Способ определения статических характеристик измерительных преобразователей Советский патент 1989 года по МПК G01R35/00 

31499299

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения динамических (ДХ) и ( статических (СХ) характеристик измерительных преобразователей (ИП)

Цель изобретения состоит в расшире- НИИ функциональных возможностей и в повышении точности определения характеристик Ш путем определения полных fg ДХ, динамических и физических параметров ИП, в повышении скорости и в понижении себестоимости идентификации за счет определения СХ ИП с любым шагом дискретизации по времени 5 в произвольном динамическом режиме | измерения испытательного сигнала;. Сущность способа заключается в следующем.

Пусть динамическая система описы- 20 вается обыкновенным дифференциальным уравнением п (N-I)-ro порядка с постоянными хотя бы с локальной области измерения выходного сигнала коэффициентами25

П-1

- i: ., . --ьЯх(«,

1 0

dt

()

Где y(t) - выходной сигнал; x(t) - входной (управляющий) сигнал; aj - динамические характеристики; Ь - статическая характеристика динамической системы. Представив производи ные в конечно-разностной форме

dizltni 1 Г dJ:l2lt JC.1.1 . dilxlt.2 7 dtf Й L dt - J

(2)

14

и заменив старшие про1|зводные произ- водными низших порядков при i 1 ,п . и k 1,2,3,.,., получают рекуррентное уравнение

П-1

P;y(k+i) -d ,x(k-fnX

(3)

Вектор коэффициентов редукции

Р fPo PI Р пм 3 определяют величиной шага дискретизации А и вектором

а

1

+ г,

матрицы с ГГп);

П, }

{ .-jb

(4)

Ч

.. ™llillli при (i-1) / (j-i) / при .

fg 5

20 25

30

35

40

45

г

n

50

элементы вектора г

-

i (I-T) Г(п-1+1)(

Ho, так как вектор IT неизвестен, сначала определяют вектор коэффициентов редукции р. Для этого на вход динамической системы подают переменный испытательный сигнал произвольной формы. Скорость изменения испытательного сигнала задают исходя из требований к модели (I), Например, при фиксировании текущего уровня переменного испытательного и формировании от зафиксированного уровня постоянного испытательного сигнала значения выходного сигнала системы (1) не должны выходить за пределы той локальной области изменения выходного сигнала, где коэффициенты уравнения (I) постоянны. Скорость изменения входного сигнала также должна быть достаточно высоко ; чтобы при фиксировякйи теку,; С урозня испытательного сигнал-.: и формировании постойияого Hcni«.i4 ibHoro сигнала на зходе снсте1 ч (I) rta ыходе можно было бы получить некоторый переходный процесс, Фиксируют текущий урорень переменного входного сигнала и от эа- фиксирсгванного уровня формируют постоянный испытательный сигнал х на входе системы, с постоянным шагом дискретизации по времени /1 регистри-; руют значения выходного сигнала (ЛА) до установления на выходе системы постоянного сигнала У- тавляют систему алгебраических уравнений (3) при k в 1,т. При этом в правой части каждого уравнения значения x(k) х принимают равным нулю, переходя к переменным z(k) y(k) - - beXg y(k) - y и учитывая, что

d z(t) dV(t) . ,i при 1 - l,n.

dt

получают

z(k+n)

n-i

X P;z(k-H);

i.o

k 1 ,m или в матричной форме Qp элементы матрицы Q fq j,

(5)

z, где 1 q ij

z(i+j-l), элементы вектора

) , Z(п+2).., Z(п+та) при i 1,п и j l,m. При ненулевых

помехах регистрации значении выходного сигнала вектор-столбец называется наилучшим решением системы уравнений (5), если оно доставляет минимальное значение квадратичным нормам (( QP - ff и Ifp 11. Это решение единственное и определяется по формуле Q, где Q - псевдообратная по отношению к матрице Q. Это решение определяют при различных п, .вычисляя каждый раз квадратичную норму f(Qj - Z ff, и выбирают п, р с минимальной нормой. По вектору р и величине шага дискретизации определяют вектор коэффициентов, а

а

с- (f - г)

()

Для нахождения общего решения однородного уравнения (1) составляют характеристическое уравнение

.п

И -Z с,,.

(7)

и определяют- его корни И, А , ..« Дд . Общее решение однородного уравнения (t) есть сумма, состоящая из слагаемых вида cje каждого про стого корня Д. и слагаемых вида

. k-f е- 11

. с . t

i-t

(8)

для каждого кратного корня /, где k -. кратность корня. Все С; - произвольные постоянные. Для калщой пары крмплексносопряженных корней Л ) в формулу общего решения включаются слагаемые .

е cosOlijt) + с. е sin(wt),

(9) если эти корни простые и слагаемые

Р| (t)cos(wt) + Q,:, (t)sinwt.e,

(10)

если каждый из корней имеет кратность k. Здесь Pj4.((t) и Qjj., (t) многочлены степени k-1 и их коэффициенты - произвольные константы.

Подавляющее большинство ИП с достаточной точностью описываются уравнениями (1), при этом-обычно из- вес тна только СХ эталонного ИП, а да и эталонного и поверяемого ИП неизвестны. Первоначально определяют

9299. б

ДХ эталонного и.поверяемых ЙП по уранвениям (5) и (6). Затем по формуле (4) определяют динамические (в данном случае - коэффициенты редукции, соответствующие выбранному шагу дискретизации Л) и физичес;кне параметры эталонного и поверяемых ИП. По известным динамическим параметрам рj 10 и СХ, по значениям выходного сигнала . у эталонного ИП согласно (3) восстанавливают текущее значение переменного испытательного сигнала

15

) X РЭГ/У r()

ЭТ; У ЭГ

k п+1, п+2, п+3,,

(11)

П Ь1(р

.

эт/ РЭТ

РЭТ,

РЗГ, -1- Далее по известным ДХ и значениям

выходного сигнал.а поверяемого ИП, по текущему значению переменного испытательного сигнала определяют значение СХ рабочего ИП, соответствующее зн ачению испытательного сигнала

bL(x(k))

30

а, x(k)

Ря,

(12)

5 где р р„

Для определения вида функции Ь(,(х) запоминают значения bo(x(k)) и x(k) так, чтобы значение x(k-(-l )-x(k) было постоянным при

0 любом k 1,2,.... Составляют систему уравнений (5), считая z(k) b(x(k)) и Л Л X и по его решению р определяют коэффициенты характеристического уравнения (7), по корням

5 которого определяют вид функции Ъ2(х).

Если коэффици енты a(i О, п-1) зависят от величины измеряемого ригнала x(t), запоминают значения a(xj(k)) и x(k) так, чтобы величина 4 Хо о( )о(1) была постоянной при любом k и определяют вид функции а.(х) как и в случае опре- деления вида функции Ь(х). В этом случае необходимо учитывать, что x(k) не значение испытательного сигнала в момент времени k, а k-й зафиксированный уровень сигнала x(t).

0

На чертеже представлено устройство, поясняющее суть.

Устройство содержит коммутатор 1, фиксатор 2 уровня переменного испытательного сигнала, эталонный 3 и поверяемые 4 измерительные преобразователи (ИП), вычислитель 5, при этом второй выход коммутатора 1 соединен с первым входом фиксатора 2 уровня испытательного сигнала, выход которого соединен с третьим входом коммутатора 1, первый вькод которого соединен с входами эталонного 3 и поверяемого ИИ 4, выходы которых соединены с первым входом вычислителя 5, вькод которого соединен с вто-- рым входом фиксатора 2 уровня испытательного сигнала и с управляющим входом коммутатора 1.

Определение характеристик осуще.ствляется следующим образом.

Переключателем коммутатора 1 в исходном положении соединяют источни переменного испытательного сигнала через первый вход коммутатора 1 -с первым входом фиксатора 2 уровня испытательного сигнала и с входами эталонного 3 и поверяемых :И11 4, регистрируют значения выходных сигналов поверяемых 4 и эталонного Ш1 3 по динамическим параметрам, СХ и значениям выходного сигнала эталонно го 3 ИП определяют текущее значение переменного испытательного сигнала, по динамическим параметрам и значениям выходного сигнапа поверяемых 4 Ш1, по текущему значению испытаГ тельного сигнала определяют СХ по..веряемых ИП 4,

Переключателем коммутатора 1 разъединяют первый вход .коммутатора 1 . от первого входа фиксатора 2 уровня испытательного сигнала и от входов эталонного 3 и поверяемых ИП 4, при этом фиксируется текущий уровень переменного испытательного сигнала и от зафиксированного уровня, формируется постоянный испытательный сигнал, переключателем соединяют второй вход коммутатора 1 с входами эта- . лонного 3 и поверяемых ИП 4, регистр руют значения выходных сигналов талонного 3 и поверяемых ИП 4 до установления на выходах ИП постоянны значений, анализируя значения выходных сигналов, определяют ДХ, динами- ческие и физические параметры эталонного 3 и поверяемых ИП 4. Переключа0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

тель 1 возвращают в исходное положение.

Предлагаемые способ и устройство наиболее целесообразны для определения характеристик ИП угловьк величин, скоростей, линейных ускорений, напряжения и тока, давлений, расходов жидкости и газа, где их использование позволяет существенно повысить технико-экономические показатели устройств определения характеристик ИП. Функциональные возможности его значительно расширены по сравнению с известными техническими решениями. Так, с его . помощью можно определить не только статические,но и динамические характеристики, что позволит в дальнейшем реализовать оптимальньй фильтр обработки измерительной информации особенно при измерении переменных физических величин, определить СХ и ДХ поверяемых ИП в виде аналитических функций, зависящих от величины измеряемого сигнала, определить конкретные физические параметры, отображающие сущность происходящих в ИП явлений, повысить многократно скорость и точность определения СХ ИП за счет идентификагщи характеристик ИП в динаг мическом режиме измерения испытательного сигнала.

Формула изобретения

Способ определения статических характеристик измерительных преобразователей, включающий регистрацию значений выходных сигналов поверяемых измерительных преобразователей при подаче на их-входы переменного испы- тательнопо сигнала, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, повышения точности и скорости опредег ления, первоначально прерывают подачу переменного испытательного сигнала, фиксируют его текущий уровень, затем от зафиксированного уровня формируют постоянный испытательный сигнал на входах эталонного и поверяемых измерительных преобразователей, регистрируют значения выходных сигналов эталонного и.поверяемых измерительных преобразователей до установившихся значений, по этим значениям определяют динам г- ческие и физические параметры эталонного и поверяемых измерительных преобра:зователей, возобновляют

914992.99

родачу переменного испытательноготекущее значение переменного испытасигнала на входы эталонного и поверя--тельного сигнала, по динамическим

емых измерительных преобразователей,параметрам и значениям выходных сиг-t

регистрируют значения их выходных сигиа-налов поверяемых измерительных преоб.лов,по динамическим параметрам,стати-разователей, значению переменного

ческой характеристике и значениям .испытательного сигнала определяют

выхрдного сигнала эталонного измери-статические характеристики поверяемых

тельного преобразователя определяют измерительных преобразователей.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения динамических и статических характеристик измерительных преобразователей (ИП). Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, повышение точности и скорости определения характеристик ИП. С этой целью первоначально прерывают процесс подачи и фиксируют текущий уровень испытательного сигнала, от этого уровня формируют постоянный испытательный сигнал на входах эталонного и поверяемых ИП. Анализируют значения выходных сигналов и определяют динамические характеристики, динамические и физические параметры эталонного и поверяемых ИП. Затем возобновляют процесс подачи переменного испытательного сигнала и по динамическим параметрам и значениям выходного сигнала эталонного ИП определяют текущее значение переменного испытательного сигнала, по динамическим параметрам и значениям выходного сигнала поверяемых ИП определяют статические характеристики поверяемых ИП с любым шагом дискретизации по времени. Способ реализован в устройстве, содержащем фиксатор 2 уровня переменного испытательного сигнала, эталонный ИП 3, поверяемые ИП 4, вычислитель 5. 1 ил.