СОДЕРЖАНИЕ

КОМПЕНСАЦИЯ ИСКАЖЕНИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Снижение искажений ИС неразрывно связано с применением целого комплекса мер, реализация которого в существующих технико-экономических условиях представляет серьёзную проблему. Её решение может быть обеспечено за счёт снижения инерционности ИП и повышения их устойчивости к воздействию помех [48], [63], [83], [97]. Этого можно достигнуть путём применения более совершенных, и, как правило, дорогостоящих конструкций ИП, что не всегда экономически целесообразно.

Иногда на практике прибегают к специальным мерам, которые сводятся к доработке уже существующих конструкций ИП.

Такой подход также связан с определенными трудностями при практической реализации, вследствие существующих физических пределов совершенствования ИП. Так например, очевидно, что снижение инерционности ИП для регистрации теплового потока может быть достигнуто за счёт уменьшения его теплоёмкости [51], которое, в свою очередь бесконечно осуществлять невозможно, так как при воздействии мощных тепловых потоков это может привести к изменению внутренних свойств ИП, вплоть до его физического разрушения. Другим примером, может служить ИП для регистрации магнитного потока при считывании информации с магнитного носителя - магнитная головка. Достоверность считываемой информации тем выше, чем меньше толщина её зазора, но при этом достижение физического предела его реализации резко ограничивается дороговизной технологии точной механики [70]. Помимо приведённых примеров аналогичная проблема имеет также место в системах контроля и управления, применяемых в сейсмографии, спектрометрии, радиолокации.

Повышение устойчивости ИП к воздействию помех может быть достигнуто за счёт некоторого снижения его чувствительности, что вполне приемлемо в системах, задачей которых является обеспечение контроля и управления переходами УО из одного состояния в другое [77]. Следует отметить, что такой подход не приемлем в тех системах контроля и управления, в которых даже незначительное снижение чувствительности ИП может привести к снижению достоверности информации, получаемой об УО, и, как следствие, привести к потере качества управления. Это особенно заметно в системах, осуществляющих прецизионный контроль параметров УО [43], [101], [107]. Кроме этого, существуют другие способы, позволяющие добиться повышения устойчивости ИП к воздействию помех:

1) экранирование (снижает уровень электромагнитных помех) [30], [103];

2) вакуумирование (защищает от конвективных помех при контроле излучений) [27], [99];

3) снижение рабочей температуры (снижает влияние собственных тепловых шумов) [97].

Применение рассмотренных способов позволяет добиться снижения искажений ИС, но при этом ограничивается высокими затратами на их реализацию из-за физических пределов совершенствования ИП. Поэтому на практике, указанные методы повышения точностных характеристик ИП чаще всего становятся не приемлемыми.

Всвязи с этим, для обеспечения минимальных искажений ИС при минимуме затрат, на практике применяется структурная коррекция ИС [4], [72]. Сущность такой коррекции состоит в том, что в уже существующие ИС вводятся КУ со специально подобранными свойствами, обеспечивающими компенсацию инерционности ИП и подавление действующих помех [10], [41], [79], [98], [104]. Степень компенсации инерционности ИП определяется коэффициентом компенсации инерционности (ККИ) ИП, равным отношению постоянных времени выходного сигнала КУ к постоянной времени его входного сигнала. Эффективность применения КУ обуславливается прежде всего низкими затратами на их разработку по сравнению с затратами на реализацию рассмотренных способов, направленных на снижение искажений ИС. Более того, как упоминалось ранее, применение таких способов может оказаться ограниченным не столько экономически, сколько физическими пределами совершенствования ИП. Применение КУ даёт принципиальную возможность обеспечить минимальные искажения ИС при использовании дешёвых ИП с невысокой разрешающей способностью [105]. Поэтому, такой подход хорошо себя зарекомендовал на практике, и фактически сводится к обеспечению КУ вычислительного процесса восстановления сигналов [16], [17], [25], [115], под которым подразумевается такая обработка выходного измерительного сигнала ИП с использованием сведений о его динамических характеристиках [61], которая позволяет получить сигнал, наиболее реально отражающий текущее состояние УО.

Как правило, КУ может вводиться в структуру ИС различными способами. Применительно к ранее рассмотренной структуре ИС (Рис.1.2), КУ можно ввести способом, показанным на Рис.1.3.

Рис.1.3. Структура ИС с использованием двух КУ.

Применение двух КУ позволяет добиться последовательной компенсации искажений, возникающих в ИП и в канале связи. Если последний обладает линейностью, то в применении второго КУ нет необходимости. Тогда структура ИС может быть представлена в следующем виде (Рис.1.4).

Рис.1.4. Структура ИС с использованием одного КУ.

В дальнейшем, мы будем ориентироваться именно на такую структуру ИС с КУ, так как на практике именно она получила наиболее широкое распространение.

Отметим, что рассмотренный подход обладает очевидными преимуществами в силу минимальных затрат на его реализацию при практическом отсутствии необходимости внесения изменений в существующие системы контроля и управления объектами в технологических процессах.