Academic literature on the topic 'Фільтрація Калмана'

Розглянуто аналіз засобів обробки навігаційних даних у системах відстеження рухомих об’єктів, а саме розглянуто метод який підвищує точність вимірювання координат, це алгоритм фільтрації Каймана .Значною мірою це стосується різних рухомих об’єктів -організації руху повітряного ,морського, річкового, автомобільного й залізничного транспорту, а також використання сучасних супутникових навігаційних систем у суміжних областях, таких як геодезія й картографія, землевпорядження, моніторинг земної поверхні. Розглянуто Алгоритм фільтрації Калмана – послідовний рекурсивний алгоритм, який використовує прийняту модель динамічної системи для отримання оцінки, що може бути істотно скоригована в результаті аналізу кожної нової вибірки вимірювань у часовій послідовності. Це рекурентний метод, який можна віднести за своїм алгоритмом до метода заміщення. Алгоритм фільтрації Калмана застосовується в процесі управління багатьма складними динамічними системами, так як це математичний апарат, який дозволяє згладжувати дані на льоту, не накопичуючи їх для аналізу. При управлінні динамічною системою, перш за все, необхідно повністю знати її фазовий стан в кожен момент часу,але виміряти всі змінні, якими необхідно управляти, не завжди можливо, і в цих випадках фільтр Калмана є тим засобом, який дозволяє відновити відсутню інформацію за допомогою наявних неточних (зашумленних) вимірювань. Ключові слова: супутникові навігаційні системи, методи обробки навігаційних даних, точність вимірювання координат, метод Калмана

Пропонується розв’язання задачі підвищення надійності системи автоматичного управління (САУ) авіаційного двигуна ТВ3-117 на основі введення алгоритмічної надмірності. Метою дослідження є розробка алгоритмів діагностики та парирування відмов вимірювальних каналів для вхідних параметрів вбудованої в САУ лінійної адаптивної бортової математичної моделі авіаційного двигуна ТВ3-117 (LABEM). Наведено основні співвідношення LABEM. В якості основи статичної моделі двигуна використовується дросельна характеристика індивідуального двигуна, отримана на здавальних випробуваннях або на «гонці» в експлуатації після проведення обслуговування. Динамічна лінійна модель авіаційного двигуна ТВ3-117 нижнього рівня будується за методом простору станів. Технічні і теоретичних проблем практичної реалізації резервування за допомогою моделі пов’язані з високою розмірністю простору станів двигуна, що істотно перевищує розмірність вектору вимірюваних на борту параметрів. Виникає проблема ідентифікації відмови датчика з подальшим заміщенням інформації модельним значенням. Обґрунтовано необхідність побудови алгоритмів виявлення і локалізації відмов вимірювальних каналів двоканальних датчиків, що діють в умовах перешкод. Для підвищення надійності вхідної інформації по контуру витрати палива застосовуються алгоритми Калман-фільтрації з вбудованою логікою виявлення та локалізації відмови вимірювального каналу. Описано алгоритми виявлення та локалізації відмов датчиків в контурі дозуючої голки на основі фільтрів Калмана. Алгоритми будуються на обчисленні сигнатури відмови як зваженої суми квадратів відхилень (WSSR), яку порівнюють з обраним пороговим значенням. Результати випробувань на моторному стенді і моделювання в середовищі MatLab показали, що застосування запропонованих алгоритмів в складі LABEM дозволяє досягти високих показників надійності і якості автоматичного управління.

В кваліфікаційній роботі здійснено оцінювання методів адаптивної фільтрації через їх дослідження. Зокрема досліджено якість метод адаптивної фільтрації на основі оптимального фільтра Вінера, Вінера та субмугового фільтра в залежності від довжини імпульсної характеристики та співвідношення шум/сигнал. Проведено порівняльний аналіз методів адаптивної фільтрації при обробці модельного сигналу і емпіричних даних.
In the qualification work the evaluation of adaptive filtration methods through their research is carried out. In particular, the quality of the adaptive filtering method based on the optimal Wiener filter, Wiener filter and submug filter depending on the pulse length and noise / signal ratio is investigated. The comparative analysis of methods of adaptive filtering at processing of a model signal and empirical data is carried out.
ВСТУП 7 РОЗДІ 1. ОСНОВНА ЧАСТИНА 9 1.1. Цифрові фільтри 10 1.1.1. КІХ-фільтри 10 1.1.2. БІХ-фільтри 11 1.2. Адаптивна фільтрація 13 1.2.1. Динамічні адаптивні системи 14 1.2.2. Застосування адаптивної фільтрації 17 1.3. Фільтр Вінера 20 1.4. Метод найменших квадратів. Алгоритм LMS 23 1.5. Рекурсивний метод найменших квадратів Алгоритм RLS 25 1.6. Фільтр Калмана 27 1.7. Висновки до розділу 1 29 РОЗДІЛ 2. ОСНОВНА ЧАСТИНА 30 2.1. Загальний вигляд оператора згладжування 31 2.2. Адаптивне побудова оператора субсмугового згладжування 38 2.3. Висновки до розділу 2 42 РОЗДІЛ 3. НАУКОВО-ДОСЛІДНА ЧАСТИНА 43 3.1. Оцінка якості фільтрації алгоритмами Вінера і Калмана в залежності від довжини імпульсної характеристики 43 3.2. Порівняльний аналіз фільтрації методами Вінера, Калмана і адаптивної субсмугової фільтрації при обробці модельного сигналу 48 3.3. Порівняльний аналіз фільтрації методами Вінера, Калмана і адаптивної субсмугової фільтрації при обробці емпіричних даних 54 3.4. Висновки до розділу 3 63 РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 66 4.1. Охорона праці 66 4.2. Безпека в надзвичайних ситуаціях 68 4.3. Висновки до розділу 4 70 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 71 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 73 Додаток А. Копія тези конференції 78

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.13 – прилади і методи контролю та визначення складу речовин» ‒ Державний вищий навчальний заклад «Український державний хіміко-технологічний університет», МОН України, Дніпро, 2019. Дисертація присвячена вирішенню науково-прикладної проблеми підвищення достовірності контролю технологічних параметрів (густини, в’язкості, зусилля (тиску)) в умовах вібрації за рахунок розроблення нових математичних моделей та методів визначення технологічних параметрів, застосування нових багатопараметричних віброчастотних перетворювачів з універсальною характеристикою та змінним співвідношенням сигнал-шум, розробки програмних засобів фільтрації зашумленої вимірювальної інформації з невідомими законами розподілу. Розроблено віброчастотний метод контролю та вимірювання густини, в’язкості, зусилля (тиску) газорідинних середовищ у виробничих умовах, який реалізується за допомогою віброчастотного вимірювального перетворювача з трубчатим, циліндричним резонатором у якості якого може використовуватись частина технологічного апарату, отримано математичні моделі амплітудно- частотних характеристик технологічних параметрів в апаратах різного типа конструкції. Розроблено теоретичні основи проектування неметалевих трубчатих проточних резонаторів з широкою сферою застосування. Розроблено багатофункціональний віброчастотний перетворювач для вимірювання густини, в’язкості, зусилля (тиску) з циліндричним резонатором, який має універсальну характеристику. Виконані дослідницькі роботи щодо попередньої ідентифікації законів розподілу, розроблено алгоритм фільтрації Калмана вимірювальної інформації з підвищеними завадами та структура багатопараметричної системи контролю технологічних параметрів з системою діагностики форми коливань резонатора; вдосконалено пристрій для ідентифікації активного стану оператора. Здійснені впровадження інженерних розробок дисертаційної роботи на провідних підприємствах Дніпра та за кордоном.
Thesis for a degree of Doctor of Science (Technology), Specialty 05.11.13 – Instruments and Methods of Control and compounds` composition determination. – State Higher Educational Institution «Ukrainian State Chemical-Technological University», Ministry of Education and Science of Ukraine, Dnipro, 2019. The dissertation is devoted to solving the scientific and applied problem of increasing the reliability of the control of technological parameters (density, viscosity, force (pressure)) in a production environment through the development of new mathematical models and methods for determining technological parameters from the amplitude-frequency characteristics of the oscillatory environment of apparatuses, the use of new multiparameter vibration frequency converters with a universal characteristic and variable signal-to-noise ratio, as well as software development STV filtering noisy measurement information with unknown distribution laws. A vibration frequency method has been developed for monitoring and measuring the density, viscosity, force (pressure) of gas-liquid media under industrial conditions using a measuring transducer with a tubular, cylindrical resonator, mathematical models of the amplitude-frequency characteristics of technological parameters in devices of various designs are obtained. Theoretical foundations have been developed for the design of non-metallic tubular flow resonators with a wide scope. A multifunctional vibration frequency converter has been developed for measuring density, viscosity, force (pressure) with a cylindrical resonator, which has a universal characteristic. Research work on the identification of distribution laws has been completed, an Kalman filtering algorithm has been developed for measuring information with increased noise, and the structure of a multidimensional control system for technological parameters with a system for diagnosing the shape of resonator vibrations; improved device for identifying the active state of the operator. Implementation of engineering developments of the thesis was carried out at the leading enterprises of the Dnieper and abroad.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.13 – «прилади і методи контролю та визначення складу речовин». ‒ Державний вищий навчальний заклад «Український державний хіміко-технологічний університет» Міністерства освіти і науки України, Дніпро, 2019. ‒ Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України. Дисертація присвячена вирішенню науково-прикладної проблеми впідвищення достовірності контролю технологічних параметрів (густини, в’язкості, зусилля (тиску)) в умовах выбрації (технологічних апратах та обладнанні) за рахунок розроблення нових математичних моделей та методів визначення технологічних параметрів за амплітудно-частотними характеристиками коливального середовища апаратів, застосування нових багатопараметричних віброчастотних перетворювачів з універсальною характеристикою та змінним співвідношенням сигнал-шум, отриманих завдяки використанню автоколивальної системи зі стабільними характеристиками на першій гармоніці без застосування додаткових частотних фільтрів, розробки програмних засобів фільтрації зашумленої вимірювальної інформації з невідомими законами розподілу Проведено аналіз сучасних підходів до вимірювання технологічних параметрів (густини, в’язкості, зусилля (тиску) у виробничих умовах, що характеризуються підвищеною вібрацією, встановлені фактори, що вносять найсуттєвіший вплив на викривлення результатів вимірювання і створюють додаткові похибки, запропоновані методи компенсації впливу зазначених факторів. Існуючі методи неруйнівного контролю не задовольняють поставленим завданням, оскільки не дають можливості контролювати швидкоплинні технологічні процеси, а створення штучної коливальної системи не дає змогу контролювати амплітудно-частотні характеристики природної коливальної системи, що виникає в апараті. Вперше отримано математичні моделі статичних характеристик перетворення для розробленого віброчастотного методу вимірювання технологічних параметрів (густини, в’язкості, зусилля (тиску) в апаратах з природними коливальними системам для типу конструкції апаратів «труба», «циліндр» та для апаратів з барботажем та пульсацією середовища на основі гіпотез Сорокіна та Кірхгофа-Лява у виробничих умовах, що дозволяють визначати вказані параметри за амплітудно-частотними характеристиками природних коливальних систем у апаратах та зменшити динамічну похибку каналу вимірювання параметру більш ніж у 10 разів (0,012 %). Запропановано теоретичні основи проектування неметалевих трубчатих проточних резонаторів з широкою сферою застосування (вимірювання густини рідких і газоподібних середовищ, концентрації розчинів, температурного коефіцієнта, модуля пружності матеріалу) конструкція яких дозволяє підвищити точність вимірювання за рахунок регулювання активної частини резонатора з урахуванням жорсткості (піддатливості) типу кріплення і його розташування. Метод визначення частоти та форми коливань дозволяє 17% точніше визначати місця максимальних напружень між кріпленнями та одночасно зменшити вплив віброакустичний вплив трубопроводів на результат вимірювання амплитудно-частотних характеристик апарату. Після розроблення і виготовлення дослідних зразків багатофункціонального віброчастотного давача для вимірювання густини, в’язкості, зусилля (тиску) з циліндричним резонатором було проведено серію експериментів для визначення густини та зусилля з використанням двіброчастотного методу методу Результати експериментів показали покращені метрологічні характеристики ЗВТ та дієвість методу. Результати проведених теоретичних і експериментальних досліджень впроваджено у практику таких підприємств і організацій: ТОВ «Укртехавіа» (Павлоград, Україна), «ММС Інтернешнл Белград» (Белград, Республіка Сербія); ВАТ «РПК «АДМІРАЛ»» (Дніпро, Україна), навчальний процесс Українського державного хіміко-технологічного університету, Дніпровського державного аграрно-економічного університету.
Dissertation for the degree of Doctor of Sciences (Technology), Specialty 05.11.13 – «Instruments and Methods of Control and compounds` composition determination». ‒ State Higher Educational Institution «Ukrainian State Chemical Technology University» of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Dnipro, 2019. ‒ National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute» of the Ministry of Education and Science of Ukraine. The dissertation is devoted to solving the scientific and applied problem of increasing the reliability of the control of technological parameters (density, viscosity, force (pressure)) in a production environment through the development of new mathematical models and methods for determining technological parameters from the amplitude-frequency characteristics of the oscillatory environment of apparatuses, the use of new multiparameter vibration frequency converters with a universal characteristic and variable signal-to-noise ratio, as well as software development STV filtering noisy measurement information with unknown distribution laws. A vibrational frequency method has been developed for monitoring and measuring the density, viscosity, force (pressure) of gas-liquid media under industrial conditions using a measuring transducer with a tubular, cylindrical resonator, mathematical models of the amplitude-frequency characteristics of technological parameters in devices of various designs are obtained. Theoretical foundations have been developed for the design of non-metallic tubular flow resonators with a wide scope. A multifunctional vibration frequency converter has been developed for measuring density, viscosity, force (pressure) with a cylindrical resonator, which has a universal characteristic. Research work on the identification of distribution laws has been completed, an Kalman filtering algorithm has been developed for measuring information with increased noise, and the structure of a multidimensional control system for technological parameters with a system for diagnosing the shape of resonator vibrations; improved device for identifying the active state of the operator. Implementation of engineering developments of the thesis was carried out at the leading enterprises of the Dnieper and abroad.