Навигация
3. РАСЧЁТ ПОГРЕШНОСТЕЙ
3.1. Разрядности АЦП и ЦАП
Рассчитываем допустимое значение погрешности вычисления управляющего воздействия при значении коэффициента точности управляющего кода 
:
В
Рассчитываем разрядность АЦП:
Таким образом, АЦП должен иметь не менее 8-ми разрядов.
Находим коэффициент пересчета АЦП:
(1/% RH)
Определяем величину младшего разряда АЦП:
(% RH)
Вычисляем разрядность ЦАП:
Получили, что ЦАП должен иметь не менее 8-ми разрядов.
Находим коэффициент пересчета ЦАП:
(В)
Таким образом, коэффициент пересчета от входа АЦП до выхода ЦАП:
(В/% RH)
3.2. Трансформированная погрешность
Рассчитываем трансформированную погрешность, которая обусловлена трансформацией погрешностей входных переменных, по которым определяется управление для ПИ закона. Для этого используем ряд конечных разностей
и расчётную формулу трансформированной погрешности
Если вычисление интеграла было выполнено по формуле трапеций, то погрешность определяется как:
Получили величину трансформированной погрешности, которая в два раза превосходит допустимую. Для её уменьшения введём экспоненциальное сглаживание с коэффициентом ослабления 
, тогда:
В
3.3. Инструментальная погрешность
Для оценки инструментальной погрешности выбираем разрядность АЛУ микроконтроллера на 4 разряда больше, чем в АЦП, и рассчитываем величину младшего разряда.
(В)
Теперь для оценки инструментальной погрешности, которая обусловлена ограниченной длиной разрядной сетки вычислителя, необходимо подсчитать количество округлений в алгоритмах проверки на достоверность, сглаживание и ПИ-закона управления:
Полная инструментальная погрешность определяется как
,
где дисперсия единичного округления в АЛУ с учётом равномерного закона распределения определяется в виде:
Итак, имеем:
(В)
Находим методические погрешности интегрирования и дифференцирования на интервале 
с помощью моделирования в пакете Simulink замкнутой системы:
В
Среднеквадратическое значение ошибки управляющего воздействия составляет:
(В2)
Из выполненных расчётов видно, что обеспечить заданную допустимую погрешность вычислений 
В можно, выбрав коэффициент ослабления помех равный , АЦП и ЦАП 8-ми разрядными, а количество разрядов АЛУ не менее 12-ти.
4. ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА
При измерении технологических параметров информация от датчиков поступает в аппаратуру ввода/вывода в виде унифицированных сигналов (0-10В или 4-20 мА), т.е. реальной физической величине соответствует напряжение или сила тока. В устройствах связи с объектом эти сигналы преобразуются в двоичные коды длиной от 8 до 16 разрядов. Чтобы провести анализ получаемой информации, необходимо преобразовать коды АЦП в масштаб реальных физических величин: % RH, м3/час. К тому же датчики могут иметь статические ошибки, нелинейные характеристики или зашумленный выходной сигнал.
Для получения корректных значений результатов мониторинга из двоичных кодов применяют алгоритмы первичной обработки такие, как нормализация, пересчет в технические единицы, проверка на достоверность, сглаживание, проверка на технологические границы.
В данной работе исследуются такие алгоритмы первичной обработки, как
- проверка на достоверность,
- сглаживание.
Проверка на достоверность. Благодаря её выполнению, обнаруживаются и устраняются импульсные помехи, выявляется обрыв или короткое замыкание в канале связи и формируется сообщение о нарушениях оператору-технологу.
В данной работе в качестве измерительной погрешности учитывается только погрешность датчика. Если выбран датчик с погрешностью 
, то максимально допустимое значение погрешности измерения определяется как:
Это выражение следует из нормального закона распределения погрешностей измерения, в соответствии с которым максимальное значение случайного сигнала ymax = 3σy (σy – среднеквадратическое значение). При этом условие проверки на достоверность имеет вид:
.
Проверка сигналов на достоверность заключается в следующем: если условие не выполняется, то содержимое счетчика нарушений увеличивается на 1, неверное значение показаний датчика заменяется последним достоверным, и проверяется следующее показание датчика. При этом осуществляется переход к меньшему шагу опроса датчика: 
(
- новое значение шага опроса датчика после обнаружения первого неправильного отсчета). Процедура проверки повторяется. Если трижды подряд с шагом 
не выполняется условие проверки на достоверность, то по знаку разности (
) принимается решение об обрыве или неисправности датчика i-го канала. Фиксируется время нарушения, его причина и включается резервный канал или резервный датчик.
Сглаживание. Обычно по ходу технологических процессов возникают помехи с частотами, близкими или равными частотам полезного сигнала. Примером такой помехи могут быть погрешности измерения. Устранить их аппаратными фильтрами не удается, но можно ослабить, и весьма существенно, программным путем, реализуя алгоритм скользящего или экспоненциального сглаживания.
Алгоритм скользящего среднего или скользящего окна имеет вид:
Mi – параметр сглаживания, величина которого определяет количество отсчетов 
, взятых для вычисления одного сглаженного значения 
.
Принцип скользящего: для вычисления очередного сглаженного значения записанная в Мi ячейках памяти информация сдвигается влево, и в освободившуюся ячейку заносится новый отсчет датчика. После чего выполняются процедуры суммирования Мi отсчетов и умножения на коэффициент 
. Из анализа алгоритма ясно, что для его реализации потребуется Mi+2 ячейки памяти, а время готовности алгоритма выдать с заданной точностью 1-е сглаженное значение составит
.
Величина параметра сглаживания 
вычисляется по заданному значению коэффициента ослабления помех 
, который, в свою очередь, представляет собой отношение
,
где 
- среднеквадратическое значение помех в отсчетах датчиков xik;
- среднеквадратическое значение помех в сглаженных, вычисленных в соответствии по алгоритму значений xcik.
Значение параметра сглаживания для i–го датчика:
.
Экспоненциальное сглаживание. Его алгоритм имеет вид:
при начальном значении
и диапазоне изменения параметра сглаживания: 0<ai<1.
Величина параметра a определяет длительность переходных процессов и качество сглаживания. Чем меньше a, тем лучше сглаживание, но тем большее время потребуется для получения сглаженного значения 
с заданным ослаблением помехи 
.
Выражение расчёта параметра 
для алгоритма экспоненциального сглаживания, если задан коэффициент ослабления помех :
Первое сглаженное значение будет получено с заданной точностью 
в соответствии с алгоритмом спустя время:
.
Это время будет возрастать с увеличением точности вычислений δ. Достоинством алгоритма экспоненциального сглаживания, по сравнению со скользящим окном, является малый объем памяти, хотя он значительно дольше входит в установившийся режим.
Рис.14 .Результаты работы алгоритмов проверки на достоверность,
сглаживания скользящим средним с коэффициентом ослабления помех 
,
экспоненциального сглаживания со степенью приближения δ = 10-5
для сигнала с датчика влажности.
Похожие работы
... управления осуществляется с помощью автоматизированного модуля верхнего уровня, который также отвечает за интерфейс на посту оператора. 3.1 Требования к структуре системы Автоматизированная система управления и контроля климата в тепличных хозяйствах выполнена на базе микропроцессорной техники. По иерархическому принципу АСУ ККТХ должна подразделяться на уровни: нижний уровень: - ...
... несчастных случаев. Рассмотрен вопрос о мероприятиях по защите окружающей среды. 7. Технико-экономическое обоснование проекта 7.1. Выбор и обоснование аналога В качестве аналога автоматизированной системы управления тепличным хозяйством выберем комплекс «АСУ «Теплица» ЗАО “НАНКО”, который реализует следующие основные функции: · регистрацию и отображение значений контролируемых ...
... по продаже мебели, магазины по обслуживанию работников комбината. Имеются четыре садоводческих общества. Ведется постоянная работа по улучшению условий труда работающих. 1.2 Виды обеспечения автоматизированных систем предприятия В ЗАО «Красноярский ДОК», в общей сложности, имеется около 38 компьютеров, из которых 3 ноутбуков, 33 персональных компьютера и 2 сервера. Средняя характеристика ...
... делать свой выбор в сторону социального блага, то есть в стьорону большей материальной и социальной защищенности со стороны работодателей. Раздел 3. Мероприятия по усовершенствованию системы управления персоналом предприятия 3.1. Усовершенствование состава и структуры персонала Анализ деятельности ЗАО ТМ «Змиевска овощная фабрика» обнаружил ряд негативных сторон в системе управления и ...
0 комментариев