Нейросетевой измерительный преобразователь

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621
М. Г. Скворцов M. G. Skvortsov
НЕЙРОСЕТЕВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ TRANSFORMER MEASURING NEURAL NETWORK Волгоградский государственный технический университет E-mail: neumet@mail. ru
Рассмотрены вопросы диагностики состояния нейросетевого преобразователя угол-код. Применение нейросетевого моделирования иерархической структуры преобразователя с учетом текущих измерений позволяет уменьшить погрешность преобразователя угол-код.
Ключевые слова: преобразователь угол-код, нейросетевое моделирование иерархической структуры, погрешность преобразователя.
The questions of diagnostics of the state of transformer are considered angle-code. Application of neural network design of hierarchical structure of transformer taking into account the current measuring allows to decrease the error of transformer angle-code.
Key words: transformer angle-code, neural network design of hierarchical structure, error of transformer.
Диагностика состояния измерительного преобразователя угол-код является актуальной задачей. Прецизионные фотоэлектрические преобразователи угловых перемещений [1] с погрешностями, исчисляемыми угловыми секундами в диапазоне 360°, широко применяются при разработке высокоточных автоматических измерительных устройств (в машиностроении — для контроля геометрических параметров деталей- в навигации — для определения положения ориентируемого объекта относительно выбранной системы координат).
Фотоэлектрический преобразователь угол-код состоит из светодиода, формирователя светового потока, кодовой маски на вращающемся диске, неподвижного диска и фотоэлементов.
При изменении угла поворота вала световой поток, проходящий через кодовую маску и вертикальную щель неподвижного диска, попадает на светочувствительные полоски фотоэлементов. На выходе фотоэлементов образуется код соответствующего угла, из которого затем в вычислительном устройстве формируется цифровой отсчет угла [1].
Основными источниками погрешности фотоэлектрического преобразователя угол-код являются: технологические (неточность изготовления всех элементов- эксцентриситеты и непа-раллельность кодового диска и диафрагмы- погрешности рисунков кодовой маски -эллипсность дорожек, модуляция ширины и шага щелей), методические (постоянная составляющая в выходных сигналах, наводки от соседних разрядов), а также эксплуатационные (нестабильность параметров радиоэлементов,
изменения уровней сигналов фотоприемников и порогов срабатывания компараторов из-за старения источника излучения, влияния температуры и помех окружающей среды) [1−4]. Непостоянные и возрастающие при эксплуатации динамические погрешности преобразователя обусловлены биением подшипников и эксцентриситетом ротора (поперечными перемещениями вала), что создает паразитную амплитудную модуляцию и аддитивную составляющую погрешности выходного сигнала [3].
Повышение точности фотоэлектрических преобразователей угловых перемещений традиционными методами осуществляется за счет электрической редукции, применения растров (системы прозрачных щелей, расположенных по окружности с определенным шагом) с шагом, соизмеримым с длиной волны излучения источника. Для повышения точности путем использования компенсационных методов необходимо знание характера изменения погрешности в функции угла поворота.
Методы коррекции технологических и методических погрешностей переводят проблемы обеспечения точности с первичного измерительного преобразователя на вычислительное устройство.
Для обеспечения точности преобразователя до единиц угловых секунд требуется прецизионная метрологическая база, приборы автоматического построения метрологических характеристик в функции угла поворота.
При воздействии внешних дестабилизирующих факторов необходимо применение различных методов повышения точности и ста-
билизации выходных параметров в реальном масштабе времени. Важную роль при этом играет моделирование процессов преобразования угол-код, основанное на оценке информативных параметров всех элементов преобразователя и влияния внешних дестабилизирующих факторов на выходные параметры. В известных моделях отсутствует учет функциональных и иерархических связей параметров инструментальных погрешностей с эксплуатационными факторами. Проблема создания и применения методов моделирования информационно измерительных преобразователей угол-код остается актуальной.
Эксплуатационные условия работы преобразователей угол-код предъявляют требования высокой надежности и стабильности работы во времени, что приводит к необходимости применения измерительных систем на нейронных сетях (ИС/НС) [5].
При этом используются следующие достоинства нейросетевых технологий: работа с неполными, зашумленными данными- высокий параллелизм, обеспечивающий работу преобразователя в режиме реального времени- способ-
ность к самообучению- замена сложного математического моделирования требуемым объемом данных, нелинейной функцией преобразования и структурой нейронных сетей.
Определение состояния преобразователя (его метрологическое сопровождение) осуществляется путем моделирования его функциональной структуры с учетом анализа состава погрешностей в функции угла поворота.
Проектирование ИС/НС представлено структурным и параметрическим синтезом [6, 7].
Структурная схема предлагаемого преобразователя угол-код с нейросетевыми блоками оценки состояния (погрешности), представленная на рис. 1, состоит из преобразователя угол-код и нейросетевой системы оценки состояния. Иерархическая структура преобразователя угол-код на уровне элементов представлена вращающимся и неподвижным дисками, фотоэлементами, маской, на уровне подсистем -механической и оптической подсистемами формирования угла поворота вала, подсистемой считывания кода угла, на уровне устройства -блоком формирования цифрового отсчета угла.
Вход У (^
Угол поворота Внешние воздействия (вибрация, температура)
Рис. 1. Структурная схема нейросетевого преобразователя угол-код
Нейросетевая система оценки состояния физического объекта состоит из модели преобразователя угол-код (модели элементов и подсистем), блока выявления и компенсации погрешностей.
Моделирование элементов представлено моделями вращающихся и неподвижных дисков, фотоэлементов. Модели уровня подсистем -это модели механической и оптической подсис-
тем формирования угла поворота вала, считывания кода угла. Моделью уровня устройства является формирователь цифрового отсчета угла с функциями анализа и компенсации технологических, методических и эксплуатационных погрешностей.
Нейросетевые модели выделения ошибки из-за биения и эксцентриситета, вибрации, вре-
менной и температурной нестабильности параметров радиоэлементов (дрейф нуля аналоговых микросхем) формируются в процессе параметрического синтеза (обучения) [6, 7] на обучающей выборке, учитывающей как идеальное состояние всех элементов и подсистем, так и наиболее существенные варианты возникновения технологических, методических и эксплуатационных погрешностей.
Работу ИС/НС можно представить следующим образом. Анализ, выявление и компенсация погрешностей проводится на уровне элементов, подсистем и всего преобразователя. Определяется влияние отдельных элементов и подсистем преобразователя на возникновение погрешностей и характер их изменения в функции угла поворота.
Текущее распределение электрических сигналов, одновременно снимаемое с фотоприемников, сравнивается с эталонным распределением (симметричным относительно идентифицируемого углового положения вала). По результатам сравнения проводится идентификация погрешностей и формирование поправки. На стадии дообучения возможна текущая коррекция динамического эталона состояния преобразователя.
фотоэлементы диск / ?& quot-'-'-х —
р-----I О-
V Оу^-
Рис. 2. Структурная схема определения поправки из-за биений
В качестве примера рассмотрим схему (рис. 2) оценки погрешности преобразователя угол-код из-за биений и эксцентриситета. На нейронную сеть подаются отсчеты с фотоэлементов, размещенных с противоположных сторон диска.
При появлении биений и эксцентриситета на одном из выходов нейронной сети формируется сигнал о наличии идентифицируемых погрешностей, а на другом выходе — величина поправки к отсчету угла, компенсирующая погрешности. Поправка к отсчету формируется по результатам сравнения текущего состояния с эталонным состоянием, введенным в нейронную сеть в процессе обучения.
Иерархическое моделирование функциональной структуры измерительного преобразователя, обработка избыточной информации на ИС/НС позволяет выявить основные составляющие общей погрешности и компенсировать их влияние.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Высокоточные преобразователи угловых перемещений / Э. Н. Асиновский [и др.] - под общ. ред. А. А. Ахметжанова. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 128 с.
2. А. с. 651 390 СССР. Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код / В. А. Баранов, М. Г. Скворцов, Н. А. Зайнашев. — Опубл. 08. 03. 1979. Бюл. № 9.
3. А. с. 524 212 СССР. Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код / Н. А. Зайнашев, В. А. Баранов, М. Г. Скворцов. — Опубл. 30. 11. 1976. Бюл. № 29.
4. А. с. 684 582 СССР. Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код / В. А. Баранов, Н. А. Зай-нашев, Ю. П. Контиевский, М. Г. Скворцов. — Опубл. 15. 09. 1979. Бюл. № 33.
5. Муха, Ю. П. Нейросетевые измерительные системы. Диагностика состояния сложных объектов. Кн. 24: монография / Ю. П. Муха, М. Г. Скворцов. — М.: Радиотехника, 2007. — 336 с.
6. Муха, Ю. П. Свидетельство об официальной реги-
страции программы для ЭВМ Российская Федерация. Проектирование нейросетевых измерительных систем для оценки состояния сложных объектов / Ю. П. Муха, М. Г. Скворцов, Д. П. Мамонтов, Е. М. Гребешкова. -№ 2 010 616 868- заявл. 20. 08. 2010- зарегистрировано
14. 10. 2010.
7. Муха, Ю. П. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ Российская Федерация. Моделирование нейросетевых измерительных систем / Ю. П. Муха, М. Г. Скворцов, Е. М. Гребешкова. — № 2 010 616 963 — заявл. 24. 09. 2010 — зарегистрировано 18. 10. 2010.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой