2. Разностное представление информации

При проведении опытов часто измеряемая величина имеет некоторое постоянное значение. Всякий раз при представлении отсчетами она записывается, хранится в памяти. Отсюда разностное представление основано на том, чтобы помнить (сохранять) изменения исследуемой величины (приращение).

Рис. . Разностное представление информации.

Алгоритм получения разностного представления.

1. Измеряется вся координата (базовая точка) λ(t₀).

2. Измеряется координата в точке t₁, из которой вычитается базовая точка, получается приращение функции, это приращение и запоминается. Это простейшие разностные представления.

λ(t₁) – λ(t₀) = Δλ (t₁)

На практике применяют экстраполированное значение («угадывание»). На основании предыдущих 2 – 3 измерений вычисляется экстраполированное значение в следующей точке, пока мы еще не измерили ее, а значение уже экстраполировали λ₂(t₂).

Измерив, реальное значение находим разницу экстраполированного и реального значения Δλ_T = λ_э(t₂) – λ(t₂) и эту разницу помним.

Главная цель дифференциального представления – уменьшить число хранимых разрядов – тем самым, сократив объем требуемой памяти. Варианты разностного представления различны. На практике такую форму применяют в случае, когда объем хранимой информации должен быть малым. Однако такое сокращение хранит в себе высокую вероятность ошибки. Оттолкнувшись от базы следующее значение, мы как бы выстраиваем на основе предыдущего, и если какое-либо предыдущее оказалась с ошибкой, то все последующие несут в себе эту ошибку. Основная ошибка представления – погрешность по наклону.

При получении разности Δλ абсолютное значение не укладывается в отведенную разрядную сетку, т.е. число столь большое, что разрядов не хватает. Например, n = 6 0÷63 0,03

Суммарная погрешность представления разностного объединяется их четырех составляющих

S_р∑ = S_пр + S_кв + δ_ПН + δ_АН

– две составляющих предыдущего исполнения – преобразования и квантования

– две других составляющих δ_ПН – погрешность по наклону и δ_АН – аномальная – случайная составляющая, определяемая шумами в блоках (вычитатели, экстраполяция).

На практике чаще всего применяют представления отсчетами в силу меньшей погрешности и большей логичности результата. АЦП основаны на представлении отсчетами.

3. Интегральное представление информации

Третьим видом представления информации считают интегральное. Первоначально получают массив отсчетов. Получив массив, проводят преобразование чисел в их описание – заменяют функцией. Для этого применяют кусочное разбиение и представляют на каждом участке своим полиномом. Результат хранят в форме коэффициентов полинома и вид полинома (квадратичный, линейный). Это приводит к значительному сокращению объема памяти. Интегральное представление используют для обработки результатов опытов, т.е. после опытов текущее значение этой формы не представляют.

Оптимальное представление информации

Любую непрерывную величину можно измерять с различной частостью, интервал 1 минута, 1 час. Оптимальным считают такое измерение, объем информации при котором наименьший, но величина погрешности измерения ≤ допустимого значения.

I_изм→ I_min; δ_∑ ≤ δ_доп δ_∑ = δ_доп

Теорема Котельникова определяет условие оптимальности. Если интервал дискретизации будет равен дроби это точка оптимума. На практике все же Δt несколько меньше по техническим причинам.

Δt = 1/2f_в Δt ≤ 2f_в

Таким образом, сигнал при дискретизации - объем получения информации очень зависит от ширины спектра измеряемого сигнала. Чем сложнее сигнал, тем быстрее его нужно измерять, чтобы сохранить все характеристики.

Формула Котельникова учитывает максимальную верхнюю частоту спектра на неопределенном интервале. В то же время часто встречаются, переходные процессы в электрических цепях, которые имеют различную спектральную плотность во времени.

Рис. .Переходной процесс с различной

спектральной плотностью во времени.

Интервал t₀ – t₁ – непосредственно затухающее колебание, имеет широкий спектр в то время, как от t₁ до t₂ спектр значительно сокращается. Формально мы должны анализировать весь интервал t₀ – t₂ и соответственно учитывать самый широкий спектр. На практике подобные процессы анализируются по адаптивным алгоритмам, измеряющим какой-либо параметр.

Адаптация по временному интервалу.

Для снижения (минимизации) объема хранимой информации применяют адаптацию по временному интервалу.

1. по теореме Котельникова анализируют

Δ t_min ≤ 1/2f_в

2. начинают измерять в точке t₀; (t₀ + Δt_min)

3. сравнивают разность λ(t₀) – λ(t₁); если эта разность больше ε, то запоминают значение в этой точке→ помнить λ(t₁).

ε ≈δ_доп/2

4. λ(t₁) – λ(t₂) >ε → запомнить.

Рис. . Адаптация по временному интервалу.

Пока идет быстрое изменение величины в память посылаются все измеренные значения параметра. Графически это можно представить: вверх и вниз откладывается апертура ε, и если предыдущее значение точки не попало в апертуру, то новая координата запоминается. Когда функция стабилизируется, последующие значения попадают в область апертуры и нет необходимости запоминать координаты последующих точек. Мы помним лишь ту последнюю координату, с которой начиналось совпадение.

Чтобы масштаб функции не изменился, вводят счетчик числа пропущенных точек. Каждая пропущенная координата добавляет 1 в счетчик, таким образом, данный алгоритм при быстрых изменениях записывает в память все значения, при медленном изменении функции – только те, которые отличаются на апертуру и более. Фактически получается, что время измерения переменное.

Информационные системы

1. Типы информационных систем.

2. Обобщенная модель информационной системы.

1. Типы информационных систем.

На сегодня абсолютное число измерений характеристик и параметров сложных технических объектов выполняется в автоматическом режиме с помощью информационно-измерительных систем (ИИС). Эти устройства сформировались в результате постепенного обобщения, объединения измерительных систем. Большинство измерительных систем промышленного применения имеют самостоятельные конструктивы и включают средства автоматизированной обработки результатов.

Первая ИИС – набор отдельных самостоятельных измерительных блоков объединенных линиями связи. Сегодня это уже конструктивно объединенные блоки, стойки и переносные устройства.

По назначению ИИС разделяют на:

1. информационно-контролирующие системы;

2. информационно-диагностические;

3. информационно-логические;

4. информационно-управляющие

5. информационно-вычислительные.

По конструктивному:

– в виде приборов, стоек.

По месту установки: стационарные и передвижные.

Существующие ранее системы телеизмерения и телеконтроля интегрировались в перечисленные пять типов систем.

Информационно-контролирующие системы.

Рис. . Структура информационно-контролирующей системы.

На объект контроля устанавливают датчики, имеющие аналоговый или пороговый релейный уровень. Первичные преобразователи формируют электрический сигнал определенной величины, в зависимости от состояния объекта. Эти сигналы сравниваются с некими пороговыми уровнями (могут быть различные для различных сигналов) и в случае превышения уровня блок сравнения выдает сигнал на средство сигнализации.

Системы контроля параметров выдают предупредительные сигналы, если одна или несколько характеристик этих сигналов выходят за пределы нормированных значений, то есть за пределы пороговых уровней.

Контролирующие системы достаточно универсальны и находят применения для контроля (индикации) текущих характеристик электрических сигналов.

Информационно-диагностические системы.

Рис. . Структура информационно-диагностической системы.

Принципы диагностики основаны на поиске стандартной типовой комбинации входных параметров, которая несет в себе информацию о характерных дефектах в системе. Прежде чем начать диагностирование объектов необходимо в его память записать эталоны – те самые комбинации параметров, которые заранее известны и несут информацию о той или иной неисправности объекта.

Любая диагностическая система может обнаружить у объекта лишь заранее известную комбинацию неисправностей, если такой комбинации нет в памяти (эталона) результат будет отрицательным.

Системы диагностики первоначально работали с аналоговыми сигналами – датчики формировали аналоговые сигналы, уровни которых сравнивались с эталонными и блок сравнения выдавал решения.

Сегодня в основе любой диагностической системы – вычислитель – простой контролер, простая ЭВМ, супер ЭВМ. Вычислитель позволяет определить степень близости параметров к критическим и более точно назначить решение. Если ввести обратную связь от блока сравнения на объект, то можно провести расширенную диагностику с изменением режимов работы объекта. Диагностические системы целесообразно выполнять переносными.

Информационно-логические системы

Рис. . Структура информационно-логической системы.

Иногда их называют системами прогнозирования (угадывания), но «угадать» такая система может лишь то, что содержится в ее памяти. В отличие логические системы обрабатывают множество входных сигналов, как по количеству, так и по времени. Рассматривая характер поведения тех или иных величин (событий), логический блок ищет в своей памяти похожую комбинацию параметров и при ее нахождении отображает свойство этой комбинации как текущие, так и возможный прогноз. Для анализа состояния сложного объекта можно использовать его динамические характеристики и по этим характеристикам прогнозировать степень изношенности, возможность часов проработки, необходимость ремонта. Подобные системы используют для прогнозирования социально-экономических событий в обществе.

Информационно-управляющие системы

Рис. . Структура информационно-управляющей системы.

Основа – замкнутая цепь. Параметры объекта управления через первичный преобразователь вводятся в вычислительный блок. В этом блоке эти величины сравниваются со значениями необходимыми (нормированными) в этот момент времени. Формируется разность (сигнал ошибки). Усиленный сигнал ошибки воздействует на исполнительной устройство объекта управления изменяя его характеристики.

Постоянно формируется сигнал ошибки за счет несовпадения текущих характеристик с необходимыми. Возможны методы ручной коррекции той или иной зависимости. Система управления отслеживает это изменение в виде нового сигнала ошибки. Такая структура имеет постоянного запаздывание из-за инерционности исполнительных устройств, преобразователей информации и чем выше скорость изменения основных параметров, тем меньше должна быть постоянная запаздывания. Отображение информации на стандартных средствах: самописцы, дисплей, цифровое табло.