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:
fopt=Bopt/nopt
Рис. 2
Поскольку датчики внутри групп эквивалентны по частоте, то указанный расчет достаточно произвести только для одного датчика из каждой группы.
РАСЧЕТ
1-ая группа датчиков.
a=20 [1/сек].
Вид модели сигнала
R(t)=exp(-a2t2)
Ряд Маклорена
e2(n,Dt)£ D2
Таблица 4
n
fi
bi
ci
5
50,51661
252,5831
454,6495
6
44,94288
269,6573
404,4859
7
43,95093
307,6565
395,5584
8
43,71941
349,7553
393,4747
9
43,66247
392,9623
10
43,6483
436,483
392,8347
nopt=5
fopt=50,51661
Bopt=252,5831
С1=454,6495
Рис.4
2-ая группа датчиков.
a=80 [1/сек].
m=2
Ряд Маклорена:
Вид модели сигнала:
R(t)=exp*(-a|t|).
Таблица 5
632,708
3163,54
1265,416
611,4564
3668,739
1222,913
606,3648
4244,553
1212,73
605,1051
4840,84
1210,21
604,7909
5443,119
1209,582
604,7125
6047,125
1209,425
fopt=632,708
Bopt=3163,54
С1=1265,416
Рис. 5
3-ая группа датчиков
a=30 [1/сек];
m=5;
Вид модели сигнала R(t)=sin(at)/(at)
Таблица 6
13,37803
66,89014
13,26425
79,58549
66,32124
13,23655
92,65584
66,18274
13,22967
105,8373
66,14834
13,22795
119,0516
66,13976
13,22752
132,2752
66,13761
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7