ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения конструкторской разработки

Расходомер топлива содержит первый 1 (см. рисунок 1), второй 2 и третий 3 датчики объемного расхода, задатчик 4 постоянных величин, аналоговое вычислительное устройство 5, формирователь импульсов 6, первый сумматор 7, первый 8 и второй 9 фильтры нижних частот, первую схему 11 преобразования, первый интегратор 12, усилитель 13, индикатор 14 и аналого-цифровое вычислительное устройство 15. Причем первый, второй, третий, четвертый и шестой входы аналогового вычислительного устройства 5 соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым и шестым выходами задатчика 4 постоянных величин, выходы первого 1 и второго 2 датчиков объемного расхода соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя 6 импульсов, выход которого через первый сумматор 7, первый фильтр 8 нижних частот и первую схему 10 преобразования соединен с седьмым входом аналогового вычислительного устройства 5, выход третьего датчика 3 объемного расхода через второй фильтр 9 нижних частот и вторую схему 11 преобразования соединен с восьмым входом аналогового вычислительного устройства, выход которого через первый интегратор 12 и усилитель 13 соединен с индикатором 14, первый и второй входы аналого-цифрового вычислительного устройства 15 соединены соответственно с пятым и седьмым выходами задатчика 4 постоянных величин, третий и четвертый входы с выходами соответственно второй схемы 11 преобразования и первой схемы 10 преобразования, а выход с пятым входом аналогового вычислительного устройства 5.

Аналого-цифровое вычислительное устройство 15 содержит первый 16(см. рисунок 2), второй 17 и третий 18 умножители, первый 19, второй 20 и третий 21 ключи, первый 22, второй 23, третий 24, четвертый 25, пятый 26 и шестой 42 инвесторы, первый 27, второй 28 и третий 41 аналого-цифровые преобразователи, первый 29, второй 30, третий 31, четвертый 32 и пятый 43 регистры, второй 33 и третий 34 сумматоры, первый 35 и второй 44 цифроаналоговые преобразователи, делитель 36, генератор 37 импульсов, счетчик 38, элемент И-НЕ 39 иrs-триггер 40. Причем первый, второй, третий и четвертый входы аналого-цифрового вычислительного устройства 15 соединены с первыми входами соответственно третьего ключа 21, третьего 18, первого 16 и второго 17 умножителей, вторые входы первого 16 и второго 17 умножителей объединены и соединены с третьим входом аналого-цифрового вычислительного устройства15, а их входы с первыми входами соответственно первого 19 и второго 20 ключей, выходы которых соединены с первыми входами соответственнопервого27 и второго 28 аналого-цифровых преобразователей2, первые группы выходов которых соединены с первой группой входов соответственно первого 29 и третьего 31 регистров, а их вторые выходы соответственно через второй 23 и четвертый 25 инверторы с вторыми входами первого 29 и третьего 31 регистров, группы выходов которых соединены с первыми группами входов соответственно второго 33 и третьего 34 сумматоров, вторые группы входов которых соединены соответственно с группами входов второго 30 и четвертого32 регистров, первые группы входов которых соединены с группами выходов соответственно второго 33 и третьего 34 сумматоров, группа входов первого цифроаналогового преобразователя 35 соединена с группой выходов второго сумматора 33, а выход с первым входом делителя 36, второй вход которого соединен с выходом третьего умножителя 18, вторая группа входов которого соединена с группой выходов третьего сумматора 34, выход делителя 36 соединен с первым входом третьего аналого-цифрового преобразователя 41, первые группы выходов которого соединены с первой группой входов пятого регистра 43, а его второй выход соответственно через шестой инвертор 42 с вторым входом пятого регистра 43, группы выходов которого соединены с группой входов второго цифроаналогового преобразователя 44, выход которого соединен с вторым входом третьего ключа 21, выход которого является выходом аналого-цифрового вычислительного устройства 15, выход генератора 37 импульсов соединен с первым входом счетчика 38, с вторыми входами первого 19 и второго 20 ключей, с вторыми входами первого аналого-цифрового преобразователя 27 и второго регистра 30 через первый инвертор 22 и с вторыми входами второго аналого-цифрового преобразователя 28 и четвертого регистра 32 через третий инвертор 24, группа выходов счетчика 38 соединена с группой входов элементов И-НЕ 39, выход которого соединен с третьими входами первого 29, второго 30 и третьего 31 и четвертого 32 регистров, с вторым входом третьего аналого-цифрового преобразователя 41 и с входом пятого инвертора 26, выход которого соединен с вторым входом счетчика 38 и входомrs-триггера 40, выход которого соединен с третьим входом третьего ключа 21.

Задатчик 4 постоянных величин выполнен аналогично , только наряду с шестью имеющимися имеет седьмой потенциометр, запитанный стабилизированным напряжением.

В качестве аналого-цифровых преобразователей 27, 28, 41 используется микросхема Кiii3ПВi, а в качестве регистров 29-32, 43 микросхема 133ИР13.

Счетчик 40 служит для счета импульсов до 100. Генератор 37 импульсов генерирует прямоугольные импульсы с частотой 10 Гц. Аналоговое вычислительное устройство 8 известно .

Третий датчик 3 объемного расхода служит для выдачи через второй фильтр 9 нижних частот и вторую схему 11 преобразования сигнала , пропорционального расходу топлива и удовлетворяющему уравнению

где

- угол установки дозирующей иглы;

- ошибка датчика с известной дисперсией.

Расход топлива через дроссельный кран, механически связанный с РУД, определяется углом установки дозирующей иглы и описывается уравнением

где

- производная от расхода топлива;

- параметр дроссельного крана;

- расход топлива;

- метр дроссельного крана.

Информация о расходе топлива, получаемая с первого 1 и второго 2 датчиков объемного расхода, определяется равенством

где

-суммарная медленно меняющаяся ошибка первого 1 и второго 2 датчиков

расхода, определяемая температурой и сортом топлива;

К _р- коэффициент пропорциональности, среднее значение которого априорно известно;

- суммарная флюктуационная ошибка первого 1 и второго 2 датчиков объемного расхода с известной дисперсией.

Из уравнения (2) для установившегося режима можно записать

.

Подставив из уравнения (1) значение , получим

Полученное равенство подставим в уравнение датчика расхода (3)

Введем обозначения

Тогда уравнение (6) имеет вид

Получим и запомнимmизмерений расхода, тогда получим

или в матричной форме

гдеb, ,n

Для оцениванияnв данной задаче можно применять алгоритм на основе метода наименьших квадратов.

Тогда оптимальная оценка определяется следующим образом:

(9) где корреляционная матрица вектора.

Примем, что независимы и имеют одинаковую дисперсию что соответствует действительности, так как измерения проводятся одним и тем же измерителем и независимо. Тогда матрица имеет вид

Вычислим матрицу С

и подставим в формулу (9), тогда имеем

(10).

На основании полученного выражения (10) составим рекуррентное соотношение для вычисления :

(11), где

Окончательное выражение дляi-го коэффициента пропорциональности К_piимеет вид

(12).

Однако для упрощения алгоритма при учете равенстваd1 +k _p(1) можно высчитывать вместо оценки оценку коэффициента которая с учетом (11) определяется по формуле:

(13)

По результатам моделирования время сходимости данного алгоритма не превышает 10 сек, т.е. по истечении этого времени для дальнейших расчетов можно использовать оценкуd _i.Данный алгоритм реализуется аналого-цифровым вычислительным устройством 15. Аналоговое вычислительное устройство 7 реализует алгоритм, представленный уравнениями (1):

;

(14)

где К весовой коэффициент, который вычисляется по формуле:

(15), где

После 10-й секунды в (15) вместо константы используется ее оценкаd _iобновляемая с периодом 10 сек.

Таким образом, введение аналого-цифрового вычислительного устройства, снабжение задатчика постоянных величин седьмым выходом, а также подключение первого и второго входов аналого-цифрового вычислительного устройства соответственно к пятому и седьмому выходам задатчика постоянных величин третьего и четвертого входов к выходам второй и первой схем преобразования, а выход к пятому входу аналогового вычислительного устройства позволило повысить точность измерения расхода за счет уточнения, оперативного вычисления текущего значения коэффициента пропорциональности К _р, используемого при вычислении расхода.

Рис. 2 Блок-схема расходомера топлива