Комплексное измерительное устройство с самоконтролем Советский патент 1990 года по МПК G05B23/02 

(21

) А496645/24-2А

(71

(22) 19.10.88

(46) 23о11.90. Бюл. № 43

) Уфимский авиационный институт

(72) Л.Б. Ураэбахтина, Г.С. Бондарь и И.А.Глебов

(53)621.396 (088.8)

(56) Иванов iO.n. и др. Комплексирова- ние информационно-измерительных устройств летательных аппаратов. Л.: Машиностроение, 1984, с, 88, рис.3.4. Там же, с. 90, рис. 3.6.

(54)KO fflЛEKCHOE ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С САМОКОНТРОЛЕМ

(57|) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в системах контроля параметров газотурбинных двигателей. Целью изобретения является повьшение точности измерения путем учета и контроля корреляционных характеристик погрешностей измерительных датчиков. Устройство содержит датчики 1, 2, блоки вычитания 3, вычисления параметров фильтра 5, сло- жения 7, коррелометр 4 и управляе- :мЬ1й фильтр 6. Устройство обеспечива- ет адаптивную подстройку управляемого фильтра, построение которого раскрыто, что позволяет получить оптимальную оценку измеряемого полезного сигнала в условиях нестационарного характера погрешностей комплексируе- мых измерительных датчиков. 2 ип.

(Л

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в системах контроля параметров газотурбинных двигателей. Целью изобретения является повышение точности измерения путем учета и контроля корреляционных характеристик погрешностей измерительных датчиков. Устройство содержит датчики 1, 2, блоки вычитания 3, вычисления параметров фильтра 5, сложения 7, коррелометр 4 и управляемый фильтр 6. Устройство обеспечивает адаптивную подстройку управляемого фильтра, построение которого раскрыто, что позволяет получить оптимальную оценку измеряемого полезного сигнала в условиях нестационарного характера погрешностей комплексируемых измерительных датчиков. 2 ил.

05

О

00

о: 00

Фив.1

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, конкретно к устройствам комплексной обработки информации, и может быть исполь- , зовано в системах контроля параметров при исп1лтаниях и эксплуатации газотурбинных двигателей.

Цель изобретения - повьшение точности измерения путем учета и конт- ю роля корреля1щонньгх характеристик погрешностей датчиков.

На фиг. 1 изображена схема устройства на фиг. 2 - схема управляемого ф}тьтра.15

Устройство содержит первый и второй датчики 1 и 2, блок 3 вычитания, коррелометр 4, блок 5 вычисления параметров фильтра, управляемый фильтр 6 и блок 7 сложения.20

Блок 5,-рассчитывающий оптимальные значения параметра управляемого фильтра 6 как функции выходных сиг- налов коррелометра 4 по приведенным математическим выражениям может быть 25 реализован на узлах, деления-, умножения, вычитания и сложения, квадраторах, узлах извлечения квадратного корня, логарифматорах, источниках опорного напряжения.30

Управляемый фильтр 6 содержит первый блок 8 умножения,, блок 9 сложе- НИН, блок 10. вычитания, второй блок 11 умножения, блок 12 деления, фильтр 13 низких частот с регулиру- 5 емой постоянной времени, состоящий из блоков 14 и 15 де.пения, блока 16 вычитания, интегратора 17.

Устройство работает следующим образом .40

На входа датчиков 1 и 2, безынерционных и измеряющих одну и ту же физическую величину, поступает полезный сигнал x(t)о При условии приведения выходных сигналов датчиков 1 и 2 к дЗ одному уровню они будут равны

x.(t) (-«-n,) x(t) (+n)t.

(1)

50

де x.(t) и ) - выходные сигналы датчиков 1 и 2, соответственно;

n,(t) и ng(t) - аддитивная пог- решность датчи-, ков 1 и 2, соот-| ветственно, при- веденная к выходу этих датчиков .

Описание погрешностей п и п, которые являются нестационарными, априорно отсутствуют. Аппроксимируем корреляционные функции этих погрешностей корреляционными функциями вида

R,«.D,a).e-° - (2) RjC) - .e- , (3)

где (У, (t) и ) параметры затухания, причем возьмем о.бо1ий случай, когда

0, (t) i )..

(4)

D,(t) и - дисперсии погрешностей n,j и n соответственно.

Выходные сигналы датчиков 1 и 2 поступают на-блок 3 вычитания, разностный сигнал на выходе которого равен

l(t) x,(t)-x(t) n,(t)-n2(t) (5)

Корреляционная функция разностного сигнала (с учетом некоррелирован- н ости погрешностей п и п) имеет вид

R,() + RgC)

D,e

D.e

-O. /o/

+ (6)

З

0

т.е.. она равна сумме корреляционных функций погрешностей п , и п.

Разностный сигнал e(t) с вькода блока 3 вычитания поступает на вход коррелометра 4, на четырех выходах которого имеем значения корреляционной функции разностного сигнала Rg(t) для четырех различных значений

: Rg(), Re(), R(E). которые приходят на четыре входа блока 5, на выходах которого формируются сигналы К, Т , и Т, являющиеся параметрами управляемого фильтра 6. Оптимальные значения параметров управляемого фильтра 6 К, Т и Tg, являющихся функциями времени, рассчи- тьшаются в блоке 5,.как функции параметров погрешностей измерения 0(.,

51608618

uSU D,,H D, которые являются апрй-- ак как в вьфажении для корреляционорю неизвестными. Для их оценки .ных функций, аппроксимирующих коррепр длагается определить значения кор-ляционные функции погрешностей п, и

peJяциoннoй функции разностного сиг- ,п, содержатся четыре неизвестных СиГ,,

нала Re() для четырех фиксированныхО г ° г Поэтому имеем систему

- из четырех уравнений с четьфьмя неингервалов корреляции CQ О,С, ,

Cj аС, € ЗС (при с 0,5... 1,5 с) известными

Re(o) .

Re(.) Re() « Re(C.)Re(2C)D,.

Re(,) Re(3«) D,. D..

(7)

1

Репим систему уравнений (7), при этом дл удобства введем следующие обоз- на ения

,(0) а.; RgCC-) а,; (2) aj,, С дяются

Ret3C) аз; -c.fftl

-0/1

L,

Перепишем (7) в следующем виде;

ад D,+ DZ;

а, De+ Le+ D«+ Lpi ;

I(ajaj-a,a) +л| (a aj-aiajli i (ai;aQ aj) (a|.,) д- Г 2(a2 - )

Рассчитаем теперь параметры управляемого фильтра 6, передаточная функ- которого должна быть такой, чтобь

фильтр с минимальными искажениями

Не

пускал п и подавлял п, , сигнал i2DiOii

выходе управляемого фильтра 6 дол- S п , to) пяпняться опенке сигнала - п. . 40

ПС ГЗО1Л jfji JbiiJOi i - - - эс - «

жен равняться оценке сигнала - п .

Оптимальная передаточная функция фильтра 6

. . 21)

ы

WI

J q) (IU)

snt(CO)H(jCi

((-jw)

г;;е S „ (СО) и S (СО) - спектральные плотности слу,, . . 2D(0(i2Dc i

ij;(ja))()(-JO) /ф(л(0)|г Sn,(cj) +.Sn() -гтсо

If 2 .jjo2 i.. (,7)

+ шО ( (oi,-t-jb))((X2-bjcJ)

T FToOlo i + uO

,fi,l + ( ) (18)

X

(7)

aj + %-Ьл ; а, Dg. + D -LVРешениями системы уравнений (Ю) яв(11) (12)

(13)

хшйных погрешностей П/ и Пд соответственно, которые равны

(16)

. . 21)

ы

где Н (jco) - преобразующий оператор, 45 I нашем случае H(ju)) 1;

С 1 операция выбора члена в скобках, соответствующего полюсу в верхней полуплоскости

л|20Д,+ 2D20C2 ;

(19)

IllilS J ™

(c/.+j-toTTofa- p)

. (y+jom

oCBalXz

TIoJ

T5T-j(P)(o()J

(0,-М 1 (

(oii+Io:) (У -jcopj If + j CO p

J Ц. -2-1 2T5 (V

M j-jwpJ.

Pit + .

« pp,T,

в Aft - 1

(20) (21)

W(jCO)

Таким образом, в блоке 5 по посту- 22 s5S;2i liiy li lL±i i ,-- пающим из коррелометра 4 значениям

у+ jCOfS

0(,+JW

Re(0), Re(C), Re(2) и RgO) вычисляются последовательные значения

(Rp(0)Re(3)-R(1)Re(2U) +J(R(0)R(36-Re(m.e(2C))i3(Ri(2)R(0) ...,..-....--.

Rei2O)iReUc)()Re(3C;)

0, - -i- In L,;

R5(U)-L,- Re( . i RjoT L - Re()

-- 5:Re() - Re(0)Li j) - Г

Li - L,

D, Re(0) - Da;

2DzCC2(0.+ )Kt .

К jlT+Fe

J 2D,c, + ;

(i 2D,c;, + 1

1 57

т -

T. - J

(27) (28)

(29)

(30) (31)

функцией (22), выходной сигнал которого, как указывалось выше, содер лт только оценку погрешности измерения -ny(t), которая проходит на вход блока 7 сложения, на другом входе которого сигнал равен х (t). Выходной сигнал блока 7 сложения равен

л . . x(t)

40

Xjt) - n.(t) X(t) 4- n(t) - n (t)3«x(t), (37)

(32) 45

(33) (34) (35)

(36)

50

т.е. оптимальной оценке величины полезного сигнала x(t).

Узлы, составляющие фильтр 6, определяют передаточную функцию

W . iBlM к Е .. (38) р e(t) Т2Р+1

Заметим, что выходной сигнал блока 10 равен вьпсодному сигналу блока В умножения минус выходной сигнал фильт- 55 -ра 13 нижних частот с регулируемой Следовательно, в блоке 5 определя- постоянной времени, а ьыходной сигнал ются параметры К, Т . и Т, управляемо- блока 12 деления равен частному от .го фильтра 6, представляющего собой деления выходного сигнала блока 5 Т,,

на другой выходной сигнал блока 5 Т.

фильтр 1-го порядка с передаточной

. 2D20i2(i+j(p)W.+0(2) 2DiOt2((X1+0/2) .

(pjw(iny +jio(I) (y -()y

1 + 1031/66

Г+ jw(b7

IS1(M K--i-i- ii - (22)

(ju)). 1 + ;

2D2C/a(6 + )

« - -j-fwr

v /

т -

(23) (24) (25)

Таким образом, в блоке 5 по посту- пающим из коррелометра 4 значениям

Re(0), Re(C), Re(2) и RgO) вычисляются последовательные значения

()Re(3C;)

1

(26)

функцией (22), выходной сигнал которого, как указывалось выше, содер лт только оценку погрешности измерения -ny(t), которая проходит на вход блока 7 сложения, на другом входе которого сигнал равен х (t). Выходной сигнал блока 7 сложения равен

л . . x(t)

Xjt) - n.(t) X(t) 4- n(t) - n (t)3«x(t), (37)

т.е. оптимальной оценке величины полезного сигнала x(t).

Узлы, составляющие фильтр 6, определяют передаточную функцию

W . iBlM к Е .. (38) р e(t) Т2Р+1

Заметим, что выходной сигнал блока 10 равен вьпсодному сигналу блока В умножения минус выходной сигнал фильт- ра 13 нижних частот с регулируемой постоянной времени, а ьыходной сигнал блока 12 деления равен частному от деления выходного сигнала блока 5 Т,,

на другой выходной сигнал блока 5 Т.

Фильтр нижних частот с регулируемой постоянной времени реализуется на блоках деления 14 и 15,-блоке 16 вычитания и интеграторе 17 и имеет передаточную функцию

ф --I-- ,(39)

иТр)

W(p)

выходной и входной ,Q сигналы фильтра нижних частот с регулируемой постоянной времени;

регулируемая посто- янная времени, равная второму выходному сигналу бло- ка 5.

. 20

сигнал у(р) определя-

р) ,и(р) (P)J,(0)

Редактор С. Патрушева

Составитель В. Воронов Техред М.Дидык

Заказ 3615

Тираж 660

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

п оизводственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Формула изобретен и я Комплек сное измерительное устройство с самоконтролем, содержащее первый и второй датчики, блок вычитания и блок сложения, выход которого является выходом устройства, а вход : первого слагаемого и вход вычитаемого блока вычитания соединены с выходом второго датчика, вход уменьшаемого блока вычитания связан с выходом первого датчика, отличающееся тем, что, с целью повьшшния точности измерения путем учета корреляционных характеристик погрешностей датчиков, в устройство введены коррелометр, управляемый фильтр и блок вычисления параметров фильтра, группа выходов которого соединена с группой управляющих входов управляемого фильтра, а группа входов связана с группой выходов коррелометраj вход которого и информационный вход управляемого фильтра подключены к выходу блока вычитания.

Корректор Л.Бескид

Подписное