Методы и средства обработки аналоговых сигналов (стр. 1 из 8)
Курсовая работа по "Системы реального времени"
СОДЕРЖАНИЕ
Задание
Аннотация
Информационный расчет
Нагрузочный расчет
Топологический расчет
Анализ результатов
Литература
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Разработать проект автоматизированной системы предназначенной для научных исследований, обучения и производственных испытаний системы сбора и обработки аналоговых сигналов, снимаемых с датчиков, установленных на некотором испытательном комплексе, например, на газотурбинном двигателе.
Исходные данные к проекту: Вариант № 17.
Таблица 1
| ПАРАМЕТРЫ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ (ОИ) | |||
| № группы датчиков | Количество датчиков в группе | Вид корреляционной функции сигналов на выходе датчиков | Параметр корреляционной функции |
| j | mj | Rj | a |
| 1 | 9 | exp(-a2t2) | 20 |
| 2 | 2 | exp(-a|t|) | 80(0,08) |
| 3 | 5 | sin(at)/(at) | 30 |
| 4 | 11 | exp(-a|t|)(cos(at)+sin(at)) | 0,8 |
Таблица 2
| МЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСНИ | ||
| Время сбора данных, Сек | Допустимая ошибка восстановления сигнала в % от его шкалы, по критерию оценки погрешности восстановления сигнала: среднеквадратического отклонения – (ск) | Допустимый резерв загрузки ЭВМ в рабочей точке |
| Tсб | e0 | R0 |
| 15 | 3,5 (ск) | 0,10. |
Таблица 3
| КООРДИНАТЫ ДАТЧИКОВ | |||
| Порядковый номер датчика | № датчика в циклограмме | Координаты датчиков | |
| Xi | Yi | ||
| 1 | 11 | 47 | 77 |
| 2 | 12 | 25 | 80 |
| 3 | 13 | 72 | 82 |
| 4 | 14 | 60 | 75 |
| 5 | 15 | 85 | 55 |
| 6 | 16 | 75 | 72 |
| 7 | 17 | 57 | 87 |
| 8 | 18 | 87 | 71 |
| 9 | 19 | 72 | 51 |
| 10 | 21 | 75 | 35 |
| 11 | 22 | 71 | 26 |
| 12 | 31 | 80 | 40 |
| 13 | 32 | 56 | 26 |
| 14 | 33 | 82 | 20 |
| 15 | 34 | 60 | 15 |
| 16 | 35 | 71 | 14 |
| 17 | 41 | 36 | 17 |
| 18 | 42 | 22 | 18 |
| 19 | 43 | 20 | 25 |
| 20 | 44 | 11 | 54 |
| 21 | 45 | 22 | 40 |
| 22 | 46 | 30 | 22 |
| 23 | 47 | 43 | 85 |
| 24 | 48 | 27 | 52 |
| 25 | 49 | 40 | 25 |
| 26 | 410 | 15 | 35 |
| 27 | 411 | 25 | 60 |
Основные требования к АСНИ «Методы и средства обработки аналоговых сигналов»
Система должна обеспечивать одновременный сбор и первичную обработку информации с заданного количества датчиков в течении заданного интервала времени. Ошибки восстановления сигналов по полученным отсчетам должны быть не более заданных значений.
Резерв по загрузке ЭВМ в рабочей точке на этапе сбора данных должен быть не менее заданной величины.
Задание получила (число, месяц, год)
Подпись_____________
Задание выдал (преподаватель)
Подпись_____________
АННОТАЦИЯ
В проекте разработана автоматизированная система, предназначенная для научных исследований и производства испытаний газотурбинных двигателей (АСНИ ГТД).
Исходные данные приведены в начале пояснительной записки к курсовому проекту.
Проект включает следующие этапы:
Информационный расчет (для интерполяции 1 порядка)
Нагрузочный расчет (основной)
Топологический расчет
Анализ результатов
На первом этапе получены реальные частоты опроса датчиков и информационная производительность объекта исследований. Информационный расчет проводился для метода линейной интерполяции. В результате получена следующая суммарная частота следования выборок с датчиков:
C0=9×50,51661+2×632,708+5×13,378019+11∙3,454699=1825 (Гц).
По минимуму суммарной производительности системы сбора определена наиболее подходящая разрядность АЦП – 6.
На втором этапе построена адаптивная равномерная циклограмма опроса системы датчиков АСНИ и получена ее рабочая частота Срт= 1748,786688 (Гц). Произведен расчет рабочей нагрузки АСНИ, построена ее потенциальная нагрузочная характеристика. Производительность системы в рабочей точке составила Сs =2538,07 ( Гц), резерв по нагрузке равен R = 0,10. По критерию минимальной стоимости сформирован оптимальный состав аппаратно-программного комплекса АСНИ. Окончательный вариант АСНИ состоит из 4-х 8-и канальных 6-и разрядных УСД, ЭВМ №1, ОС №1, последовательного интерфейса и 3-ех блоков памяти по 16 кбайт каждый. Общая стоимость системы Qs=16834,735 у.е.
На третьем этапе расчета определена топология сети и размещение АСНИ в монтажном пространстве. Уточнено количество УСД:4.
На четвертом этапе произведена оценка показателей эффективности окончательного варианта АСНИ. Информационная избыточность АСНИ в целом равна:
hs = (hусд +1)( hвд +1)( hд +1) - 1 = (0,1748+1)(0,1648+1)(0,33+1) - 1 = 0,8199.
Стоимостной дисбаланс АСНИ, характеризующий асимметрию загрузки системы, равен:
ИНФОРМАЦИОННЫЙ РАСЧЕТ
Информационный расчет для линейной интерполяции выполняется с использованием формул среднеквадратической и максимальной ошибок для линейной интерполяции.
Цель информационного расчета - определение информационной производительности ОИ, обеспечивающей получение конечных результатов с допустимой точностью. При этом необходимо решить следующие задачи:
выбрать способ восстановления сигналов по дискретным отсчетам;
рассчитать параметры квантования сигналов с датчиков по критерию минимума информационной производительности ОИ;
сделать предварительный выбор устройств сбора данных.
Выбор способа восстановления сигналов по дискретным отсчетам осуществляется между ступенчатой и линейной интерполяцией. В начале, как наиболее простая, выбирается ступенчатая интерполяция, и производятся расчет параметров квантования сигналов и предварительный выбор устройств. Но рассчитанные таким образом информационная производительность ОИ и выбранные УСД могут предъявлять чрезмерно высокие требования к ЭВМ (выходить за пределы их возможностей), в этом случае требуется перейти к более сложной, но и более экономичной линейной интерполяции. Линейная интерполяция при тех же частотах, что и в случае ступенчатой интерполяции дает гораздо меньшую погрешность, поэтому допустимую погрешность можно получить на значительно меньших частотах опроса, чем при ступенчатой интерполяции. Проверка соответствия выбранного метода интерполяции и ЭВМ откладывается на этап нагрузочного расчета.
Расчет параметров квантования сигналов осуществляется по следующим формулам:
1. Основная цель данного этапа - расчет частот опроса датчиков, причем таких частот, которые в последующем позволят восстановить сигнал с заданной точностью. Для выполнения этого условия необходимо выполнение неравенства:
При среднеквадратической ошибке – (ск): e2(n,Dt)£ D2 (1)
При максимальной ошибке – (м): e(n,Dt)£ D (2)
Здесь D - граница для допустимой ошибки восстановления сигнала, задаваемая в процентах от диапазона сигнала (шкала сигнала) и зависит от дисперсии сигнала -
при равномерном распределении сигнала
при нормальном распределении сигнала
По заданию сигнал распределен по нормальному закону. По закону 3s за достоверные значения с вероятностью большей 90% принимаются только те, которые лежат на далее 3s влево и вправо от точки математического ожидания. Ширина этого диапазона D именуется шкалой.
Тогда: D=e0*D
D=6*ss
D2=36*ss2 => ss2=D2/36
D2=36*ss2*e02
Если ошибка составляет 1% от шкалы сигнала с нормальным распределением, то это значит при критерии максимальной ошибки:
и соответственно при критерии СКО:
Среднеквадратическая ошибка при линейной интерполяции имеет вид
(4)Независимо от выбранного критерия оценки погрешности ошибка восстановления сигнала включает две аддитивные составляющие:
- погрешность квантования сигнала по уровню
(5)- погрешность дискретизации сигнала по времени
(6)