно-измерительной техники является измерение параметров электрических сигналов виртуальными приборами, построенными на базе персонального компьютера и стандартной плате ввода аналоговых сигналов (АЦП) или микропроцессоре с аналоговым вводом информации.

Часто такие средства измерения применяются в автоматических и автоматизированных системах управления, где применение компьютера не является дополнительным требованием - оборудование используется для решения целевой задачи управления или контроля, а в фоновом режиме осуществляется измерение параметров, которые используются в этой системе.

В области цифровых средств измерения в России наиболее известны работы Шляндина В.М., Ломтева Е.А., Шахова Э.К., Шлыкова ГЛ., Гутникова B.C., Орнатского П.П. и учеников их школ; динамические измерения исследуются, например, Г.Н. Солопченко, В.А.Грановским. Реализация сложных алгоритмов в виртуальных средствах измерения пересекается с областью цифровой обработки сигналов, которая имеет очень большие успехи. Наиболее известны работы зарубежных ученых -Гоулда Б., Рейдера Ч., Рабинера Л., Макса Ж. и Марпла-мл. С.Л. др., а также российских - Ланнэ А.А., Гольденберга Л.М., Сергиенко А.Б., Щербакова М.А. и др.

Виртуальные средства измерения имеют общую структуру, включающую блок масштабирования напряжения, схему выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь и компьютер [58], а целевая функция в них реализуется за счет программы обработки зарегистрированных значений сигнала. Очень часто в основе цифровой обработки лежит аналитическое описание сигналов.

Существует много способов аналитического представления колебаний
[70]. Однако, в основном, такое описание используется для восстановления
сигнала по его отсчетам. При этом вид аналитического представления
выбирается исходя из решения одной из возможных задач - сжатие
информации, аппроксимация небольшим числом членов ряда (при удачном
подборе типа функций), удобная форма для спектрального оценивания и т.д.
При этом практически не рассматривается наиболее естественная для
описания свободных и вынужденных колебаний модель, представляющая
собой сумму колебательных составляющих разной частоты с

соответствующими амплитудами, фазами и затуханиями. Если определить параметры такой модели, то можно решать широкий круг задач. Это измерения напряжения, в том числе гармонических составляющих многочастотного спектра; измерение параметров линейных цепей с сосредоточенными параметрами; измерение добротности; измерение частоты электромагнитных колебаний; измерение фазы; измерение амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников; измерение параметров спектра; измерение параметров модулированных сигналов.

Хотя прямых математических методов, позволяющих связать результаты измерения (зарегистрированные дискретные отсчеты сигнала), с параметрами сигнала не существует, известны параметрические методы, в которых на основе перехода от аналогового процесса к дискретному, описываемому авторегрессионным уравнением (АР) (в более общем случае -авторегрессионным уравнением скользящего среднего (АРСС)), осуществляется определение параметров сигналов. Эти методы в основном нашли применение как методы спектрального оценивания, а также как методы предсказания (экстраполяции). В средствах измерения в настоящий момент эти методы не нашли применения из-за сложности алгоритмов. При использовании современных компьютеров это уже не является существенным ограничением. Реализация этих алгоритмов позволит оценить параметры сигналов, однако актуальным останется вопрос обеспечения требуемой точности, так как реализация алгоритма сама по себе лишь обеспечивает

вычисление параметров. Следовательно, необходима метрологическая поддержка - методика измерения. Будем исходить из того, что можно создать методику, позволяющую указать погрешности, обеспечиваемые данным методом, а также установить значения параметров регистрации, при которых можно гарантировать обеспечение заданной точности.

Цель работы - Исследование возможности применения метода Прони для измерения параметров электрических сигналов и разработка методики измерения, обеспечивающей требуемую точность.

Основные задачи исследования:

  1. Анализ особенностей и преимуществ применения метода Прони для оценивания параметров сигналов.

  2. Исследование погрешностей измерения параметров электрических сигналов на основе метода Прони.

  3. Исследование возможностей использования априорной информации о сигнале для снижения погрешностей измерения параметров и повышения помехоустойчивости на основе метода Прони.

  4. Разработка методики измерения на основе метода Прони.

  5. Определение возможностей применения метода Прони для решения различных задач измерения и перспективных направлений реализации.

Методы исследования. При выполнении работы использовались теория цифровых измерений и обработки сигналов, цифровой фильтрации; методы статистического анализа, теория линейных цепей и сигналов, методы спектрального анализа, элементы теории планирования эксперимента.

Научная новизна работы:

1. Показана возможность использования метода Прони для повышения точности измерения параметров электрических сигналов в шумах.

  1. На основе компьютерного моделирования, расчетов и экспериментальных исследований разработана методика измерения параметров сигналов, позволяющая обеспечить измерение параметров с требуемой точностью.

  2. На основе общности структуры АР-уравнения и линейных нейронных сетей предложена реализация алгоритма Прони на искусственных нейронных сетях, позволяющая существенно упростить программную реализацию.

Практическая значимость работы состоит в создании алгоритмов определения параметров сигналов на основе метода Прони для реализации в цифровых средствах измерения, в разработке методики измерений, обеспечивающей требуемую точность. Использование этих алгоритмов в виртуальных средствах измерения позволит повысить точность измерения параметров электрических сигналов в шумах при использовании типовых АЦП.

Реализация и внедрение результатов. Основные результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры «Информационно-измерительная техника» в виде методических указаний «Цифровые методы обработки измерительной информации» к курсу «Обнаружение и фильтрация сигналов». Алгоритмы численной обработки измерительной информации на основе метода Прони внедрены при выполнении НИР № 01.07 «Исследование и разработка многоканальной системы контроля» в рамках программы развития атомной энергетики до 2030г. Разработанное программное обеспечение, реализующее алгоритм Прони, использовано при моделировании и обработке результатов сейсмических наблюдений при выполнении работ по теме «Исследование и разработка методов построения интеллектуальных разведывательно-охранных систем на основе принципов сейсмической локации», а методы повышения

быстродействия - при выполнении НИР гранта РФФИ 06-08-00968а «Теоретические основы экспресс-анализа».

Апробация работы. Результаты работы докладывались на МНТК Современные проблемы оптимизации в инженерных приложениях, г. Ярославль, 2005; на шестой всероссийской НТК Современные охранные технологии и средства обеспечения комплексной безопасности объектов, Пенза-Заречный, 2006; на МНТК «Датчики и системы», Пенза, 2006; МНТК «Методы, средства и технология получения и обработки измерительной информации», Пенза, 2006; МНТК КЛИН, Ульяновск, 2006; на МНТК «Проблемы автоматизации и управления в технических системах», Пенза, 2007.

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе - 1 статья в изданиях перечня ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 100 наименований, изложенных на 181 страницах машинописного текста, включая 80 рисунков и 8 таблиц.

На защиту выносятся:

  1. Теоретическое обоснование применения метода Прони для измерения параметров электрических сигналов.

  2. Результаты анализа влияния на погрешность измерения параметров регистрации и оцифровки.

  3. Методика измерения параметров электрических сигналов, включающая требования к регистрации и оцифровке сигнала, обеспечивающая требуемую точность измерения.

  4. Методы повышения точности за счет использования априорной информации о параметрах сигнала.

Подобные работы
Захаренков Виктор Евгеньевич
Методы измерения параметров эхо-сигналов в коммутируемых каналах передачи данных
Жарков Владислав Владимирович
Разработка и исследование методов и средств диагностики электрических машин на основе измерения их полей рассеяния
Марченко Максим Владимирович
Моделирование внешнего канала в радиоволновых методах измерения параметров диэлектриков
Кузнецов Евгений Николаевич
Структурные методы повышения точности измерения параметров электрических цепей
Свистунов Борис Львович
Структурно-алгоритмические методы синтеза средств инвариантного измерения параметров электрических цепей
Кострикина Инна Анатольевна
Методы и средства измерений электрических параметров материалов для оценивания влажности
Черепанов Виктор Яковлевич
Методы и средства метрологического обеспечения измерений параметров теплообмена и теплоносителей
Бабаев Сергей Сергеевич
Разработка координатного метода и средства измерения угла и параметров отклолнений формы конических поверхностей деталей машин
Дулов Олег Александрович
Методы и средства измерения шумовых и малосигнальных параметров мощных биполярных транзисторов для целей контроля их качества
Попов Юрий Николаевич
Разработка и исследование рефлектометрического метода измерения шероховатости сверхгладких металлических поверхностей

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