Разработка информационной системы для стендовых испытаний объектов авиационной техники

Актуальность темы. При испытаниях сложных объектов, каковыми являются и объекты авиационной техники, необходимо проводить большое количество разнообразных измерений, позволяющих оценить состояние отдельных элементов объекта, например, напряженно-деформируемые состояния механических узлов, температуру в различных точках объекта и т.д.). Обеспечить это можно только с помощью информационно-измерительных систем (ИИС).

Измерительная система – совокупность определенным образом соединенных между собой средств измерений и других технических устройств, реализующая процесс измерений и обеспечивающая автоматическое или автомати­зированное получение данных об изменяющихся во времени и распределенных в пространстве физических величинах, характеризующих определенные свойства или состояния объекта измерений. В зависимости от назначения измерительные системы разделяют на информационные, контролирующие, управляющие и смешанные.

Информационно-измерительные системы выполняют следующие функции:

1. Получение исходной информации в результате взаимодействия первичных измерительных преобразователей (сенсоров) с объектом измерений.

2. Преобразование измерительной информации с заданной и гарантированной точностью.

3. Сопоставление информационных сигналов с размерами общепринятых единиц, оценку значений измеряемых величин.

Каждому конкретному виду ИИС присущи многочисленные особенности, определяемые узким назначением систем и их технологически конструктивным исполнением. В силу многообразия видов ИИС до настоящего времени не существует общепринятой классификации.

Измерительные системы используются для различного рода комплексных исследований, в том числе научного характера. Цель создания таких систем заключается в получении максимального количества достоверной измерительной информации об объекте для составления алгоритмического описания его поведения.

Структурная схема ИИС включает в себя:

1. Первичные измерительные преобразователи, размещенные в определенных точках пространства стационарно или перемещающихся в пространстве по определенному закону.

2. Аналого-цифровые (АЦП) и цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП).

3. Цифровые устройства, содержащие формирователи импульсов, преобразователи кодов, коммутаторы, специализированные цифровые вычислительные устройства, устройство памяти, устройство сравнения кодов, каналы цифровой связи, универсальные программируемые вычислительные устройства – микропроцессоры.

4. Цифровые устройства вывода, отображения и регистрации.

5. Интерфейсные устройства, содержащие системы шин, интерфейсные узлы и интерфейсные устройства аналоговых блоков, служащие для приема командных сигналов и передачи информации о состоянии блоков.

6. Устройства управления.

При проведении многих видов экспериментальных исследований и испытаний новой техники используются многоканальные измерительные системы.

Для экспериментов в области материаловедения и механических испытаний важнейшими рабочими параметрами являются деформации в различных точках объектов, вызываемые силовыми и тепловыми нагрузками. Сопутствующими параметрами являются, например, температура, частота вращения, момент и др. При проведении таких экспериментов широко применяются многоканальные тензометрические системы, обеспечивающие не только измерение деформаций, но при использовании соответствующих первичных преобразователей и некоторых сопутствующих физических величин: температуры, моменты и др.

Датчик является элементом многих систем автоматики — с его помощью получают информацию о параметрах контролируемой системы или устройства. Он преобразует входное воздействие любой физической величины в сигнал, удобный для дальнейшего использования.

Требования к датчикам (измерительным преобразователям) весьма широки: работа при различных условиях эксплуатации, отсутствие обратного воздействия на контролируемый процесс и на контролируемый параметр, различные варианты монтажа, малые размеры и масса, высокая чувствительность, стабильность характеристик во времени, однозначная зависимость выходной величины от входной.

Наиболее крупной структурной единицей ИИС является измерительный канал. Типовая структура канала включает в себя первичный измерительный преобразователь, линии связи, промежуточный измерительный преобразователь, АЦП, процессор, ЦАП. Информация от первичных преобразователей передается обычно при помощи электрических сигналов – тока, напряжения, частоты следования импульсов. Значительная часть современных комплексов строится на базе контроллеров, как правило, модульного исполнения, включающих в себя АЦП и ЦАП, процес­сор, модули дискретной информации, вспомогательные устройства [1].

Последние достижения в миниатюризации электронных устройств и интеграции датчиков предоставили возможность получить чувствительные элементы, оснащенные беспроводными средствами связи и памятью для хранения и обработки данных. На базе таких элементов создано интеллектуальное оборудование, в котором работа разрозненных датчиков может координироваться при создании системы мониторинга и контроля [2].

Как отмечалось выше, современные ИИС основаны на использовании средств вычислительной техники, обеспечивающих как управление системой, так и обработку получаемой от объекта информации и представление ее в виде, удобном для дальнейшего использования.

При проектировании ИИС необходимо решить следующие задачи:

1. Выбрать частоту дискретизации.

2. Выбрать способ восстановления исходной информации по дискретным отсчетам сигналов, несущих эту информацию.

Частота дискретизации зависит от ширины полосы частот контролируемых процессов, погрешности и способа восстановления исходной информации.

В ряде случаев дискретные отсчеты сигналов датчиков, полученные при дискретизации этих сигналов, целесообразно представить в другом виде, а именно в виде импульсных сигналов сложной формы (ИССФ).

Импульсные сигналы сложной формы представляют собой совокупность элементарных прямоугольных импульсов, параметры которых (амплитуда, количество, взаимное расположение на оси времени) определяются соответствующим образом с целью получения заданного спектрального состава ИССФ, обеспечивающих решение определенных задач.

Преобразование дискретных отсчетов измерительного сигнала в ИССФ обеспечивает подавление заданного числа спектральных зон в спектре передаваемого сигнала.

Применение ИССФ с заданным спектральным составом, то есть с заданным количеством и номерами подавленных спектральных зон, позволяет решать задачи, которые или принципиально не могут быть решены при использовании простых АИМ-сигналов, или требуют существенного ужесточения требований к устройствам сбора измерительных сигналов (повышение частоты дискретизации, повышения быстродействия устройств в групповом тракте и т. п.).

Применительно к испытаниям объектов авиационной техники такими задачами могут быть снижение требований к сложности восстанавливающих устройств и расширение частотного диапазона контролируемых процессов без увеличения частоты дискретизации.

Вопросам исследования ИИС с применением ИССФ посвящены работы, проводимые на кафедре АСУ РГРТУ [2,3]. В [2] показана принципиальная возможность представления дискретных отсчетов измерительных сигналов с помощью ИССФ и рассмотрены две формы такого представления:

1. ИССФ образуется из перекрывающихся по времени отсчетов измерительного сигнала.

2. ИССФ образуется из неперекрывающихся по времени отсчетов измерительного сигнала.

В работе [3] исследованы ИССФ, образованные неперекрывающимися по времени отсчетами измерительного сигнала. В работе [4] результаты исследований, приведенные в [3], адаптированы для изучения студентами по направлению подготовки «Информационные системы и технологии».

Свойства же ИССФ из перекрывающихся по времени отсчетов измерительных сигналов и перспективы использования их в многоканальных измерительных системах еще недостаточно изучены.

Работа посвящена исследованию свойств таких ИССФ и разработке на основе полученных результатов информационной системы для испытаний объектов авиационной техники, что позволяет считать тему работы актуальной.

Цель и задачи работы. Цель выпускной квалификационной работы заключается в исследовании зависимости амплитуды составляющей нулевой спектральной зоны импульсных сигналов сложной формы от соотношения длительностей отсчетов, образующих импульсные сигналы сложной формы, и разработке на основе полученных результатов информационной системы, позволяющей пользователю информационной системы выбрать параметры импульсных сигналов сложной формы в соответствии с требованиями решаемой задачи.

Для достижения этой цели в работе решались следующие задачи.

1. Учитывая требования задания использовать при восстановлении непрерывных сигналов, несущих информацию об объекте испытаний, фильтры нижних частот, проведено исследование зависимости амплитуд составляющих нулевой спектральной зоны ИССФ от соотношения их амплитудно-временных параметров.

2. Разработана информационная система для разработки сигналов - переносчиков информации на основе сложных отсчетов, позволяющая предоставлять исследователю возможность рассчитывать разные варианты параметров ИССФ, выводить графическое представление сигнала с выбранными параметрами, обеспечивающими подавление заданных спектральных зон в спектре сигнала, выводить спектр амплитуд этого сигнала с расчетными амплитудно-временными параметрами, а также пользователю предоставляется возможность сохранения полученных результатов для дальнейшего их анализа.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием математического аппарата, тестированием разработанной информационной системы, совпадением результатов выпускной квалификационной работы в частных случаях с ранее известными данными.

Разработанная информационная система обеспечивает следующий функционал:

1. Предоставлять исследователю возможность рассчитывать разные варианты параметров ИССФ.

2. Выводить графическое представление сигнала с выбранными параметрами, обеспечивающими подавление заданных спектральных зон в спектре сигнала.

3. Выводить спектр амплитуд этого сигнала с расчетными амплитудно-временными параметрами.

4. Сохранять рассчитанные параметры ИССФ.

В состав работы входит только интерфейс / скриншоты проектируемого программного обеспечения без исходников. Фактическая разработка программного кода ПО не требовалась / не связана с темой

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы были получены следующие результаты.

1. Проведен обзор и анализ известных методов представления измерительных сигналов дискретными отсчетами и методов восстановления непрерывных сигналов по дискретным отсчетам.

2. Проведен анализ достоинств и недостатков известных методов восстановления непрерывных сигналов по дискретным отсчетам. По результату которого сделан вывод о целесообразности представления дискретных отсчетов в виде ИССФ и применения фильтрационного метода восстановления.

3. Рассмотрены пути построения ИС на основе ИССФ и обоснован выбор варианта ИССФ, сформированного из перекрывающихся отсчетов. Сформулированы задачи исследования и разработки ИС.

4. Разработана информационная система для формирования сигналов - переносчиков информации на основе сложных отсчетов, позволяющая предоставлять исследователю возможность рассчитывать разные варианты параметров ИССФ, выводить графическое представление сигнала с выбранными параметрами, обеспечивающими подавление заданных спектральных зон в спектре сигнала, выводить спектр амплитуд этого сигнала с расчетными амплитудно-временными параметрами, а также сохранять полученные результаты для дальнейшего их анализа. В основу такой системы положены взаимосвязи спектральных характеристик импульсных сигналов сложной формы с их амплитудно-временными параметрами.

4.1 Разработаны структура и алгоритм работы ИС;

4.2 Разработано программное обеспечение ИС на объектно-ориентированном языке программирования C#.

4.3 Проведено моделирование элементов системы, подтвердившее ее работоспособность.

Таким образом цель выпускной квалификационной работы достигнута.

Представленный выше пример готовой работы бесплатно позволяет ознакомиться с ключевыми аспектами написания курсовых, дипломных работ и ВКР, а также магистерских диссертаций. Стоимость и возможность получения доступа к полной версии данной готовой работы по запросу:

- Онлайн-ответ "Узнать стоимость готовой работы"

- Мессенджеры WhatsApp, Telegram