Identification of a nonlinear inertial measuring pressure channel

Autor: Alexander Poliarus, Sergii Ianushkevych, Eugenii Poliakov, Alexander Koval, Yana Medvedovska
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Український метрологічний журнал; № 1 (2019); 63-70
Украинский метрологический журнал; № 1 (2019); 63-70
Ukrainian Metrological Journal; № 1 (2019); 63-70
ISSN: 2306-7039
2522-1345
Popis: Рассматривается метод идентификации нелинейных инерционных измерительных систем на примере измерительного канала давления, состоящего из измерительной линии и датчика давления. Последний, как правило, является линейной системой, а измерительная линия, которая для канала давления является трубой, заполненной жидкостью или газом, проектируется как линейная система. В процессе эксплуатации измерительная линия постепенно загрязняется, в жидкость попадает воздух или она частично замерзает. В этом случае возможна потеря линейности канала давления, которая на практике, как правило, не измеряется. Предложенный метод позволяет на основе измеренных входного и выходного сигналов получить математическую модель канала. В ее основе лежит известная модель Гаммерштейна, которая разделяет канал на два виртуальных блока, один из которых является нелинейным инерционным, а второй — линейным инерционным. Функция преобразования первого блока является полиномом конечной степени, а преобразующие свойства второго блока описываются интегралом свертки. Это позволяет записать сигнал на выходе канала в виде математической зависимости с неизвестными коэффициентами полинома и параметрами импульсной характеристики линейного блока. Далее минимизируется расстояние в функциональном пространстве с квадратичной метрикой между указанной математической зависимостью и выходным сигналом. В результате минимизации этого расстояния методом глобального случайного поиска находятся коэффициенты полинома и параметры импульсной характеристики, что свидетельствует о решении задачи идентификации системы. Для этого была создана экспериментальная измерительная линия, заполненная воздухом под давлением, которое измерялось двумя одинаковыми датчиками, расположенными на входе и выходе линии. Проверка модели на основе критерия Фишера с уровнем значимости 0.95 подтвердила ее адекватность.
The method of nonlinear inertial measuring systems identification is considered in the article on the example of a measuring pressure channel, which consists of a measuring line and a pressure sensor. The latter, as a rule, is a linear system, and the measuring line, which for the pressure channel is a pipe filled with liquid or gas, is projected as a linear system. During the operation, the measuring line gradually becomes contaminated, the liquid partially freezes or air enters it. In this case, the loss of the pressure channel linearity is possible, which in practice, is usually not measured. The proposed method allows to obtain mathematical channel model on the basis of measured input and output signals. It is based on the well-known model, which divides the channel into two virtual blocks, one of which is a nonlinear inertial, and the other is linear inertial. The conversion function of the first block is described by a polynomial of finite degree, and the transforming properties of the second block are described by the convolution integral. This allows to record the signal at the output of the channel in the form of mathematical dependence on the unknown coefficients of the polynomial and parameters of the pulse characteristic of the linear block. Then the distance in the functional space with the quadratic metric between this mathematical dependence and the output signal is minimized. As a result of minimization by the method of the global random search, the polynomial coefficients and the parameters of the impulse response are calculated, which means that the solution of the system identification problem is determined. The received channel model was used for the theoretical determination of the output signal under the already known input signal. The verification of the model based on Fisher’s criterion with a significance level of 0.95 confirmed its adequacy.
Розглядається метод ідентифікації нелінійних інерційних вимірювальних систем на прикладі вимірювального каналу тиску, який складається з вимірювальної лінії та давача тиску. Останній, як правило, є лінійною системою, а вимірювальна лінія, яка для каналу тиску є трубою, заповненою рідиною або газом, проектується як лінійна система. У процесі експлуатації вимірювальна лінія поступово забруднюється, в рідину потрапляє повітря або вона частково замерзає. У цьому випадку можлива втрата лінійності каналу тиску, яка на практиці, як правило, не вимірюється. Запропонований метод дозволяє на основі виміряних вхідного і вихідного сигналів отримати математичну модель каналу. В її основі лежить відома модель Гаммерштейна, яка розділяє канал на два віртуальних блоки, один з яких є нелінійним інерційним, а другий ‒ лінійним інерційним. Функція перетворення першого блоку описується поліномом кінцевого ступеня, а перетворюючі властивості другого блоку описуються інтегралом згортки. Це дозволяє записати сигнал на виході каналу у вигляді математичної залежності з невідомими коефіцієнтами поліномa і параметрами імпульсної характеристики лінійного блоку. Далі мінімізується відстань у функціональному просторі з квадратичною метрикою між зазначеною математичною залежністю і вихідним сигналом. У результаті мінімізації цієї відстані методом глобального випадкового пошуку знаходяться коефіцієнти полінома і параметри імпульсної характеристики, що свідчить про рішення задачі ідентифікації системи. Для цього було створено експериментальну вимірювальну лінію, заповнену повітрям під тиском, який вимірювався двома однаковими давачами, що розташовані на вході і виході лінії. Отримана модель каналу використовувалася для теоретичного визначення вихідного сигналу при відомому вже іншому вхідному сигналі. Перевірка моделі на основі критерія Фішера з рівнем значущості 0.95 підтвердила її адекватність.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: