Телемеханика. Телеметрия

Рассмотрены предпосылки развития и перспективные области применения мехатроники, изложены концепция построения, структура и принципы интеграции мехатропных систем, приведены методы построения и технические характеристики современных мехатронных модулей и систем, рассмотрена проблематика и современные методы интеллектуального управления в мехатронике.

Рассмотрены оригинальные конструкции весоизмерительных устройств на основе кольцевого упругого элемента переменного сечения и вторичного струнного датчика. Проведены исследования статических и динамических характеристик разработанных устройств. Показано, что предлагаемые устройства имеют высокую чувствительность и точность измерения.

На основе метода D-разбиения, модернизированного применительно к анализу дискретных систем, получены и проанализированы общие условия асимптотической устойчивости дискретных систем синхронизации (N+2) -го порядка, в которых моменты выделения сигнала, содержащего информацию о разности фаз, и формирования на его основе выходного сигнала фазового дискриминатора разделены интервалом времени (задержкой) длительностью в N тактов дискретизации.

Пособие содержит теоретическую и экспериментальную части к лабораторной работе и предназначено для студентов, обучающихся по специальностям направления «Информационная безопасность».

Синтезированы математические модели нелинейных элементов преобразователей "угол-параметр-код" с учетом параметров, влияющих на точность. Показана взаимосвязь моделей и установлены аналитические зависимости между точностными характеристиками для удобства их анализа и учета. Обоснована целесообразность использования имитаторов сигналов синусно-косинусного вращающегося трансформатора при анализе данных о точностных и функциональных возможностях аналого-цифровых преобразователей сигналов вращающегося трансформатора. Синтезированы алгоритмы анализа данных о точностных характеристиках аналого-цифровых преобразователей сигналов вращающегося трансформатора.

Представлены общие сведения о телеметрической системе малых космических аппаратов, описан порядок работы с программным приложением для анализа полного телеметрического пакета с космического аппарата отечественного производства. Приведены методы восстановления потерянных данных, раскрыта специфика алгоритма восстановления. Описан алгоритм работы с данными резервной телеметрической системы и особенности получения и обработки этих данных.

Рассматриваются промышленные и аэрокосмические приложения системных методологий, теорий идентификации систем и управления, исходя из единой концепции проектирования сложных технических систем: авиакосмические тренажеры для подготовки операторов, разработка и управление качеством материалов специального назначения, анализ экологической опасности от деятельности объектов по хранению и уничтожению химического оружия.

Разработан метод оценки длительности обработки в иерархической системе с повторным выполнением некачественно выполненных работ, реализующий схему обработки с дискретными результатами контроля и сложными циклами, имеющими постоянные вероятности повторения. Данный метод, в отличие от классического метода критического пути, позволяет получать более точные результаты для рассматриваемого класса систем.

Книга посвящена одному из важных аспектов защиты объектов и физических лиц от преступных посягательств и стихийных бедствий – техническим средствам наблюдения. Рассмотрен весь комплекс вопросов, посвященных этой тематике: принципы построения и классификация систем видеонаблюдения; цифровые системы видеонаблюдения; скрытое охранное теленаблюдение; ночное видение; радиовидение; звуковидение; интеллектуальные системы видеонаблюдения и перспективы их развития.

Рассмотрены конструкции датчиков линейных и угловых перемещений основанных на новом физическом принципе работы, отличающихся простотой и высокой долговечностью. Приведены технические характеристики и области применения

Разработана новая конструкция волоконно-оптического датчика давления на туннельном эффекте, технологический процесс сборки которого упрощен в сравнении с базовой конструкцией, в два раза уменьшены габаритные размеры.

Рассмотрен процесс распространения света в многомодовом оптическом волноводе, который используется в волоконно-оптическом датчике давления. Рассмотрены уравнения Максвелла для упрощенной геометрии изгиба оптического волокна. Использованы методы статистического моделирования, например метод Монте-Карло, для расчета множества траекторий, опираясь на решение чисто геометрических задач нахождения точек пересечения и использования условий Френеля в случае рефрагирующей точки отражения или условия отражения от поверхности с двумя радиусами кривизны в случае туннелирующей точки отражения. Результат работы позволит эффективно спроектировать и смоделировать чувствительный элемент датчика.

Одним из перспективных направлений в области фундаментальных исследований признано создание интеллектуальных биомехатронных технологий различного назначения. Развитие робототехники вызвало появление различного рода тактильных датчиков, предназначенных для геометрического распознавания предметов окружающего пространства. В связи с возрастающими требованиями по надежности и качеству актуальной становится задача обнаружения скрытых дефектов, проявляемых, в частности, через различные сбои в аппаратуре, включая датчики. Поэтому целью исследования является предложение различных методов активной диагностики, а также информативных параметров, позволяющих обнаруживать и регистрировать сбои. Рассмотренные и предложенные в работе методы и средства обнаружения и регистрации сбоев в аппаратуре позволяют ставить на повестку дня вопросы разработки, создания и эксплуатации бессбойной аппаратуры с модернизацией существующих ГОСТов по надежности.

Предложен универсальный способ реализации компенсатора типовыми звеньями промышленных контроллеров за счет их последовательного соединения. Рассмотрено влияние вида передаточной функции возмущающего воздействия на переходный процесс.

Рассмотрены причины возникновения систематических погрешностей информационно-измерительной системы измерений биений вала на базе датчика с бегущим магнитным полем. Для анализа причин возникновения погрешностей использована компьютерная модель, разработанная авторами с использованием среды MatLAB. Приведены результаты исследований погрешности реальной информационно-измерительной системы.

Предложена методика адаптивной идентификации позиционных систем автоматизированного управления по автоколебаниям технологических параметров. На примере объекта первого порядка произведены аналитический расчет и имитационное моделирование, показывающее эффективность методики.

Представлены линейные динамические модели биологических тканей. Приведены результаты оценок параметров моделей и соответствующих дисперсий для различных биологических тканей в состоянии "норма" и "патология". Разработанные модели могут быть использованы на практике в различных областях науки и техники, в том числе и в медицине.

Описан принцип построения электромагнитной системы двухкоординатного датчика для измерения величины и направления смещения вала. Получены математические зависимости индуктивностей обмоток двухкоординатного датчика.

Данная статья является первой из серии статей, посвященных синтезу структур [сигма-дельта]-АЦП. В ней излагаются основные концепции построения [сигма-дельта]-АЦП, приводится пояснение терминологии, используемой в зарубежных источниках. [Сигма-дельта]-АЦП рассматриваются как разновидность класса гетерогенных непрерывно-дискретных систем (НДС), включающих как аналоговые, так и цифровые элементы. На простом примере излагается предлагаемая методика синтеза структур [сигма-дельта]-АЦП.

Предлагается методика применения параметрического спектрального анализа, в основе которой лежит рекуррентная процедура метода наименьших квадратов. В основе рекуррентного метода предложено применить расчетные параметры средства измерений, что сокращает объем вычислений.

Описывается новый метод осуществления метрологического самоконтроля в интеллектуальном акустическом пьезоэлектрическом датчике, а также технических средств, автоматически реализующих этот метод. Представлены результаты практических исследований, которые подтверждают возможность реализации описанного метода, а также применение его для мониторинга сложных объектов.

Рассматривается термовидеосистема с возможностью использования термозащиты и защиты объективов и приборов с зарядовой связью (ПЗС) от воздействия радиационных факторов для видеокамер (ВК), расположенных вблизи термонагруженных элементов космических аппаратов (КА) и ракет-носителей (РН) для отслеживания термообстановки посредством видеотелеметрии. Представлена модель термокожуха, его основные параметры и характеристики. Получены выражения для подбора толщины термослоя в зависимости от подлетного времени РН, а также толщины термослоя для заданного времени воздействия температуры. Приведен пример термозащиты ВК с заданным диаметром зрачка объектива и подлетным временем РН на опорную орбиту. Предлагается использовать перископическое устройство для защиты от воздействия радиационных факторов линз объективов и ПЗС. Приведены выражения для размера зеркал перископа, а также для угла поворота зеркал перископов при одновременном использовании двух видеокамер, направленных на одно поле изображения объекта.

Приведены исследования характера переходных процессов при управлении инерционными объектами с запаздыванием. Экспериментально определены параметры переходных процессов и степень их влияния на величину инерционного роста регулируемой величины при воздействии на объект одиночным импульсным сигналом. Предложена зависимость для определения величины инерционного роста от выявленных параметров.

Объектом исследования являются конструкции чувствительных элементов (ЧЭ) и измерительных модулей (ИМ) полупроводниковых датчиков давления. Предмет исследования – процессы оптимизации и унификации номенклатуры ЧЭ и ИМ датчиков физических величин. Целью работы является уменьшение себестоимости датчиков физических величин без снижения уровня их технических характеристик и показателей надежности. Разработаны конструктивно и функционально законченные унифицированные ЧЭ и ИМ датчиков статических и динамических давлений. Проведен анализ себестоимости датчиков, изготовленных на базе унифицированных ЧЭ и ИМ.

Проведен анализ прецизионных аналого-цифровых преобразователей, показаны основные достоинства, недостатки и проблемы их использования. Обоснован комплексный подход к разработке, который позволяет получать эффективные решения задачи синтеза прецизионных аналого-цифровых преобразователей для информационно-измерительных систем ракетно-космической техники.

Расширение динамического и частотного диапазонов измерения параметров виброколебаний относится к важным задачам совершенствования аппаратуры виброакустической диагностики и мониторинга сложного технического оборудования. В ряде случаев необходимый результат достигается путем одновременного использования двух датчиков, отличающихся значениями коэффициентов преобразования или рабочими диапазонами частот. Однако такое решение не всегда технически выполнимо. Целью данной работы является создание пьезоэлектрических акселерометров, предназначенных для измерения в двух перекрывающихся динамических или частотно-динамических диапазонах. На примере преобразования ускорения в электрический сигнал с использованием прямого пьезоэффекта рассмотрены основные принципы построения двухдиапазонных электромеханических преобразователей акселерометров. Проведен анализ особенностей их работы в режимах измерения напряжения и заряда. На основе предложенных критериев конструирования разработаны и экспериментально исследованы варианты макетных образов двухдиапазонных акселерометров.

Рассматриваются алгоритмы комплексирования радиотехнических и инерциальных средств в задаче измерения высоты движения вблизи поверхности, проводится анализ и классификация отказов первичных датчиков, синтезируются алгоритмы обнаружения одиночных отказов. Исследуется дисперсия ошибки измерения высоты при исправных датчиках и при одиночных отказах.

В работе рассматривается решение задачи восстановления импульсных характеристик датчиков переменных давлений и испытательных воздействий, синтезируемых взрывом металлического проводника в жидкости, из откликов с использованием техники континуального вейвлет-анализа. Кратко рассмотрены теоретические основы вейвлет-анализа, приведен алгоритм восстановления составляющих отклика. Приведено теоретическое подтверждение полученных результатов - элементы физики электрогидравлического эффекта, а также некоторые частные вопросы динамики датчика.

Приводится описание декомпозиционного джоульметрического метода с воздействием разнополярными импульсами тока различной амплитуды на объект исследования и его применение для контроля состояния биологических объектов. Рассматриваются принципы построения джоульметрических информационно-измерительных систем и дается описание джоульметрического комплекса, применяемого для оценки состояния биологических тканей и жидкостей человека.

Предлагается алгоритм поиска экстремума статической характеристики инерционного объекта по текущим измеренным значениям его входного и выходного сигналов с использованием рекуррентной процедуры метода наименьших квадратов, в результате которой оценивается коэффициент передачи объекта, а затем с использованием прямых методов поиска нуля функции находится его нулевое значение.

Рассмотрены основные теоретические проблемы анализа и синтеза интегрирующих измерительных преобразователей гетерогенной структуры, относящихся к нелинейным разомкнутым и замкнутым импульсным системам. Анализируется возможность применения теории непрерывно-дискретных систем для синтеза измерительных преобразователей неоднородной структуры.

Поставлена задача классификации качества продукта для технологических процессов и решена методом дерева решений. В качестве тестовой задачи рассмотрен технологический процесс получения цеолита. Инструментальным средством построения модели является пакет XLMiner. Рассмотрены правила определения качества выходного продукта, позволяющие минимизировать риск получения продуктов низкого качества