Методы и средства обработки аналоговых сигналов

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 пр

оводился 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)

Здесь n - число двоичных символов отводимых на кодирование одного отсчета, ss2 - дисперсия сигнала, - корреляционная функция сигнала.

Подставив выражения (3), (4), (5), (6) в (1) получим:

,

где

Разрешив это неравенство, как:

fi£j(n, e), найдем частоты опроса датчиков в зависимости от размера разрядной сетки для кодирования одного отсчета и допустимой ошибки восстановления.

Для удобства интегрирования корреляционную функцию R(t) целесообразно разложить в ряд Маклорена с точностью до двух первых ненулевых членов ряда.

Рассчитав частоты опроса датчиков в зависимости от n построим функцию информационной производительности для каждого датчика (одного из датчиков в группе однотипных датчиков):

Bi=ni×fi

Здесь Bi - информационная производительность i-го датчика, ni - число двоичных символов отводимых на кодирование одного отсчета с i-го датчика (разрядность АЦП), fi - частота опроса i-го датчика.

Точка минимума функции информационной производительности указывает на оптимальную производительность датчика из которой вычисляется оптимальная частота опроса:

 Скачать реферат