МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)»
(РУТ (МИИТ)

Одобрено кафедрой

«ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ АВТОМАТИКА ТЕЛЕМЕХАНИКА И СВЯЗЬ»

Протокол № от 201 г.

Автор:

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ С МЕТОДИЧЕСКИМИ
УКАЗАНИЯМИ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Идентификация и диагностика систем

Уровень ВО:	Бакалавриат
Форма обучения:	Заочная
Курс:	5

Специальность/Направление: 27.03.04 Управление в технических
системах (УТб)

Специализация/Профиль/Магистерская программа: (УТ) Системы и
технические средства автоматизации и управления

Москва

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Целью контрольной работы является закрепление знаний, полученных
студентом при самостоятельном изучении дисциплины, а также получение
практических навыков по решению конкретных задач идентификации и
диагностики различных устройств, включая и устройства железнодорожной
автоматики и телемеханики.

Для успешного выполнения контрольной работы студент должен иметь
представление о методах диагноза различных устройств, итерационных
методах измерений, интегральное и дифференциальное исчисление на
базовом уровне.

Прежде чем приступить к выполнению контрольной работы, студент
должен изучить соответствующие разделы основной и рекомендованной
литературы.

Контрольную работу следует оформлять на листах формата А4
(297x210 мм). У листов следует оставить поля: левое – 3 см, правое – 1.5 см,
нижнее – 2 см, верхнее – 2 см.

На обложке работы необходимо корректно указать наименование
учебной организации, название дисциплины, учебный шифр, фамилию и
инициалы студента и преподавателя, который будет осуществлять
рецензирование работы, а также кафедру и факультет.

Пояснительная записка должна быть написана от руки, либо
машинописно на одной стороне листа. Все листы записки должны иметь
сплошную нумерацию, которая указывается в левом нижнем углу каждого
листа. Таблицы и рисунки также должны быть пронумерованы и иметь
названия. Рисунки должны следует выполнить карандашом на отдельных
листах аналогичного формата. Контрольная работа должна быть
сброшюрована.

Замечания рецензента удалять нельзя. Исправления к замечаниям
рецензента выполняются на чистой стороне листа рядом с самими
замечаниями и сопровождаются надписью «Работа над ошибками».

Контрольная работа содержит две задачи. В пояснительной записке
следует привести исходные данные к каждой задаче в соответствии со своим
вариантом. Решения задач должны включать в себя необходимые расчёты,
краткие пояснения, таблицы и рисунки. Пояснения и расчеты должны быть
разборчивыми для чтения. В расчетах сначала приводится общая формула в
буквенном обозначении, затем та же формула с подставленными численными
значениями и в конце – результат расчета. Результаты расчетов следует
округлять до сотых, если у величин имеются единицы измерения, то следует
их указать в круглых скобках после значения самой величины. Все рисунки
следует вставлять в пояснительную записку сразу после той страницы, на
которой имеется первая ссылка на них. Если имеются единицы измерения
вычисляемых или исходных величин, то они обязательно должны быть
указаны. Пояснения и расчёты должны быть разборчивыми для чтения.
Сокращения слов в тексте, за исключением общепринятых, не допускаются.
В конце пояснительной записки следует привести список использованной
литературы.

К пояснительной записке на электронном носителе следует приложить
файл с выполненными расчетами. Недопустимым является ксерокопирование
текста, рисунков и графиков.

Контрольные работы, выполненные не по варианту, к рецензированию
не принимаются.

Рекомендуемая среда для выполнения расчетов Microsoft Excel.

Проверенная и допущенная к защите контрольная работа

предъявляется преподавателю на защите.

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ

Задача 1. Измерение параметров статического объекта итерационными

методами

Имеется входящий в состав системы диагностики измерительный
прибор, структурная схема которого представлена на рисунке 1.

Рис. 1

На схеме: ИТ – измерительный тракт;

АР – анализатор;

x₀ – вход измерительного прибора, он же вход измерительного тракта;

y₀ – выход измерительного тракта;

х_изм – измеренное значение величины.

Работа измерительного прибора осуществляется следующим образом.

x₀ – физическая величина в общем случае непосредственно АР не
воспринимаемая, вследствие несоответствия физической природы процесса и
размерности величин. Для преобразования величины в требуемый вид в
приборе используется измерительный тракт – совокупность различных
преобразователей. В результате при подаче на вход прибора измеряемой
величины, значением x₀ на выходе ИТ формируется соответствующая
реакция y₀ – сигнал физической природы и формы представления,
воспринимаемой АР. Как видно из схемы, y₀ – внутренний сигнал
измерительного прибора и он может существенно отличаться от измеряемого
сигнала x₀ . Зависимость между входным и выходным сигналами
измерительного тракта, как правило, нелинейна и в общем виде может быть
описана, как: y = f (x).

На выходе измерительного прибора следует получить измеренное
значение x_изм измеряемого прибором сигнала x₀ . Для этого АР должен
решить обратную задачу: из значения выходного сигнала ИТ y₀ , доступного
для АР вычислить непосредственно недоступное для него значение сигнала
x₀ с использованием характеристики измерительного тракта. Формально
обратная задача может быть описана, как: x = f^-1( y).

Обратную задачу требуется решить предложенными итерационными
методами. Это позволит практически обеспечить универсальность АР при
применении в различных приборах, а при наличии цепи ОС в приборе,
замкнутой на вход ИТ – реализовать автоматическую настройку АР на
работу с ИТ, имеющими различные характеристики, без необходимости
загрузки в память АР самой характеристики ИТ.

Необходимые при решении задачи исходные данные приведены в
таблицах 1 - 3.

Решение задачи должно включать в себя:

1. Исходные данные по варианту студента;
2. Описание измерительного прибора и процесса его функционирования;
3. Описание соответствующего итерационного метода с аналитической и
графической интерпретацией;
4. Блок-схемы, реализующие соответствующий итерационный метод;
5. Расчеты с пояснениями, описывающие реализацию итерационного
метода АР при указанных в задании исходных данных.
6. Файл расчетов в среде MS Excel.

В результате решения следует вычислить:

1. Измеренное значение величины x_изм

2. В зависимости от варианта количество итераций, потребовавшихся для
измерения величины x0 с заданной абсолютной погрешностью Ax,
либо остаточную абсолютную погрешность при известном числе
итераций N .

Параметр	Вариант (последняя цифра шифра)
Параметр	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Итерационный метод	Хорд	Деления пополам	Простых итераций	Хорд	Деления пополам	Простых итераций	Хорд	Деления пополам	Простых итераций	Хорд
Измеряемое значение величины x₀ , В	5	7	9	12	10	14	11	8	6	13
Начальное значение величины x₁ , В	7	10	11	14	12	18	17	14	10	15

Таблица 2

Параметр	Вариант (предпоследняя цифра шифра)
Параметр	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Абсолютная погрешность ∆x , В	0,001	-	0,005	-	0,008	-	0,018	-	0,022	-
Количество итераций N	-	13	-	12	-	15	-	11	-	14

*- последняя цифра шифра находится справа

Таблица 3

Вариант (младший символ суммы последней и предпоследней цифр шифра)	Характеристика измерительного тракта
0	y = 0,5 • x + 0,3 • x^0,1 • sin		^(x
1	y = x • 0,5 +t! I	x g ---- к 100 J	1 J
2	^y = lg(x +10)
3	y = (- 0,02 • x + 1У x
4	y = 0,05 • x^1,5 + 0,8 • 4[x
5	( y = x^0.5 • cos к	n A x • 180J
6	y = x°'⁵ • th(x)
7	( П A y = x • sin (x +15)-- к 180 J	+ 0.8 • cos		( n A x • к 180 J
8	y = 0.5 • x + 0.01 • x²
9	y = (1 - e -°-^{2 x} ) + 0.2 • x

* – Аргумент x в тригонометрических функциях должен иметь размерность,
рад

Задача 2. Измерение параметров при диагностике инерционных
объектов

Имеется система тестового диагноза, общая схема которой
представлена на рисунке 2.

Рис. 2

Система диагноза функционирует следующим образом. Средства
диагноза (СД) формируют тестовые воздействия x(t) на объект диагноза
(ОД). ОД обладает некоторой инерцией, вследствие чего реакция на входное
воздействие формируется на выходе ОД по истечении промежутка времени
Д t, называемого замедлением отклика. Тестовое воздействие в графическом
представлении имеет сложную форму, которая задается функцией от времени
f (t). В цепи формирования тестового воздействия имеется усилитель (У),
коэффициент усиления k которого задает скорость изменения тестового
сигнала во времени при неизменной функции f (t). Таким образом, тестовый
сигнал может быть описан, как: x ^(t ) = k •^{f (t})

Результат диагноза формируется на основе сопоставления
формируемого СД текущего тестового воздействия x(t + Д t) и
воспринимаемой реакции ОД в тот же момент времени. Вследствие
замедления отклика ОД воспринимаемая СД реакция относится к моменту
времени, сдвинутому от текущего на величину замедления отклика, и есть
y(t). Неучет данного факта при высокой скорости изменения тестового
сигнала может привести к неверным результатам диагноза. Поэтому имеется
ограничение на максимальное изменение величины тестового воздействия за
время замедления отклика ОД Д > x(t + Дt)- x(t).

Требуется определить значение неизменного в процессе диагноза
коэффициента усиления k , при котором обеспечивается минимально
возможное время диагноза и действует ограничение на величину тестового
воздействия Д, а также вычислить время диагноза одного ОД tдиаг.

При расчете времени диагноза следует учесть время формирования
тестового сигнала в заданном диапазоне tтв, замедление отклика ОД Дt и
время обработки результатов t_ор .

Дополнительно требуется разработать алгоритм диагноза и описать его

в виде блок-схемы.

При оценке времени t_тв диагноз ОД считается законченным, если
тестовое воздействие прошло весь диапазон значений от нуля до x_max .
Оценка времени t_тв должна осуществляться требуемым итерационным
методом.

Исходные данные для решения задачи приведены в таблице 4.

Решение задачи должно включать в себя:

1. Исходные данные по варианту студента;
2. Описание системы диагноза и процесса ее функционирования;
3. Блок-схемы, реализующие процесс измерения параметров объекта и
формирования результата диагноза;
4. Расчеты с пояснениями, описывающие реализацию процесса
измерений при указанных в задании исходных данных.
5. Файл расчетов в среде MS Excel.

В результате решения следует вычислить:

1. Максимальное допустимое значение коэффициента усиления ^k ,
обеспечивающее минимум времени диагноза.
2. Минимально возможное время диагноза t_диаг .

Таблица 3

Вариант (последняя цифра шифра)	Форма тестового сигнала f (t)
0	^f(t )= lg(t+10)
1	f (t ) = 0,05 • t^1,5 + 0,8 • 4/i
2	f (t) = 0,5 • t + 0,3 • t^0,1 • sin(t)
3	f (t ) = t -f 0,5 + tg^f-t-1\| V к¹⁰⁰))
4	f (t )=(0,02 • t +1)-1
5	f (t ) = 0,05 • t² + 0,2 • t
6	f (t )= (1 - e "°-⁵ t) + 0.5 • t
7	f (t )= 0,005 • t³ + 0,2 • t
8	f (t )= 0.5 • t + 0.01 • t²
9	f (t )= (1 - e -°-² t) + 0.2 • t

Параметр	Вариант (последняя цифра шифра)
Параметр	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Замедление отклика ∆t , с	0,015	0,02	0,035	0,05	0,065	0,01	0,025	0,03	0,045	0,05
Допустимое отклонение тестового сигнала за время отклика ∆	0,3	0,2	0,05	0,25	0,15	0,2	0,15	0,25	0,3	0,15
Значение тестового сигнала, при котором измерение завершается X max	4	8	5	7	6	4	7	8	5	8
Время обработки результатов tор	0,35	0,57	0,73	0,29	0,64	0,55	0,43	0,27	0,75	0,59
Итерационный метод	Деления пополам	Простых итераций	Хорд	Простых итераций	Хорд	Деления пополам	Простых итераций	Хорд	Хорд	Простых итераций

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Д м и т р е н к о И. Е., А л е к с е е в В. М. Техническая диагностика и
автоконтроль работоспособности устройств железнодорожной
автоматики и телемеханики: Уч. пос. – М.: РГОТУПС, 2003. – 163 с.

Дополнительная

2. Д м и т р е н к о И. Е., С а п о ж н и к о в В. В., Д ь я к о в Д. В.
Измерение и диагностирование в системах железнодорожной
автоматики, телемеханики и связи. – М.: Транспорт, 1994.
3. А р к а т о в В. С., К р а в ц о в Ю. А., С т е п е н с к и й Б. М.
Рельсовые цепи. – М.: Транспорт, 1990.
4. Д м и т р е н к о И. Е., У с т и н с к и й А. А., Ц ы г а н к о в В. И.
Измерения в устройствах автоматики, телемеханики и связи на
железнодорожном транспорте. – М.: Транспорт, 1969.

Скачать методический материал

Комментарии (0)

Чтобы оставить комментарий, нужно войти в личный кабинет или зарегистрироваться.