Попадько В.Е. Курс лекций по АТП
Подождите немного. Документ загружается.
№ 25 Сбор и первичная обработка информации.
ИП
X(t)
z
T0 k
АЦП ЭВМ
e(t)
у(t) g(t) g(j t0) g*(j t0)
g(t) g(jt
0
)
g*(jt
0
)
x(t) – сигнал измерительной информации
g(t) – выходная величина преобразователя (полезный сигнал)
z – влияющие факторы
g(t) – смесь полезного сигнала и помехи
к – коммутатор
Е
t0
t
t0
y f x z( )
t – температура горячего спая – x
t0 – температура холодного спая z0
Если z0
y f x z
0
f
0
x( )
- номинальная статическая характеристика
g t( ) g j t
0
ïðè
t jt
0
j 0 1 2...
g t( ) 0 при t jt
0
Далее идет квантование по уровню, в результате чего получаем y*(j t0)
Группа алгоритмов, хранящейся в ЭВМ в числовом значении параметра, называется
первичная обработка информации.
Это
1. Контроль достоверности информации
2. Интерполяция и экстраполяция
3. фильтрация сигналов измерительной информации
4. Аналитическая градуировка датчиков
5. Коррекция восстановительных значений.
№ 26 Фильтрация сигналов измерительной информации.
Ф
e(t)
y(t) g(t)
W(j w)
Yф(t)
Помеха считается аддитивной функцией :
R
e
R
y
àâòîêîððåëÿöèîííûå
ôóíêöèè
R
e
D
e
M
e
e t( )
R
y
D
y
M
y
y t( )
ñòàöèîíàðíûå ñëó÷àéíûå ôóíêöèè
e t( )y t( )
g t( ) y t( ) e t( )
R( )
τ
τ
Эту автокорреляционную функцию обычно аппроксимируют экспонентой.
R
y
D
y
e
y
1( )
2( )
R
e
D
e
e
e
k D
e
e
m
e
k
D
e
D
y
m
e
y
Выражение для спектральной плотности
S
y
2 D
y
y
y
2
2
3( )
4( )
S
e
2 D
e
e
m
e
m
2
2
Два условия
1. Оценка математического ожидания должна быть несмещенной
M y
ф
t( )
M
y
5( )
2. Дисперсия ошибки фильтрации должна быть минимальной
D
ф
M y
ф
t( ) y t( )
2
min 6( )
0
i
ф
D
Задана АФХ фильтра, которая зависит параметров фильтра
W j
i
D
1
n
0
S
d
Из статистики известно :
W(j.w)
Sx(w)
g(t)+e(t)
Sx(w)*/W(j.w)/^2
Тогда
S
S
e
W j
2
S
y
1 W j
2
Дисперсия ошибки фильтрации Dф :
D
ô
1
n
0
2k D
y
y
m
y
m
2
2
W j
2
2 D
y
y
y
2
2
1 W j
2
d
В промышленных системах часто применяются следующие виды фильтров:
1. Экспоненциальный фильтр
2. статистический фильтр
3. фильтр скользящего среднего.
27 Контроль достоверности информации, задача экстрополяции.
1) Контроль достоверности информации. Наиболее часто встречающимся причинами
недостоверности информации является
1. неисправности датчиков и преобразователей
2. влияние помех в линиях связи
3. ухудшение метрологических характеристик ИП
Осуществляется путем сравнения
g
x
j
g
гр
в
95 99%
g
x
j
g
гр
в
1 3%
контроль по верхним и нижним пределам
93-99сбой1-3
Если скорость изменяется по температуре => сбой
dg t( )
dt
x
êîíòðîëü ïî ñêîðîñòè
dg t( )
dt
g j t
0
g j 1 y
0
t
0
g j t
0
g j 1 y
0
a a
x
t
0
3. Интерполяция и экстрополяция.
g*(j t0)
t
t0 2t0 3t0
2
t
0
õîòèì óçíàòü çíà÷åíèå
ýòîé ô-èè â ýòîì èíòåðâàëå
j t
0
t j 1( ) t
0
2
t
0
÷àñòîòà áîëüøàÿ
применяют ступенчатую интерполяцию (интерполяцию нулевого порядка).
Поскольку интервалы очень малы, то
j t
0
t j 1( ) t
0
g
x
j t
0
ïðèíèìàåòñÿ
çíà÷åíèå íà
ïðåäûäóùåì øàãå.
28. Экспоненциальный фильтр сигналов измерительной инф-ии.
В пром-х системах наиболее часто применяются следующие виды фильтров:
- статический, - экспоненциальный, - фильтр скользящего среднего.
Выбирается структура фильтра:
T
t
Yф t( )
d
d
Yф t( ) K g t( )T
t
Yф t( )
d
d
Yф t( ) K g t( )
АФХ фильтра:
W i
K
T i
1
K
1
T
i
1
T
K
i
W i
K
T i
1
K
1
T
i
1
T
K
i
Проверяем на несмещенность
M Yф t( )( ) M K g t( )( ) K MgM Yф t( )( ) M K g t( )( ) K Mg
получили
смещенную
Пусть K=1
оценку
W i
i
W i
i
W i
2
2
2
2
W i
2
2
2
2
1 W i
2
2
2
2
1 W i
2
2
2
2
Дф
1
П
0
2 K Дy m y
m
y
2
2
2
2
2
2 Дy
y
y
2
2
2
2
2
d
Дф
0
Дф
0
y
K m m
1 K m
y
При программой реализации экспоненциального фильтра используется выражение:
1
Yф i( ) Yф i 1( )( ) Yф 1i1( ) g i( )
1
Yф i( ) Yф i 1( )( ) Yф 1i1( ) g i( )
Отсюда
Yф i( ) Yф i 1( ) Yф i 1( ) g i( )Yф i( ) Yф i 1( ) Yф i 1( ) g i( )
Yф i( ) g i( ) 1
Yф i 1( )Yф i( ) g i( ) 1
Yф i 1( )
эксоненциальное сглаживание
Yф- значение отфильтрованного сигнала на следующем шаге
Yф 1i 1( )
-значение отфильтрованного сигнала на предыдущем шаге
g(j) -измеренное значение на j-шаге
29. Статический фильтр сигналов измерительной инф-ии.
Статические фильтры представляют собой в аналоговом варианте параллельное
соединение (n+1) цепочек, состоящих из усилительного звена и звена чистого
запаздывания.
При n=0
Wф p( )
1
n
i
K
i
e
p
i
Wф p( ) K
0
Yф p( ) K
0
g t( ) t
M Yф p( )( ) K
0
MyM Yф p( )( ) K
0
My
K
0
My a MyK
0
My a My
a 1 K
0
My My
Yф t( ) K
0
g t( ) 1 K
0
My My
Дф
1
П
0
Sp
K
0
Sy
1 K( )
0
d Sy
Дф
K
0
0
Дф
K
0
0 K
0
Дy
Дy Дe
K
0
Дy
Дy Дe
Yф i( ) K
0
g i( ) 1 K
0
MyYф i( ) K
0
g i( ) 1 K
0
My
- используется при программной
реализации
30.
31. Эталонная модель взаимодействия систем.
Протоколом называется совокупность правил регламентирующих способ представления
данных в сети, обеспечивающий их передачу в нужном направлении и правильную
интерпретацию этих данных всеми участниками процесса обмена информацией. Иными
словами, поведение функциональных блоков сети при передаче сообщений не является
произвольным и находится в строгом соответствии с протоколом.
Протоколы стандартизованы и делятся на уровни. К каждому уровню относят
родственные функции информационного обмена. Стандартизация протоколов
функционирования телекоммуникационных и вычислительных сетей позволяет делать их
архитектуру открытой, что обеспечивает правильность взаимодействия узлов различных
сетей при их сопряжении. К числу протоколов, получивших наиболее широкое
распространение, следует отнести протоколы, разработанные для сети ARPANET и
применяемые в сети Internet. Эти протоколы объединены под названием ТСР/IР.
Успешное развитие и внедрение компьютерных сетей неразрывно связано с указанной
стандартизацией их программного и аппаратного обеспечения, проводимой названными
организациями совместно с ведущими фирмами-производителями сетевых средств.
Координацию всех работ по стандартизации компьютерных систем осуществляет один из
подкомитетов ISО. Его важнейшей разработкой стал стандарт 7498, определяющий, так
называемую, базовую эталонную модель взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС). (Стандарт
принят за основу всеми организациями, занимающимися компьютерными сетями).
Под термином система подразумевается сервер (компьютер с модемом, например)
предоставляющий или потребляющий сетевые ресурсы.
В соответствие со стандартом 7498 ISО открытой системой считается система,
отвечающая требованиям ЭМВОС, реализующая стандартный набор и поддерживаемая
стандартными протоколами.
Основной задачей модели ЭМВОС является описание множества функции,
определяющих правила взаимодействия открытых систем. При этом используется понятие
процесс, определяемый как динамический объект, реализующий целенаправленный акт
обработки информации. Взаимодействие процессов осуществляется путём обмена
сообщениями, которые представляют собой блоки данных определённой структуры.
Промежуток времени, в течении которого процессы взаимодействуют между собой,
принято называть сеансом обмена. Ввод данных, необходимый процессу, и вывод данных
производится в форме сообщений через логические точки, называемые портами.
Протоколы ISO являются семиуровневыми и известны как протоколы базовой модели
взаимодействия открытых систем (ЭМВОС). Базовая ЭМВОС— это модель, принятая ISO
для описания общих принципов взаимодействия информационных систем. ЭМВОС признана
всеми международными организациями в качестве основы для стандартизации протоколов
информационных сетей.
В ЭМВОС информационная сеть рассматривается как совокупность функций, которые
делятся на группы, называемые уровнями. Разделение на уровни позволяет вносить
изменения в средства реализации одного уровня без переделок на других уровнях, что
значительно упрощает модернизацию этих средств, определяемую потребностями практики.
ЭМВОС содержит семь уровней. Определим выполняемые ими функции.
1-й уровень — физический: предоставляет механические, электрические,
функциональные и процедурные средства для установления, поддержания и разъединения
логических соединений между логическими объектами 2-го канального уровня. Физический
уровень реализует функции передачи битов данных через физические среды, устанавливает
заданную последовательность передачи бит и оповещает об окончании связи. Именно на
этом уровне осуществляются представление информации в виде электрических или
оптических сигналов, преобразования формы сигналов, выбор параметров физических сред
передачи данных.
2-й уровень — канальный. Этот уровень выполняет функции, связанные с
формированием и передачей кадров, обнаружением и исправлением ошибок, возникающих
на предыдущем, физическом уровне. Кадром называется пакет канального уровня, поскольку
пакет па последующих уровнях может состоять из одного или многих кадров.
Канальный уровень предоставляет следующие виды услуг: организацию обмена
данными между логическими объектами последующего 3-го (сетевого) уровня; организацию
требуемой последовательности блоков данных и их передачу; управление потоками между
смежными узлами; идентификацию конечных пунктов канальных соединений; оповещение
об ошибках, которые не были исправлены на канальном уровне.
3-й уровень — сетевой. На этом уровне происходит формирование пакетов по правилам
тех промежуточных сетей, через которые проходит исходный пакет, и маршрутизация
пакетов, т.е. определение и реализация маршрутов, по которым передаются пакеты. При этом
сетевой уровень осуществляет идентификацию конечных точек сетевых соединений,
управление потоками блоков данных и обеспечение последовательностей их доставки,
обнаружение ошибок и формирование сообщений о них, разъединение сетевых соединений.
Другими словами, на сетевом уровне маршрутизация сводится к образованию
логических каналов. Логическим каналом называется виртуальное соединение двух или
более объектов сетевого уровня, при котором возможен обмен данными между этими
объектами. Понятие логического канала не обязательно должно соответствовать некоторому
физическому соединению линий передачи данных между связываемыми пунктами. Это
понятие введено для абстрагирования от физической реализации соединения.
Еще одной важной функцией сетевого уровня, кроме маршрутизации, является
контроль нагрузки на сеть с целью предотвращения перегрузок, отрицательно влияющих на
работу сети.
4-й уровень — транспортный: предназначен для управления сквозными каналами в сети
передачи данных. На этом уровне обеспечивается связь между оконечными пунктами.
Иными словами, транспортный уровень служит для обеспечения передачи данных между
двумя взаимодействующими открытыми системами и организации процедуры сопряжения
абонентов сети с системой передачи данных. На этом уровне определяется взаимодействие
абонентских систем: источника и приёмника данных (адресата данных) и организуется и
поддерживается логический канал (транспортное соединение) между абонентами.
К функциям транспортного уровня относятся мультиплексирование и
демультиплексирование (сборка-разборка пакетов), обнаружение и устранение ошибок в
передаче данных, реализация заданного уровня услуг. К числу последних, кроме уже
перечисленных, относятся: обеспечение требуемой скорости и надежности передачи,
установление и разъединение транспортных соединений, формирование блоков данных. В
качестве услуг, предоставляемых этим уровнем, следует назвать также обеспечение
взаимодействия сеансовых соединений с транспортными соединениями, управление
последовательностью передачи блоков данных и обеспечение их целостности во время
передачи, обнаружение и исправление ошибок и выдача сообщений о неисправленных
ошибках, предоставление приоритетов в передаче блоков данных и т.д.
5-й уровень — сеансовый: предназначен для организации и синхронизации диалога,
ведущегося объектами (станциями) сети. На этом уровне определяются тип связи
(дуплексная или полудуплексная), начало и окончание заданий, последовательность и режим
обмена запросами и ответами взаимодействующих партнеров.
Фактическим назначением 5-го уровня является организация сеансов связи между
прикладными процессами, расположенными в различных абонентских системах. На данном
уровне создаются порты для приёма и передачи сообщений и организуются соединения -
логические каналы между процессами. Необходимость протоколов 5-го уровня определяется
относительной сложностью сети передачи данных и стремлением обеспечить высокую
надёжность передачи информации.
В число услуг, предоставляемых этим уровнем, входят: обслуживание сеансов и
передача данных в диалоговом режиме, установление, синхронизация и завершение
сеансового соединения, обмен данными и управление им, выдача сообщений об
исключительных ситуациях,
6-й уровень — представительный, или представления данных. На этом уровне
реализуются функции представления данных (кодирование, форматирование,
структурирование). Этот уровень определяет единый для всех открытых систем синтаксис
передаваемой информации. Необходимость данного уровня обусловлена различиями в
форме представления информации в сети передачи данных и компьютерах. Данный уровень
играет важную роль в «открытости» систем, позволяя им общаться между собой
независимо от их внутреннего языка.
К числу услуг этого уровня относятся: выбор вида представления данных, интеграция
и преобразование передаваемых данных в удобный для прикладных процессов вид,
преобразование синтаксиса данных и их формирование.
7-й уровень
- прикладной включает средства управления прикладными процессами;
эти процессы могут объединяться для выполнения поставленных заданий, обмениваться
между собой данными. Другими словами, на этом уровне определяются и оформляются в
блоки те данные, которые подлежат передаче по сети.
В число услуг прикладного уровня входит управление: терминалами, файлами,
диалогом и сетью в целом. Кроме того, этот уровень обеспечивает целостность
информации, с его помощью может быть организована электронная почта и т.д.
Четыре нижних уровня образуют транспортную службу компьютерной сети, которая
обеспечивает передачу (транспортировку) информации между абонентскими системами,
освобождая более высокие уровни от решения этих задач.
Три верхних уровня, в свою очередь, обеспечивают логическое взаимодействие
прикладных процессов и функционально объединяются в абонентскую службу.
С точки зрения пользователя основным является 7-й уровень. Он обеспечивает
выполнение прикладных процессов пользователей и определяет смысловое содержание
информации (семантику), которой обмениваются открытые системы в процессе их
взаимодействия. С этой целью данный уровень кроме протоколов взаимодействия
прикладных процессов поддерживает, в дополнение к перечисленным выше, протоколы
передачи файлов, электронной почты, виртуального терминала и т.д.
В конкретных случаях может возникать потребность в реализации лишь части
названных функций, тогда соответственно в сети имеется лишь часть уровней. Так, в
простых (неразветвленных) ЛВС отпадает необходимость в средствах сетевого и
транспортного уровней. В то же время сложность функций канального уровня делает
целесообразным его разделение в ЛВС на два подуровня: управление доступом к каналу и
управление логическим каналом.