МЭС-2012 2 - MES conference

Цифровая адаптивная
линеаризация датчиков
технологических процессов
Гудкова Наталья Васильевна
к.т.н. , доцент каф. САУ
TALA_GUD@RAMBLER.RU
Технологический институт
Южного федерального университета
Таганрог, Ростов н/Д
МЭС-2012
1
Предлагается решение задачи адаптивной
цифровой линеаризации датчиков физических
параметров в информационно-измерительных и
управляющих системах.
Подход к решению базируется на принципах
управления, использующих адаптивное обратное
моделирование неопределенных динамических
объектов типа «черный ящик».
В рассматриваемом случае роль «черного ящика»
играет система технический объект-датчик (ТО-Д), а
ее адаптивная обратная модель представляет собой
весовой коэффициент, перестраиваемый в режиме
реального времени по методу наименьших
квадратов.
МЭС-2012
2
Рис.1. Структурная
схема системы
линеаризации ТО-Д
ТО ─технический объект
Д ─ датчик
K
x  f (u ) ─ нелинейная х-ка ТО-Д

µ─ шаг сходимости LMS
M
2
E[ g k ]
University
─ коэфф.
линеаризации
xk  Kg k  желаемая линейная х-ка ТО-Д

 k  xk  xk ─ ошибка адаптации
uk  gk wk ─ уравнение АОМ
wk 1  wk  2 gk  k ─ Алгоритм LMS

xmax
g max
CKO  E[ k ]  min
2
0  M  1 ─ относительная
ошибка адаптации
─ условие сходимости LMS
2
E[ g k ]
МЭС-2012
─ мощность входного сигнала
3
3
Рис.2. Нелинейная и теоретические линеаризованные
характеристики ТО-Д
University
МЭС-2012
4
4
Рис. 3. Адаптивные процессы линеаризации ТО-Д
при постоянном входном сигнале
1 ─ измеряемый сигнал
2 ─ показания нелинейного датчика
3 ─ показания линеаризованного датчика при К=0,8
4 ─ показания линеаризованного датчика при К=0,5
University
МЭС-2012
5
5
u  g;
 0.046
СКО
)
Входной сигнал g
Выходной сигнал x
e^2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
1
41
81
121
161
201
Рис. 4. Процессы в ТО-Д с нелинейным датчиком при случайном
входном сигнале СКО = 0,046
University
МЭС-2012
6
6
u  g;
 0.046
СКО
)
Входной сигнал g
Выходной сигнал x
e^2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
1
41
81
121
161
201
Рис. 5. Адаптивные процессы линеаризации ТО-Д при случайном
входном сигнале
К= 1; M=0,1; СКО = 0,006
University
МЭС-2012
7
7
u  g;
 0.046
СКО
)
Весовой коэффициент АОМ w
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
1
41
81
121
161
201
Рис. 6. Адаптивный процесс перестройки AOM при случайном
входном сигнале
К= 1; M=0,1; СКО = 0,006
University
МЭС-2012
8
8
u  g;
 0.046
СКО
)
Выполненные исследования показали, что
предлагаемый метод обеспечивает высокую точность
линеаризации, легко реализуется средствами
современной цифровой микро-схемотехники и может
найти широкое применение в интеллектуальных
датчиках (ИД) информационно-управляющих и
измерительных систем.
University
МЭС-2012
9
9
u  g;
 0.046
СКО
)
Спасибо
за внимание!
University
МЭС-2012
10
10