Способ определения статических характеристик 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.

СОКИ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 R 35/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4269924/24-21 (22) 05.06.87 (46) 07,08.89. Бюп.М 29 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) Е.Е.Бокарев, P.È.Ганеев, Л.П.Коричнев, О.Е;Логинов и А.Г.Шевяков (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1071983, кл. G 01 R 35/00, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕ11ИЯ СТАТИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения динамических и статических характеристик измерительных преобразователей (ИП) . Цель изобретения — расширение функциональ" ных возможностей, повышение точности и скорости определения характеристик

ИП. С этой целью первдначально преры,SU„„1499299 А 1

2 вают процесс подачи и фиксируют текущий уровень испытательного сигнала, от этого уровня формируют постоянный испытательный сигнал на входах эталонного и проверяемых 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 динамичес" ким параметрам и значениям выходного д сигнала поверяемых.ИП определяют статические характеристики поверяеми

ИП с любым шагом дискретизации по времени. Способ реализован в уст- С„ ройстве, содержащем фиксатор 2 уровня переменного испытательного сигнала, эталонный ИП 3, поверяемые ИП 4, вы- ам. числитель Л. 1 ил.

3 1499299

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

Цель изобретения состоит в расширении функциональных воэможностей и в повьппении точности определения характеристик ИП путем определения полных 10

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 в произвольном динамическом режиме измерения испытательного сигнала» г Сущность способа заключается в следующем.

Пусть динамическая система описы- 20 вается обыкновенным дифференциальным уравнением n (N-1)-ro порядка с постоянными. хотя бы с локальной области измерения выходного сигнала коэффициентами 25

fl-1

1 Е а —. 1-) -Ь, а х(), а,=О

Где y(t) — ВыхОднОЙ сигнал «х() входной (»правляющий) сигнал; а; динамические характеристики; Ьйстатическая характеристика динамичес" кой системы. Представив производ-,. ные в конечно-разностной форме и заменив старшие производные производными HHBBIHx порядков прН 1 1,n .. и 1с * 1,2,3,..., получают рекуррентное уравнение

11-1

y(k+n),«р,y(k+i) - d" Ъ а,x(k+n).

1 = О (3)

Вектор коэффициентов редукции

- т р т (pî р рг р „, опред ляют величиной шага дискретизации Д и вектором г а (а, а„° ° °, ап- 3

$5 р с,„+r (4) где элементы матрицы с 1с; ), 11 (i fn;j In);

1

11, /» -Р (j-1,! п i ) (i-1) l (j-i) при i, элементы вектора r

g-12 "» п (i-!) (n-i+1)

Но, так как вектор а неизвестен, сначала определяют вектор коэффициентов редукции р. Для этого на вход динамической системы подают перемен" ный испытательный сигнал произвольной формы. Скорость изменения испытательного сигнала задают исходя иэ требований к модели (!). Например, при фиксировании текущего уровня переменного испытательного и формиро" ванин от зафиксированного уровня постоянного испытательного сигнала значения выходного сигнала системы (i) не должны выходить эа пределы той локальной области изменения выходного сигнала, где коэффициенты уравнения (!) постоянны. Скорость изменения входного сигнала также должна быть достато п.о высоко!::, чтобы при фиксировании теку.;;,.:. О уровня испытательного сигнал.; и фо.„ мировании постоян»чого исп.:1т,;:.-.;ьного сигнала на Вход "...Нстемы (J.) ;,а ыходе можно

t было бы получить некоторый переходный процесс, Фнксир.,ют текущий уровень переменного входного сигнала и от зафиксированного уровня формируют постоянный испытательный сигнал х 11 на входе системы, с постоянным maroM дискретизации по времени д регистри-.. руют значения выходного сигнала (ЛА) до установления на выходе системы постоянного сигнапа у Ь х, составляют систему алгебраическйх уравнений (3) при k 1,m. При этом в правой части каждого уравнения значе" ния x(k) х принимают равным нулю, переходя к переменным z(k) y(k)— Ъ х y(k) - у и учитывая, что — -42... — при i, 1 и

dt dt

Э t получают г(k+n) g р; г(k+i) ! еО

k 1m (5)

Ф Ф или в матричной форме gp z, где элементы матрицы С? (с1, ), ci 1„

99299 6

ДХ эталонного и.поверяемых ИП по уранвениям (5) и (6). Затем по формуле (4) определяют динамические (в данном случае — коэффициенты редукции, 5 соответствующие выбранному шагу дискретизации 4) и физические параметры эталонного и поверяемых ИП. По известным динамическим параметрам p yr и СХ, по значениям выходного сигнала у эталонного И11 согласно (3) восстанавливают текущее. значение переменного испытательного сигнала

20 р зт»

Далее по известным ДХ и значениям выходного сигнала поверяемого ИП, 25. по текущему значению переменного испытательного сигнала определяют значение СХ рабочего ИП, соответствующее значению испытательного сигнала

b,,(x(k)) и определяют его корни Л,, Общее решение однородного уравнения (1) есть сумма, состоящая из слагаемых вида с;е " для каждого простого корня Л ° и слагаемых вида

k-< е . с . t (8)

> .» 35

° для каждого кратного корня Я, где

k- †. кратность корня. Все с; — произвольные постоянные. Для каждой пары комплексносопряженных корней Л=

= Чт+.> Ф в формулу общего решения включаются слагаемые е cos({dt) + с,„е sin(at) у

ЮФ Va

+> »> >2 (9) 45 если эти корни простые и слагаемые (р (t) cos(Mt) + Q k, (t) sin u tg. e (10) каждый Н3 корнеи имеет кратность 50

k. Здесь р(, 1(С) и Qk, () многочлены степени k-1 и их коэффициенты— произвольные константы.

Подавляющее большинство ИП с достаточной точностью описываются уравнениями (1), при этом обычно известна только СХ эталонного ИП, а

ДХ и эталонного и поверяемого ИП неизвестны. 11ервоначально определяют

5 14 z(i+j-I) элементы вектора

z (а(п+1), z(n+2),..., z(n+m)j при i = 1,п и j = 1,m. При ненулевых помехах регистрации значений выходного сигнала вектор-столбец р называется наилучшим решением системы уравнений (5), если оно доставляет минимальное значение квадратичным нормам ((Qp — к ((и ((р ((. Это решение единственное и определяется по формуле p = Q z, где Q+ — псевдообратная по отношению к матрице Q, Это решение определяют при различных и,,вычисляя каждый раз квадратичную норму ((Qp — z((, и выбирают и, р» с минимальной нормой, По вектору p и величине шага дискретизации определяют вектор коэффициентов а рО— (6) Для нахождения общего решения однородного уравнения (() составляют характеристическое уравнение

h->

Л с . 4;Л =О, (7)

>=>> и

k) = Х pý,.y.z(k+i-n);

i =>>

k = n+1 и+2, n+3,...

Рэт i где р > .> Ь (p + р + ° ° ° + о зтр эт, п

>l р у (k+i )

Ь .„x(k) (12) 1 где р = -1. р»

Для определения вида функции

2 т

b (õ) запоминают значения b» (x (k) ) и x(k) так, чтобы значение Ь„=

= x(k+1)-x(k) было постоянным при любом 1с = 1,2, ° ... Составляют систему уравнений (5), считая z(k)

= b»(x(k)) и Ь = d „, и по его решению р определяют коэффициенты характеристического уравнения (7), по корням которого определяют вид функции

Ъ, (х).

Если коэффициенты à (i = О, п-1) . зависят от величины измеряемого ,сигнала х(t) запоминают значения

a(x (k)) и x(k) так, чтобы величина

4 х = x»(k+1)-x»(k) была постоянной при любом k и определяют вид функции а .(x) как и в случае опре1 т делениЯ вида фУнкции Ь (х). B этом случае необходимо учитывать, что

xp(k) не значение испытательного сигнала в момент времени k, à k-й зафиксированный уровень сигнала x(t).

1499299

На чертеже представлено устройство, поясняющее суть.

Устройство содержит коммутатор 1, фиксатор 2 уровня переменного испытательного сигнала, эталонный 3 и IIQ. веряемые 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 выход которого соединен с входами эталонного 3 и поверяемого HII 4, выходы которых соединены с первым входом вычислителя 5, выход которого соединен с вторым 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 источник переменного испытательного сигнала через первый вход коммутатора 1

-с первым входом фиксатора 2 уровня испытательного сигнала и с входами эталонного 3 и поверяемых ИП 4, регистрируют значения выходных сиг- 30 налов поверяемых 4 и эталонного ИП 3, по динамическим параметрам, СХ и значениям выходного сигнала эталонного 3 ИП определяют текущее значение переменного испытательного сигнала, 35 по динамическим параметрам и значениям выходного сигнала поверяемых

4 ИП, по текущему значению испыта тельного сигнала определяют СХ поверяемых ИП 4, 40

Переключателем коммутатора 1 разьединяют 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 эта50 лонного 3 и поверяемых ИП 4, регистрируют значения выходных сигналов эталонного 3 и поверяемых ИП 4 до . установления на выходах ИП постоянных

55 значений, анализируя значения выходных сигналов, определяют ДХ, динамические и физические параметры эталон ного 3 и поверяемых ИП 4. Переключатель 1 возвращают в исходное положение.

Предлагаемые способ и устройство наиболее целесообразны для определе" ния характеристик ИП угловых 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 оптимальный 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 идентификации характеристик ИП в дина", 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 испытательного сигнала, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, повышения точности и скорости опреде.-с 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 динами ческие и физические параметры эталонного и поверяемых измерительных преобразователей, возобновляют

1499299

Составитель А.Заборня

ТехРеД Д. 0лийнык

Корректор О. Пипле

Редактор JI.Ãðàòèëëî

Заказ 4688/45 Тиржк /13 Подписное

BIIHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 подачу переменного испытательного сигнала на входы эталонного и поверя -. емых измерительных преобразователей, регистрируют значения их выходных сигна.лов, по динамическим параметрам, стати 5 ческой характеристике и значениям . выходного сигнала эталонного измерительного преобразователя определяют текущее значение переменного.испытательного сигнала, по динамическим параметрам и значениям выходных сиг-; налов поверяемых измерительных преобразователей, значению переменного испытательного сигнала определяют статические характеристики поверяемых измерительных преобразователей.