Đang tải... (xem toàn văn)
Nhiễu dao động ký sinh kiểu con lắc và kiểu bồng bềnh luôn tồn tại trong kênh điều khiển cân bằng đòn bẩy của máy chuẩn lực khuếch đại đòn bẩy (Lever Amplification Force Standard Machine - LA-FSM). Bài viết trình bày một số kết quả khảo sát theo phương pháp mô phỏng đối với giải pháp lọc nhiễu giao động ký sinh bằng bộ lọc số IIR và đưa ra những đánh giá về khả năng ứng dụng.
Kỹ thuật điện tử Ê M Y Ẩ Ề Ự BẰ Ể Ể Â BẰ Ò BẨY Ủ Ế Ạ Ò BẨY ( -FSM) Ậ Ọ R Phạm Thanh Hà* Tóm tắt: Kênh điều khiển cân địn bẩy máy chuẩn lực kiểu khuếch đại đòn bẩy ng g i n điều khiển h đ biến ạng lu n n ại nhi u a đ ng k inh kiểu c n l c kiểu b ng bềnh i c ây ựng gi i há l c nhi u n y ch n hi u kênh điều khiển cân đòn bẩy l c n hiế ch b i án nâng ca đ ch nh ác h h ng i bá nh b y m kế u kh h h ng há m h ng đ i i gi i há l c nhi u a đ ng k inh b l c đ a a nh ng đánh giá ề kh n ng ng ng khóa: Máy chuẩn lực khuếch đại địn bẩy; Gối điện tử; Nhiễu dao động ký sinh Ặ VẤ Ề Nhiễu dao động ký sinh kiểu lắc kiểu bồng bềnh tồn kênh điều khiển cân đòn bẩy máy chuẩn lực khuếch đại đòn bẩy (Lever Amplification Force Standard Machine - LA-FSM) Cơ chế hình thành, mơ hình tốn học ảnh hưởng nhiễu nghiên cứu đánh giá từ [1-3] Bài tốn nâng cao độ xác LA-FSM tìm giải pháp giảm thiểu ảnh hưởng nhiễu dao động ký sinh kênh điều khiển cân đòn bẩy Giải pháp sử d ng lọc số để xử lý nhiễu dao động ký sinh áp d ng cho số -FSM (Deadweight Force Standard Machine) [ , mang đến cải thiện độ xác từ c 3.10-5 lên c 2.10-5 ể nâng cao độ xác LA-FSM, việc khảo sát khả n ng tính hiệu uả lọc áp d ng cho LA-FSM r t c n thiết ựa vào mơ hình tốn học tín hiệu nhiễu đưa từ [ , c thể thực khảo sát, đánh giá phương pháp mô ph ng Sau số kết uả khảo sát giải pháp lọc nhiễu ÂY Ự MƠ Ì Ê Ề Ể Â BẰ Ò BẨY t đối v i LA-FSM c hệ khuếch đại đòn bẩy sử d ng gối điện tử điều khiển th o độ biến dạng, đ , ph n biến đ i đo lư ng ( L) xử lý tín hiệu ( LTH) kênh điều khiển cân đòn bẩy thiết kế th o sơ đồ hình [1] Hình 212 đ h n biến đ i n hi u kênh điều khiển cân đòn bẩy Phạm Thanh Hà, “Giải pháp xử lý nhiễu dao động ký sinh … thuật tốn lọc IIR.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Từ nguyên lý xây dựng LA-FSM, phương trình cân mom nt t ng hợp từ thông tin đo tín hiệu từ gối điện tử, th o cách: U (k ) U (k ) U ( k ) U (k ) 0 (1) S1 S2 S3 c thể biểu diễn dạng toán học là: U (k ) mgla (1 A A tan acong ) cos 0e ktd tk /2 cos td tk 2mgla (1 tan acong ) cos 0e ktd tk /2 F2 F2 lb sin blech mgl1 (1 tan acong ) A cos 0e ktd tk /2 cos td tk 2cos 0e ktd tk /2 F2 F2 l2 (2) Trong đ : U i (k ) U (k ) giá tr tín hiệu kênh thứ i giá tr tín hiệu t ng hợp th o ( ) th i điểm tk ; Si hệ số độ nhạy kênh thứ i; m khối lượng tải trọng; g gia tốc trọng trư ng; l1 độ dài tay đòn dài; l2 độ dài tay đòn ngắn; la độ dài hiệu d ng tay đòn tạo mom nt uay H 1; lb độ dài hiệu d ng tay đòn tạo mom nt uay H2; g c biên độ dao động lắc; g c pha đ u dao động lắc; acong g c cong tay đòn sức n ng tải trọng; blech g c lệch tr c truyền lực tải; ktd hệ số tắt d n dao động lắc; F2 lực tác động lên tải tao từ lực hệ tải trọng; F2 lượng b c n thiết đảm bảo xác l p trạng thái cân đòn bẩy; A td hệ số biến thiên biên độ t n số g c nhiễu dao động ký sinh [1] Phương trình cân lực ứng v i m i giá tr thiết l p (GTTL) lực chuẩn th i điểm tk c dạng: la (la l1 )(1 tan acong ) A ktd tk /2 x(k ) mg cos td tk cos 0e l l sin b blech (la l1 )(1 tan acong ) ktd tk /2 2mg GTTL F2 đc (k ) cos 0e l l sin b blech (3) đ , F2 đc (k ) lực hiệu ch nh tương ứng v i F2 (k ) c n thiết để b sung vào F2 (k ) cho lực chuẩn đ u c giá tr GTTL v i sai số đ hi coi thành ph n sai lệch mà đ c nhiễu dao động ký sinh là: F2/ N (k ) F2/ N (k ) GTTL la (la l1 )(1 tan acong ) A ktd tk /2 mg cos td tk cos 0e l l sin b blech (la l1 )(1 tan acong ) ktd tk /2 2mg GTTL cos 0e l2 lb sin blech Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, - 2020 (4) 213 Kỹ thuật điện tử ( ) trở thành: x(k ) F2/ N (k ) F2đc (k ) (5) lựa chọn lực điều ch nh F2 đc (k ) bằng: M F2 đc (k ) F2/ N (0) x(k n) v i x(0) (6) n 1 uá trình thiết l p trạng thái cân c thể mơ hình h a dạng: M x(k ) y(k ) y(0) x(k n) (7) n 1 hay M M n 1 r 0 x(k ) an x(k n) br y (k r ) (8) v i y(k ) F2/ N (k ) hệ số a0 = 1, a1:M = -1, b0 = 1, b1:M-1 = 0, bM = -1 Như v y, trình xử lý tín hiệu điều khiển cân địn bẩy c thể mơ tả phương trình ( ) - (8), đ , (8) c dạng phương trình sai phân hệ số lọc số đệ uy đối v i nhiễu dao động ký sinh N i cách khác, mô hình kênh điều khiển cân địn bẩy LA-FSM thiết kế lọc số đệ uy đối v i nhiễu dao động ký sinh phương sai xác đ nh điểm cân uy đ nh x(k ) o v y, nâng cao độ xác LA-FSM c thể thực thu t tốn xử lý tín hiệu kênh điều khiển cân đòn bẩy th o đ nh dạng lọc số cho cải thiện khả n ng lọc nhiễu dao động ký sinh Mơ hình ph p xử lý tín hiệu v y c thể mơ tả hình ΔFN F1 PC F2 F2lc = GTTL ± Δ2 + u1 ∑ XL-CT u2 u3 ác đ nh thông số x LOC Thu t toán lọc IIR U∑ xˆIIR (k ) → I/O ΔF2đc ΔF2 B.tay U(ΔF2đc ) HTL C h nh h l nhi u a đ ng k inh b l c ng kênh điều khiển cân đòn bẩy -FSM hi này, việc áp d ng thu t tốn xử lý tín hiệu kênh điều khiển cân đòn bẩy th o đ nh dạng lọc số (gọi tắt “thu t toán lọc ”) đồng nghĩa v i việc b sung thêm vào kênh điều khiển cân địn bẩy LA-FSM lọc Hình 214 Phạm Thanh Hà, “Giải pháp xử lý nhiễu dao động ký sinh … thuật toán lọc IIR.” Nghiên cứu khoa học công nghệ mắc nối tiếp mà c đ c tính mong muốn để nâng cao hiệu uả xử lý nhiễu dao động ký sinh kiểu lắc kiểu bồng bềnh việc khảo sát khả n ng hiệu uả thu t toán xử lý nhiễu dao động ký sinh đối v i mô hình kênh điều khiển c thể tiến hành phương pháp mô ph ng ph n mềm Mathlab Ọ ÂY Ự Ạ BẰ B Ọ Ậ R 3.1 Mơ hình mơ kết khảo sát t kênh xử lý tín hiệu điều khiển cân đòn bẩy LA-FSM thiết l p th o (8) v i đ nh dạng lọc số b c M, c mơ hình c u trúc hình ể thu n tiện cho mơ ph ng ph n mềm Mathlab, ta khảo sát v i số liệu tương ứng v i LA-FSM MN iệt Nam, x t mức GTTL = N, tương ứng v i nhiễu dao động ký sinh ua mơ ph ng thể hình Hình h h nh c u c kênh điều khiển cân đòn bẩy -F m định ạng b l c bậc đ i i nhi u a đ ng k inh Hình hể hi n nhi u a đ ng k inh ng Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, - 2020 -FSM 1MN 215 Kỹ thuật điện tử ựa vào mơ hình tín hiệu kênh điều khiển cân đòn bẩy LA-FSM sau + b sung thêm lọc (hình 5), ta c thể khảo sát khả n ng xử lý nhiễu dao động ký sinh cho thu t toán lọc xây dựng th o số phương pháp thiết kế điển hình khác c ph n mềm Mathlab ết uả khảo sát c thể thể hình 6, Hình T n hi u kênh điều khiển cân đòn bẩy A-FSM ch a b ung b l c h nh kênh điều khiển cân đòn bẩy -FSM + b ung hêm b l c Th o đ , hình thể nhiễu dao động ký sinh tín hiệu kênh + điều khiển cân đòn bẩy chưa b sung lọc số Hình thể + tín hiệu sau thực ph p lọc lọc số xây Hình 216 Phạm Thanh Hà, “Giải pháp xử lý nhiễu dao động ký sinh … thuật toán lọc IIR.” Nghiên cứu khoa học công nghệ dựng th o phương pháp thiết kế khác cuối c ng, tín hiệu {x(k)}IIR d ng để xác đ nh trạng thái cân đòn bẩy LA-FSM nh n từ thu t toán lọc xây dựng th o phương pháp khác c dạng hình Hình Các n hi u a au b ung b l c h h ng há hiế kế khác + Hình Dạng n hi u ùng ch ác định ạng hái cân đòn bẩy ng ng + i b l c đ ợc hiế kế h h ng há khác ết uả mô ph ng cho th y rằng, thu t toán lọc th o đ nh dạng lọc số xây dựng th o phương pháp thiết kế khác cho tín hiệu d ng để xác đ nh trạng thái cân tốt đáng kể từ b c lọc th p Trong đ , lọc số thiết kế th o phương pháp Ch bysh v c khả n ng khử nhiễu độ hội t nhanh Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, - 2020 217 Kỹ thuật điện tử 3.2 h n t àn u n ết uả khảo sát cho th y, việc sử d ng thu t toán xử lý tín hiệu điều khiển cân địn bẩy th o đ nh dạng lọc số ứng d ng cho toán xử lý nhiễu dao động ký sinh LA-FSM hợp lý hiệu uả Giải pháp đưa t i cải thiện v i mức độ khác t y th o phương pháp thiết kế áp d ng Tuy nhiên, giải pháp g p số hạn chế, bao gồm: Cũng tương tự lọc số thông thư ng, thu t toán ch n đ nh đáp ứng v i thông số kỹ thu t nh t đ nh t n số nhiễu c n lọc, t n số l y mẫu, khoảng l y mẫu đảm bảo không thay đ i i LA-FSM c uả tải (LAFSM MN iệt Nam) t hợp để tạo thành r t nhiều mức tải khác yêu c u phải c số lượng thông số tương ứng, làm cho ph n mềm xử lý tín hiệu trở nên phức tạp M c d yêu c u ràng buộc ch t chẽ đối v i thông số kỹ thu t hệ thống, thực tế h u hết tham số hệ thống hàm chứa đ c tính ngẫu nhiên c phân bố khác nhau, tạo nên tín hiệu ngẫu nhiên khơng phải tạp trắng Gauss, vừa c tính biến đ i ch m, vừa c tính đột biến [ nên r t nhiều trư ng hợp ph p lọc không thực c u mối uan hệ ch t gi a t n số l y mẫu t n số nhiễu xu t phát từ sở tảng lọc số v i chức n ng chọn lọc t n số biến dạng phân bố ph t n tín hiệu, chưa uan tâm đến đ c tính ngẫu nhiên nhiễu Tuy v y, yêu c u dễ dàng đảm bảo lực chuẩn đ u thiết l p v i giá tr r i rạc dải biến thiên t n số thực tế tương đối hẹp Ế Ậ ây dựng xác l p mơ hình tốn học cho kênh xử lý tín hiệu điều khiển cân địn bẩy LA-FSM r t c n thiết, tạo thu n lợi cho khảo sát trạng thái động hệ thống đa tham số Thơng ua mơ hình tốn học, việc khảo sát phương pháp mô ph ng giải pháp xử lý nhiễu dao động ký sinh áp d ng thu t toán lọc cho ph p x m x t cách toàn diện khả n ng xử lý nhiễu dao động ký sinh c tín hiệu kênh điều khiển cân địn bẩy LA-FSM Phương pháp thay tốt cho khảo sát đo đạc v t lý gắn v i nhiều kh kh n tốn k m ết uả khảo sát giải pháp xử lý nhiễu dao động ký sinh kênh điều khiển cân đòn bẩy LA-FSM áp d ng thu t toán lọc minh chứng cho khả n ng ưu nhược điểm giải pháp Th o đ , giải pháp xử lý nhiễu dao động ký sinh thu t toán lọc tạo cải thiện đáng kể độ xác đối v i LA-FSM sử d ng gối điện tử điều khiển th o độ biến dạng À M [1] Phạm Thanh Hà, “Establishment the parasitic cilla i n m l’ balanc control of LA-FSM by using strain controlled electronic hinge”, Tạp chí Nghiên cứu H&CN uân sự, Số A, 5/ [2] Yon-Kyu Park Dae-Im Kang, “Oscillating signal components of a deadweight force-standard machine and reduction techniques”, Measurement 218 Phạm Thanh Hà, “Giải pháp xử lý nhiễu dao động ký sinh … thuật toán lọc IIR.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Science and Technology, Volume 10, Number 8, 1999 - iopscience.iop.org [3] Lim C K., Bernd G and Thomas A., “New developments in lever-amplified force standard machines”, Proceedings of XVII IMEKO World Congress, June 22 - 27, 2003, Dubrovnik, Croatia ABSTRACT A SOLUTION TO PARASITIC OSCILLATION NOISE PROCESSING FOR LEVER-BALANCED CONTROL CHANNEL SIGNALS OF LA-FSM USING IIR FILTER ALGORITHM The lever-balanced control channel of a lever-amplified force standard machine using strain controlled electronic things always has a pendulum and floating-type parasitic oscillation noise The construction of this noise filtering solution for lever-balanced control channel signals is essential for the problem of improving the accuracy of the system In the paper, a number of simulation results for the parasitic oscillation noise filtering solution using the IIR filter and provides applicability assessments is presented Keywords: Lever-amplified force standard machine; Electronic hing; Parasitic oscillation noise Ch Nhận b i ng y 17 tháng n m 2020 Hoàn thi n ng y 30 háng n m 2020 nhận đ ng ng y 28 tháng n m 2020 Địa chỉ: iện o lư ng iệt Nam, Hoàng Quốc iệt, C u Gi y, Hà Nội *Email: hapt@vmi.gov.vn Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, - 2020 219 ... ng giải pháp xử lý nhiễu dao động ký sinh áp d ng thu t toán lọc cho ph p x m x t cách toàn diện khả n ng xử lý nhiễu dao động ký sinh c tín hiệu kênh điều khiển cân đòn bẩy LA-FSM Phương pháp. .. nhiễu dao động ký sinh tín hiệu kênh + điều khiển cân đòn bẩy chưa b sung lọc số Hình thể + tín hiệu sau thực ph p lọc lọc số xây Hình 216 Phạm Thanh Hà, ? ?Giải pháp xử lý nhiễu dao động ký sinh. .. khiển cân đòn bẩy th o đ nh dạng lọc số (gọi tắt “thu t toán lọc ”) đồng nghĩa v i việc b sung thêm vào kênh điều khiển cân đòn bẩy LA-FSM lọc Hình 214 Phạm Thanh Hà, ? ?Giải pháp xử lý nhiễu dao động