Организация сбора и обработки экспериментальных данных

Сбор и обработка информации об объекте испытаний и состоянии системы испытаний создают основу для решения задач управления и получения требуемых результатов испытаний.

Организация, средства, а также методы сбора и обработки информации зависят от типа объекта и целей испытаний, вида потребителей информации и решаемых ими задач. Их различия влияют на состав и объём экспериментальных данных (ЭД), способы измерения, передачи, регистрации, методы обработки и формы представления информации, требования к точности измерения, верности передачи, быстродействию и т.п. Однако состав основных подпроцессов, а также процедура сбора и обработки информации для различных систем испытаний практически одинаковы.

Сбор и обработка информации в процессе испытаний включает следующие основные этапы:

— сбор первичных данных, заключающийся в получении информации с объектов испытания и управления, и подготовка к последующему использованию, измерению или передаче;

— измерение, т.е. получение численных значений параметров объекта путем преобразования аналоговых величин в цифровые коды;

— накопление и хранение данных, т.е. регистрация данных и результатов их обработки на человекочитаемых и машинных носителях информации с целью её последующей передачи или обработки на ЭВМ;

— ввод данных в ЭВМ, состоящий в согласовании форм представления сигналов — носителей информации, быстродействия средств регистрации, хранения, передачи и обработки данных и в последовательной выдаче информации в ЭВМ для её обработки;

— обработка данных в ЭВМ, заключающаяся в выполнении вычислительных, логических, моделирующих процедур по определению статистических характеристик данных, параметров, рабочих зависимостей, состояний, показателей эффективности и качества объекта или средств испытаний. В интересах управления и контроля могут выполняться процедуры оценки и выработки управляющих воздействий, диагностики причин нарушения нормального хода процесса испытаний и прогнозирования технического состояния объекта и средств испытаний;

— выдача данных, заключающаяся в выводе из ЭВМ результатов обработки данных, их регистрации, отображении, документировании или передаче потребителям или другим средствам обработки;

— оценка результатов, т.е. проверка результатов обработки данных, их полноты, верности и соответствия целям испытаний, принятие решений по изменению, повторению эксперимента или программ обработки данных.

Таблица 5

ХАРАКТЕРИСТИКИ ИВК

Физическая величина	Диапазон измерений	Число разрядов двоичных (десятичных)	Точность	Быстродействие, с	Измерительное устройство
по амплитуде	По частоте, Гц
Измерение	Быстродействую­щий многопре­дельный АЦП с памятью
Ui (t), U	10-4 – 103 В	0,01 - 2·104	10 – 12 (3)	0,1	10-6
0,2
Ii (t), I	10-7 – 1 А	0,01 - 2·104	10 – 12 (3)	0,1	10-6
	0,2
Ri (t),	1 - 107 Ом	0,01 - 2·104	10 – 12 (3)	0,1	10-6
Точное измерение	Интегрирующий АЦП
U	10-6 - 103 В	—	16 – 20 (5 – 6)	0,01	4·10- 2
I	10-9 – 1 А	—	16 – 20 (5 – 6)	0,02	4·10- 2
R	10-2 - 107 Ом	—	16 – 20 (5 – 6)	0,02	4·10- 2
F	—	102 – 107	20 – 24 (7)	10-5 – 10-1	10-3 - 1	Частотомер
T	10-2 - 100 с	—	20 – 24 (7)	10-5 – 10-1	200 -10-1	Периодомер
Выдача сигналов	Быстродействую­щий ЦАП с па­мятью
Ui (t)	10-4 - 10 В	0,01 - 2·104	10 – 12 (3)	0,1	10-6
Ii (t)	10-8 – 10-2 А	0,01 - 2·104	10 – 12 (3)	0,1	10-6
U	10-4 - 10 В	—	16 (5)	0,005	10-1	Прецизионный ЦАП
I	10-7 – 10-2 А	—	16 (5)	0,01	10-1
F	0,01 - 10 Гц	0,01 – 10-7	20 – 24 (7)	10-5		Синтезатор часто­ты
T	0,01 - 10 с	100 – 10-7	20 – 24 (7)	10-5

Структура сбора и обработки данных зависит от следующих факторов:

— территориальной протяжённости объекта и средств испытаний;

— взаимного удаления объекта и средств испытаний от систем обработки данных и потребителей результатов обработки;

— степени автоматизации технических средств и степени участия операторов (персонала) в процессах сбора и обработки;

— характера обработки данных (обработка в реальном масштабе времени и допустимость временных задержек и пакетной обработки);

— возможностей и уровня совершенства используемых средств и методов обработки.

Ряд вариантов структур могут быть получены на основании схемы (рис. 18), где выделены этапы сбора первичных данных, измерения, накопления, хранения и передачи данных. Первичная обработка может быть выполнена в различных точках схемы.

Передача информации может осуществляться в реальном времени (сплошные линии) или прерывисто, с некоторой задержкой (пунктирные линии), в аналоговой (жирные линии) или цифровой (тонкие линии) форме. По степени удаления элементов системы сбора и обработки (ССО) от объекта испытаний и друг от друга, а также по принципу распределения идентичных функций различают:

- сосредоточенные (местные);

- локальные (дистанционные);

- рассредоточенные (телесистемы);

- централизованные;

- децентрализованные структуры.

Централизация и децентрализация может относиться ко всей ССО или её отдельным подсистемам.

Рис. 18. Схема сбора ЭД

Сосредоточенные системы более применимы для небольших испытательных стендов и машин, когда основное оборудование, включая ЭВМ, располагается на удалении 2 — 10 м от объекта испытаний. При этом для связи с объектом и элементами системы не применяются специальные средства передачи данных, но при этом не исключается возможность использования внешних ЭВМ для расширения вычислительных возможностей ЭВМ системы, которая является основной, поскольку именно она обеспечивает получение результатов обработки данных (рис. 19).

В локальных ССО возможны удаление всей аппаратуры или её части от объекта испытаний на 20 — 100 м с децентрализацией некоторых функций. Как правило, это касается сбора первичных данных (подсистема ССД), измерения и обработки данных (подсистема СОД). В системе используются средства дистанционной связи или магистральные последовательные и параллельные интерфейсы. Подобные структуры применяются при наличии нескольких близко расположенных стендов или одного стенда большой протяженности.

Основу местных и дистанционных систем могут составлять серийно выпускаемые измерительные комплексы, субкомплексы, ИВК либо серийные мини- или микро-ЭВМ с комплектом средств сопряжения с объектом испытаний.

Рис. 19. Сосредоточенная ССО ЭД

ЭВМ ССО ЭД также могут иметь связь с внешними ЭВМ, используемыми для расширения вычислительных ресурсов системы.

ССО на рис. 20, а является полностью децентрализованной. Такой вариант возможен, если данные по каждой подсистеме (стенду) независимы и результаты испытаний не требуют совместной обработки данных по каждой из подсистем. Если это условие не соблюдается, то совмещение может быть достигнуто за счёт установки взаимосвязей отдельных ЭВМ СОД или введением центральной ЭВМ. На рис. 20, б представлены централизованная по обработке и децентрализованная по сбору ССО ЭД.

Испытания сложных объектов, например ЛA в целом, или использование нескольких испытательных стендов требуют организации определённого взаимодействия между массивами данных от отдельных подсистем ЛА, наземного комплекса ЛA или отдельных стендов. Такое взаимодействие необходимо для установления логико-исполнительных зависимостей между параметрами объекта испытаний, исключения недостаточности данных в различных подсистемах по одним и тем же параметрам и обеспечения возможности осуществлять сложные методы обработки рабочих и статистических зависимостей.

Структура, изображенная на рис. 20, в, позволяет решать эту задачу за счёт единой системы сбора данных. Две ЭВМ в структуре могут быть использованы как для повышения надёжности системы, так и для одновременной обработки данных в различных целях (например, управления и обработки результатов испытаний) или предварительной и полной обработки ЭД.

Рис. 20. Локальные ССО ЭД:

а – нецентрализованная; б – централизованная обработка и нецентрализованный сбор; в – централизованный сбор; г – единый банк данных