LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Цифрові системи керування реального часу для відтворення стаціонарних віброакустичних полів

двоетапногона кожному кроці спільного керування середньоквадратичним відхиленням (СКВ) і спектральною густиною скалярного широкосмугового випадкового процесу на виході УОК. На першому етапі (при незадовільній точності відтворення СКВ) здійснюється належна його корекція шляхом зміни тільки коефіцієнта підсилення вхідного масштабуючого підсилювача ІКС, що дозволяє поряд із забезпеченням необхідної точності наближення СКВ одержати початкове наближення вхідної спектральної густини, достатньо близьке до точного розв’язку. Цим забезпечується висока швидкість збіжності алгоритму, який виконується на другому етапі. На другому етапі реалізується адаптивний алгоритм керування спектральною густиною на виході УОК, який включає поточну ідентифікацію параметрів , рекурентним методом найменших квадратів і власне керування - алгоритм типу стохастичної апроксимації.

Доцільність здійснення першого етапу у вищевказаному адаптивному алгоритмі керування обгрунтована твердженням, доведеним у роботі:

Твердження 5.1. Нехай оцінка модуля відносної похибки відтворення квадрата заданого СКВ (дисперсії) вихідного випадкового процесу УОК при оціненому відтвореному значенні СКВ задовольняє умові

, (36)

де - достатньо мале додатне число, а і мають такі вирази (в термінах (35); - крок дискретизації за частотою):

, .

Тоді має місце оцінка , (37)

де - відносна похибка відтворення заданої спектральної густини вихідного випадкового процесу УОК при її оціненому значенні .

З твердження 5.1. випливає висновок: якщо достатньо точно відтворене задане СКВ вихідного випадкового процесу УОК (виконується (36)) то сума за всіма частотними відліками заданого діапазону відносних похибок відтворення заданої вихідної спектральної густини є достатньо малою за модулем (справедливе (37)), і в цьому сенсі точність такого початкового наближення спектральної густини достатньо задовільна.

Вперше запропонований орієнтований на реалізацію саме в цифрових системах активної компенсації в реальному часі алгоритм точного виявлення частоти основної гармоніки полігармонічного віброакустичного шуму на основі двоетапного спершу грубого ШПФ а потім більш точного ДПФ-аналізу сигналів і точного (за виявленою основною частотою) генерування за допомогою цифро-аналогового перетворювача і синхронізатор-таймера на основі оберненого ДПФ полігармонічного компенсуючого сигналу. Зокрема, на другому етапі (точного аналізу) виділяється деякий довірчий інтервал допустимих значень частоти відшукуваного піку (відповідний йому інтервал допустимих значень його періоду), і методом «золотого перетину» знаходиться максимум модулю коефіцієнту Фур’є першої гармоніки як функції періоду піку на цьому інтервалі й відповідне йому більш точне значення періоду (фундаментальної частоти). Разом з апаратною синхронізацією компенсуючого і компенсованого сигналів за фазами алгоритм забезпечує когерентність сигналів, і, як наслідок, досягається високий ступінь активного гасіння. При цьому ще й усувається можливість виникнення в САК «биттів» - періодичних змін від максимуму до мінімуму амплітуди результуючого коливання, що виникає в результаті суперпозиції двох гармонічних коливань з близькими частотами.

Запропонований алгоритмічно-програмний метод підвищення точності генерування гармонічних сигналів за допомогою цифро-аналогового перетворювача (ЦАП), побудованого на основі фіксатора нульового порядку. Він полягає у вирахуванні належної поправки розраховуваного кодового представлення часової реалізації генерованого гармонічного сигналу в оперативній пам’яті ЦАП (чи комп’ютера) таким чином, щоб амплітуда першої гармоніки аналогової ступінчатої полігармонічної апроксимації на виході ЦАП співпадала з заданою амплітудою ідеального аналогового моногармонічного сигналу. Запропоновані методи та алгоритми підвищення точності перетворень спеціалізованого процесора ШПФ і захисту від нестабільностей у роботі аналого-цифрового перетворювача. Вказані методи та алгоритми реалізовані в цифрових системах керування реального часу віброакустичними полями «Спектр-2» і «Спектр-PC».

У шостому розділі розглядаються питання реалізації та результати проведеної здобувачем дослідницької і промислової перевірки створених цифрових систем керування віброакустичними полями в реальному масштабі часу.

Нове концептуальне вирішення акустичних випробувальних систем, яке забезпечує відтворення полів з заданою просторовою кореляцією в широкому частотному діапазоні, захищене авторським свідоцтвом та патентом України, покладене в основу створеної за участю здобувача у Відділі дискретних систем керування Інституту кібернетики імені В.М. Глушкова чотирикомпонентної автоматизованої системи керування акустичними випробуваннями. У системі використане розроблене здобувачем алгоритмічне забезпечення, розглянуте у розділах 3 і 4 дисертації, та створене на його основі програмне забезпечення. Здобувач приймав участь у приймально-здавальних випробуваннях системи Міжвідомчій комісії, яка визнала створену АСУ першою в колишньому СРСР цифровою системою керування реального часу, що відповідала світовому рівню розробок в галузі випробувальних систем. Особливістю архітектури створеної АСУ було те, що, з метою розширення частотного діапазону до акустичної області (за рахунок істотного підвищення швидкодії внаслідок розпаралелення функцій), система була побудована на базі двох керуючих обчислювальних комплексів СМ-4: комплексу генерування і комплексу збирання, аналізу даних та керування і пристрою зв’язку комп’ютерів з об’єктом у стандарті CAMAC. Наведені технологічні характеристики АСУ та результати експериментів з керування широкосмуговими віброакустичними полями, проведених здобувачем особисто.

Здобувачеві належить значна роль в проектуванні та створенні в Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова дослідницької акустичної випробувальної камери і провідна роль у створенні автоматизованої системи вимірювань характеристик акустичного поля, в якій реалізується сканування мікрофоном по вузлах рівномірної сітки спостережень на циліндричній поверхні, розробці алгоритмів функціонування системи, створенні програмного забезпечення процесу сканування і збирання та оброблення даних при проведенні експериментів.

Розроблені методи метрологічної атестації вимірювального тракту типової системи керування віброакустичними випробуваннями та створені у вигляді відповідних докуметів програма метрологічної атестації ВТ та програма експериментального дослідження метрологічних характеристик АСУ в режимі нормального функціонування. Метрологічна атестація ВТ як взірцевого засобу вимірювань полягала у визначенні таких характеристик тракту при введенні в комп’ютер випадкового широкосмугового процесу як динамічний діапазон вимірювань, відносні похибки оцінювання параметрів процесу: спектральної густини, середньоквадратичного відхилення, дисперсій в третинооктавних частотних смугах. Оскільки об’єктивно не існує взірцевого випадкового широкосмугового процесу (через відсутність взірцевих генераторів шуму), то метрологічна атестація ВТ проводилась на тестовому полігармонічному сигналі, генерованому взірцевим аналоговим генератором. Такого роду заміна тестового сигналу була обгрунтована спеціальним ГОСТом.