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