Błędy i niepewności danych w systemie pomiarowo-sterującym
Jerzy Jakubiec
rok wydania: 2010
stron: 334
oprawa: twarda
format: B5
wydawnictwo: Politechnika Śląska
Ocena niedokładności danych wyprowadzanych na wyjście systemu pomiarowo-sterującego jest zagadnieniem złożonym, Przyczyna tkwi zarówno w dużej liczbie sygnałów wejściowych systemu, zmieniających się w czasie i przetwarzanych z dużą szybkością w sposób sprzętowy oraz programowy, złożoności algorytmów przetwarzania, jak i wielości czynników, powodujących powstawanie błędów o różnym charakterze. Głównym celem podręcznika jest dostarczenie Czytelnikowi spójnego i uporządkowanego zespołu środków pozwalających na obliczanie niepewności danych pomiarowych, uzyskiwanych w systemie. Podręcznik przeznaczony jest dla studentów specjalizujących się w zagadnieniach związanych z budowa i analizą właściwości systemów pomiarowo-sterujących oraz dla konstruktorów takich systemów. Zawiera wiele przykładów i wyników badań symulacyjnych, wykonanych przy użyciu programów w języku Matlab. których wydruki zamieszczono w dodatku.
Materiał zawarty w podręczniku podzielono na 6 rozdziałów. W pierwszym przedstawiono podstawowe pojęcia, związane z funkcjonowaniem systemów. Drugi rozdział zawiera opis działania i analizę błędów przetworników A/C. stosowanych w systemach, podczas gdy trzeci charakteryzuje metrologiczne właściwości algorytmów, które służą do przetwarzania ciągów danych, uzyskiwanych z tych przetworników. W czwartym rozdziale opisano przetwarzanie próbkujące, jako procedurę organizującą w systemie pozyskiwanie danych o określonej dokładności. Dane te poddawane są przetwarzaniu programowemu, a ich przesyłanie do komputerów powoduje opóźnienia, które mogą być przyczyną powstawania specyficznych błędów, rozpatrywanych w rozdziale piątym, W rozdziale szóstym przedstawiono procedurę obliczania niepewności, jako parametru błędu opisywanego probabilistycznie.
SPIS TREŚCI:
WSTĘP 7
WYKAZ PODSTAWOWYCH OZNACZEŃ 11
1. SYSTEM POMIAROWO-STERUJĄCY 13
1.1. Struktura i organizacja systemu 13
1.2. Przetwarzanie pomiarowe w systemie 17
2. PRZETWARZANIE ANALOGOWO-CYFROWE 27
2.1. Próbkowanie i kwantowanie w procesie przetwarzania analogowo-cyfrowego 27
2.2. Kwantowanie próbki sygnału 32
2.2.1. Kwantowanie jako proces pomiaru 32
2.2.2. Właściwości błędu kwantowania 35
2.2.3. Błąd wzorca o strukturze kwantowej 44
2.2.4. Wpływ adiustacji na błąd wzorca 56
2.2.5. Kwantowanie sygnału z szumem 58
2.3. Kwantowanie odcinka czasu 61
2.4. Różnicowy pomiar odcinka czasu 71
2.5. Przetwornik A/C typu Sigma-Delta 77
2.5.1. Pojedynczy pomiar przetwornikiem Sigma-Delta 77
2.5.2. Pomiar wielokrotny 83
2.6. Rezystancyjny przetwornik Sigma-Delta 88
2.7. Przetwornik wielkości na czas lub częstotliwość 95
2.8. Próbkowanie i kwantowanie częstotliwości zdarzeń 99
2.9. Podsumowanie 102
3. ALGORYTMICZNE PRZETWARZANIE DANYCH POMIAROWYCH 105
3.1. Ogólne właściwości algorytmów 105
3.1.1. Rodzaje algorytmów przetwarzania 105
3.1.2. Wyznaczanie współczynników algorytmu 111
3.1.3. Algorytm jako przetwornik pomiarowy 112
3.2. Model błędu algorytmu liniowego 114
3.2.1. Ogólna postać modelu błędu 114
3.2.2. Model błędu przykładowego algorytmu liniowego 120
3.3. Wariancja sumy błędów opisywanych deterministycznie 136
3.3.1. Wariancja sumy błędów dynamicznych 136
3.3.2. Wariancja sumy błędów statycznych 138
3.4. Błąd powodowany niedokładnością współczynników algorytmu 141
3.5. Propagacja błędów przez algorytmy multiplikatywne 143
3.6. Błędy własne pełnookresowego algorytmu multiplikatywnego 150
3.7. Podsumowanie 153
4. PRZETWARZANIE PRÓBKUJĄCE W SYSTEMIE 155
4.1. Ogólny opis przetwornika próbkującego 155
4.1.1. Podstawowe właściwości przetwornika próbkującego 155
4.1.2. Odtwarzanie w systemie 157
4.1.3. Dekompozycja w procesie odtwarzania 159
4.1.4. Tor pomiarowy przetwornika próbkującego 163
4.2. Odtwarzanie w przetworniku próbkującym 167
4.2.1. Schemat procesu odtwarzania 167
4.2.2. Odtwarzanie wstępne 168
4.2.3. Odtwarzanie statyczne sygnału czujnika 171
4.2.4. Odtwarzanie dynamiczne sygnału czujnika 181
4.3. Analiza błędów przetwornika próbkującego 186
4.3.1. Procedura wyznaczania błędów oceny końcowej 186
4.3.2. Czujnik 188
4.3.3. Karta pomiarowa 189
4.3.4. Wyznaczanie błędów na wyjściu karty pomiarowej 200
4.3.5. Propagacja błędów przez algorytmy odtwarzania 201
4.3.6. Dobór okresu próbkowania sygnału 212
4.4. Wyznaczanie błędów na wyjściu przetwornika próbkującego 213
4.4.1. Ogólne zasady tworzenia budżetu błędów 213
4.4.2. Właściwości przykładowego przetwornika próbkującego 214
4.4.3. Błędy na wyjściu karty pomiarowej 216
4.4.4. Propagacja błędów przez algorytmy odtwarzania 220
4.4.5. Budżet błędów przetwornika 223
4.5. Podsumowanie 231
5. BŁĘDY POWODOWANE OPÓŹNIENIAMI W SYSTEMIE 233
5.1. Powstawanie opóźnień w systemie 233
5.2. Opóźnienia w dostępie do zasobów przy rywalizacji dwóch zadań 237
5.3. Opóźnienia losowe przy kaskadowym korzystaniu z zasobów 245
5.4. Opóźnienia w korzystaniu z zasobów dla zadań w liczbie większej niż 2 247
5.5. Błędy powodowane opóźnieniami 249
5.5.1. Definicja błędu powodowanego opóźnieniem 249
5.5.2. Wpływ opóźnień na niedokładność przetwornika próbkującego 251
5.6. Współzależność błędów powodowanych opóźnieniami 257
5.7. Podsumowanie 259
6. NIEPEWNOŚĆ WYNIKU POMIARU W SYSTEMIE 261
6.1. Definicja niepewności 261
6.1.1. Przedziałowa interpretacja wyniku pomiaru 261
6.1.2. Niepewność jako parametr zbioru wartości błędu 265
6.2. Składanie przedziałów niepewności 272
6.3. Niepewność wyniku przetwarzania próbkującego 278
6.3.1. Budżet niepewności na wyjściu przetwornika próbkującego 278
6.3.2. Obliczanie niepewności całkowitej 283
6.4. Podsumowanie 285
BIBLIOGRAFIA 288
DODATEK. PROGRAMY EKSPERYMENTÓW 295
D1. Programy rozdziału 2 295
D2. Programy rozdziału 3 303
D3. Programy rozdziału 4 308
D4. Programy rozdziału 5 316
D5. Programy rozdziału 6 322
SKOROWIDZ 331
