Комплексное устройство контроля параметров Советский патент 1989 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике контро- пя и может быть использовано в системах контроля параметров при исныта- НИИ и эксплуатации газотурбинных двигателей.

Цель изобретения - повышение точности контроля.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Три комплексируемых датчика можно рассматривать как безынерционные преобразователи информации с наложенными на них определенного вида случайными погрешностями, т.е. выходные сигналы этих датчиков можно представить в виде

х,х+п,; ,,; ,,

(1)

где х; - значения измеряемого сигнала, полученные с помощью i-ro датчика, ,2,3; X - истинное значение измеряемого

сигнала;

п - случайная погрешность измерения i-ro датчика с нулевым математическим ожиданием, обуславленная помехами, возникающими при преобразовании измеряемого сигнала х, а также аппаратурными погрешностями датчиков.

Работа устройства организована на основе алгоритма весового усреднения, т.е. суммирования произведений выходных сигналов датчиков х; с коэффициентами весового усреднения с целью получения средневзвешенного значения измеряемого сигнала

(2)

, к, ,,

Причем для обеспечения оптимальной оценки измеряемого сигнала в условиях нестационарных помех п,п)П необходимо с учетом того, что Д зависят от дисперсий помех комплексируемых датчиков, организовать определение диспер- сии погрешностей комплексируемых датчиков и ,ип,,1)„ , которое целесообразно проводить путем использования разностных сигналов e-(t) каждой пары датчиков

e,(t)x,-x,j;

e2(t)X4-x,;(3)

ej(l:)Xj-x,,

5

0

5

5

или с учетом (1) получаем

ejt)n,-n2;

e(t)nj-n,;(4)

e,(t)n,-n,.

Следует отметить, что величины разностных сигналов являются инвариантными к измеряемом сигналу х и полностью определяются случайными составляющими nj сигналов XJ комплексируемых датчиков.

Математическое ожидание квадрата разностного сигнала е, (t) ,(сЯ, определенное на интервале от до t, имеет вид

И(.4 1 ) I (n,t-t t- t

t t t

-n) dt4 J . J Jt- I I n,

i-t Ч-г л f

Ut,, rile i) - интервал усреднения, на котором определяется MLe(t)J . Так как n , и HJ - некоррелированные случайные величины, то при увеличении t последний член выражения (5) стремится к нулю

I I n.n-dtfcO.(6)

г

данные проведенного на ЭВМ моделирования показали, что для нестационарных помех с периодом нестационарности Т для (0,05. ..0, 2)Т уже выполняется (6). Таким образом, можно записать, чтп

|| ef(t),H.D,, (7)t-tили же

t-t

eJ(t)(Un,+Dfl).

(8)

5

0 е

Проводя аналогичные выкладки по разностным сигналам &(.t) и ), учитывая некоррелированность случайных величин п,,п,Пз, окончательно приходим к следующей системе зФавнений

Z(D,+DH);

(9)

Z2 ();

Z3(JJh3- D,), I . t где z, J e2(t.)dt;

4

., e|(t)dt;

(10)

4

z, (t)dt.

Из системы уравнений (9), решая ее относительно , ,2С Рпз, получаем .

5

+ z.

1520 i82

Найденные из

(11) значения

n,

Изобретение относится к информационно-измерительной технике контроля и может быть использовано в системах контроля параметров. Цель изобретения - повышение точности контроля. Устройство содержит датчики 1-3, блоки 4-6, 13, 17 вычитания, квадраторы 7,11,15, интеграторы 8, 12,16, элементы 10,14,18 задержки, сумматоры 19-21,32,36, инверторы 22-24, блоки 25-27, 33-35 деления, задатчик 28 единичного сигнала и блоки 29-31 умножения. Устройство посредством обработки разностных сигналов датчиков позволяет получить оптимальную оценку измеряемого параметра. 1 ил.

, ,+z.,+Z3

А:

2tDrt, 2fDn, 2tDn,

- n

Таким образом, коэффициенты весового усреднения A , A, k вычисляются в каждый момент по определенным на ни- , терзала 7 значениям дисперсии D,

п-2 Р }

ha чертеже дана схема устройства.

Устройство содержит нервый 1, второй 2, третий 3 датчики каналов вычисления дисперсий, включающие блоки 4 - 6 вычитания, квадратор 7, первый интегратор 8, блок 9 вычитания, элемент 10 задержки в первом канйле вычисления дисперсий, квадратор 11, интегратор 12, блок 13 вычитания, элемент 14 задержки во втором канале, квадратор 15, интегратор 16, блок 17 вычитания, элемент 18 задержки в третьем канале, сумматоры 19-21 каналов, инверторы 22-24 каналов, блоки 25-27 деления каналов. Задатчик 28 единичного сигнала, блоки 29-31 умножения, второй сумматор 32, блоки деления, нервый сумматор 36.

Устройство работает следующим образом.

Входные сигналы датчиков 1-3, равные x,x,Xj, поступают на входы блоков 4-6 вычитания так, что на их выходах имеем выходные разностные сигналы каждой пары датчиков

e,(t)x,

e,(t)X4-x,;(15)

e(t), .

Сигнал е,(t) блока 4 поступает на ход квадратора 7, выходной сигнал оторого, равный квадрату e2(t), инегрируется интегратором 8, на выходе оторого имеет сигнал

(11)

2c:u

,2tUf, можно использовать для

определения коэффициентоп весового усреднения

(14)

t

у, (t)|e2(t)dt.

(16)

25

где t 30

время, отсчитываемое с начала работы устройства. Сигнал y(t) с выхода интегратора 8 подается на первый вход блока 9 вычитания, на второй вход которого подается выходной сигнал у, (t-t) элемента 10 задержки, равный

i-f

y/t-t) e2(t)dt.

(17)

т.е. выходной сигнал элемента 10 задержки у( t- t) - это выходной сигнал инте- 35 гратора 8, но задержанный на время с, где f - время задержки элемента 10 задержки. С учетом де блока 9 имеем

(16) и (17) на выхо- сигнал Z,, равный

2,у, (t)-y,(t-гr)e2(t)dt- t-t

- J e2(t)dt; о -t z, J ej(t)dt.(18)

-t

Таким образом, с помощью квадратора 7, интегратор 8, блока 9 вычитания и элемента 10 задержки производится определение выходного сигнала г,, равного

z,c(Dfl,+Dnj), (19)

где D. .Una дисперсии погрешностей датчиков 1 и 2 соответственно.

Аналогичным образом производится с помощью квадратора 11, интегратора 12, блока 13 вычитания и элемента 14 задержки определение выходного сигна ла г блока 13 вычитания, равного

(20)

погрешности дат

1 L (t)d-(,),

i- где 1)„ - дисперсия

чика 3.

Также с помоЕ(ью квадратора 15, интегратора 16, блока 17 вычитания и элемента 18 задерж1си получаем выходной сигнал Zj блока 17 вычитания, равный

z, I eVt)(,). (21)

I л.

fc-.

Следует отметить, что время задержки для всех элементов 10,14 и 18 одинаково.

Операции, связанные с определени значений )„ ,2) , в соответствии с (11), выполняются сумматрами 19 - 21,-а также инверторами 2 24, которые формируют сигналы -Zj,, -z,,-z,i соответственно. Таким образом, выходной сигнал сумматора 19 2tUft. равен

|ц

2t;u

n,z,+ (-Z2.)+z,,

выходной сигнал сумматора равен

,(-й,) , выходной сигнал сумматора равен

,+Z2+z }.

20

21

(22)

(23)

п.

(24)

Формирование обратных величин выходных сигналов сумматоров 19-21 осуществляется в блоках 25-27 деления соответственно путем деления выходного сигнала задатчика 8, поступающего на одни входы блоков 25-27 деления, на выходные сигналы суммато- роя 19-21

U, 1/2&U,, ;

Ui i/2C-Dn4;

из 1/2гип5 ,

(25)

где и I,и/1,и J - выходные сигналы блоков 25 - 27 деления соответственно,

которые поступают на входы блоков 29- 31 умножения соответственно, в которых осуществляется вычисление произведений выходных сигналов датчиков 1 - 3 на соответствующие выходные сигналы блоков 25 - 27 деления, т.е. на выходах блоков 29-31 умножения имеем сигналы , ,, соответственно. Выходной сигнал U сумматора 32, равный сумме сигналов U4,Uj.U3

,+Uj+U,,

(26)

поступает на одни входы блоков 33-35 деления, на другие входы которых приходят выходные сигналы U, х,, U,x, блоков 29-31 умножения соответственно.

Таким образом, на выходах блоков /33-35 деления имеем сигналы, которые суммируются в сумматоре 36, выходной сигнал которого является выходным сигналом всего устройства и с учетом (25), (26) равен

Чв

.Уi i+Уi5l

и.

и

и

Формула изобретения

Комплексное устройство контроля параметров, содержащее три датчика и первый сумматор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, в устройство введены три блока деления, три блока умножения, второй сумматор, задатчик единичного сигнала и три канала вычисления дисперсии, каждый из которых включает блок вычитания, квадратор, интегратор, элемент задержки, блок вычитания, инвертор, сумматор и блок деления, выход блока деления каждого канала соединен с входом первого сомножителя соответствующего блока умножения и с входом одного из слагаемых второго сумматора, вход делимого блока деления каждого канала связан с выходом задатчика единичного

сигнала, а вход делителя - с выходом сумматора того же канала, вход первого слагаемого которого подключен к выходу блока вычитания того же канала, вход второго слагаемого - к выходу блЬка вычитания одного из других каналов, а вход третьего слагаемого - к выходу инвертора второго из других каналов, вход которого соединен с вы- ходом блока вычитания своего канала, вход уменьшаемого которого связан с выходом интегратора того же канала, а вход вычитаемого - с выходом элемента задержки того же канала, вход которог .подключен к выходу интегратора своего

канала, вход которого соединен с выходом квадратора того же канала, вход которого связан с выходом блока вычитания своего канала, входы уменьшаемого и вычитаемого блоков вычит-ания всех каналов попарно подключены к выходам датчиков, соединенным с входами вторых сомножителей блоков умножения, выходы которых связаны с входами делимых соответствукщих блоков деления, входы делителей которых подключены к выходу второго сумматора, а выходы - к входам соответствукщих слагаемых первого сумматора, выход которого является выходом устройства.