автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Информационно-измерительные системы стендовых испытаний изделий автомобильной промышленности

ВАСИЛЬЧУК АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ

ИНФОРМАЦИОННО - ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ АВТОМОБИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность 05.11.16 - Информационно - измерительные системы АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Самара -1999

Работа выполнена в Самарском Государственном Аэрокосмическом Университете им академика С.П. Королева

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Конюхов Н.Е.; доктор технических наук, профессор Кричке В.О.; доктор технических наук, профессор Мартяшин А.И.

Ведущая организация: Серпуховский Автозавод (г.Серпухов, Московской области)

Защита состоится 14 января 2000 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.063.16.01 при Самарском государственном техническом университете по адресу: 443010, г.Самара, ул. Галактионовская, 141, ауд. 23.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета (ул.Первомайская, 18)

Автореферат разослан м_" декабря 1999 года

Ученый секретарь диссертационного совета Д.063.16.01 кандидат технических наук, доцент

В.Г.Жиров

Общая характеристика диссертационной работы

Актуальность проблемы.

Современное состояние Российского автомобилестроения характеризуется в основном влиянием двух факторов: увеличением годового объема выпуска автомобилей, обусловленного постоянным, несмотря на сложное экономическое состояние страны, потребительским спросом, и непрерывным ужесточением требований к выпускаемой продукции, определяемым все более увеличивающейся конкуренцией со стороны импортируемой техники.

С целью повышения безопасности движения разрабатываемые новые образцы автомобилей, а также модернизируемые их серийные модели оснащаются все более сложными механическими и электронными узлами, требующими соответствующей наладки при изготовлении и периодической диагностики в течение всего эксплуатациошгого периода с помощью соответствующего стендового оборудования.

Основные утлы автомобильного двигателя - система питания, впускная система, выпускная система (с нейтрализатором токсичных компонентов), а также системы автомобиля - подвеска, трансмиссия, тормозная система и т.д. оснащаются микропроцессорными устройствами управления и диагностики, улучшающими основные характеристики автомобиля - динамичность, экономичность, надежность вождения.

Число контролируемых узлов автомобиля все время увеличивается, что приводит к необходимое™ использования все более совершенного бортового диагностического оборудования.

Наряду с этим все большее внимание в автомобилестроении уделяется повышению экологических характеристик транспортных средств - снижению выбросов в атмосферу токсичных компонентов, что обеспечивается применением комплексов для диагностики основных узлов автомобилей (двигателя, трансмиссии, системы питания, ходовой части и т.д.) с целью обеспечения заданных значений таких характеристик.

В состав как стендовых испытательных комплексов, так и бортового диагностического оборудования входят информационно - измерительные системы, предназначенные дня накопления получаемой от многочисленных датчиков измерительной информации, ее переработки с целью определения информативных параметров, выдаче результатов обработки оператору или передаче по стандартным каналам связи.

Однако используемые для этой цели информационно - измерительные системы (ИИС) в настоящее время уже не удовлетворяют современным требованиям скорости обработки измерительной информации, ее объемов, а также достоверности результатов обработки.

Современные ИИС, использующиеся в комплексах контроля виброакустических параметров умов и агрегатов автомобилей, позволяют производить одновременную обработку лишь нескольких вибросигналов (а не нескольких десятков, что в настоящее время является необходимым), что значительно увеличивает длительность циклов проведения виброиспытаний.

ИИС, используемые в комплексах диагностики экологических параметров автомобильных двигателей, позволяют в настоящее время контролировать одновременно от 1 до 3 токсичных компонентов отработавших газов. При необходимости контроля большего числа компонентов, а также расширении динамического диапазона измеряемых параметров (концетраций токсичных компонентов в отработавшем газе), что соответствует вводимым в ближайшее время международным стандартам, в существующих диагностических комплексах требуется существенное расширение объема дорогостоящего аналитического оборудования и его перенастройка, а также проведение достаточно длительной градуировки его характеристик с привлечешем высококвалифицированного персонала.

Кроме того, в ближайшем времени потребуется создание компактных бортовых автомобильных систем, позволяющих проводить оперативный многокомпонентный анализ отработавших газов в реальном темпе времени с целыо оптимизации работы автомобильного двигателя. Средства переработки измерительной информации, входящие в состав таких систем, должны обладать сравнительно низкой стоимостью по отношению к стоимости всего автомобиля, но тем не менее позволять обрабатывать значительные потоки измерительных данных.

Перечисленные проблемы усугубляются требованиями к снижению временных затрат на создание новых моделей автомобилей. В частности, ведущие фирмы США, Европы и Японии модернизируют выпускаемые автомобили каждые полгода, время же создания принципиально новой модели не превышает двух лет. Аналогичная тенденция существует и в Российском автомобилестроении.

Разработка многоуровневых ИИС с использованием устройств, реализующих базовый набор алгоритмов предварительной обработки измерительной информации, характерных дая большинства задач испытаний и диагностики основных узлов и агрегатов автомобилей, позволяет строить унифицированные ряды систем обработки информации в стендовых испытательных и диагностических комплексах, используемых в автомобильном машиностроении.

Такие ИИС позволяют достаточно быстро комплектовать аппаратные и программные средства испытательных комплексов с учетом современных требований к объемам и скоростям обработки измерительной информации, а также необходимости оперативной перенастройки.

Разработка многоуровневых ИИС для стендовых и диагностических комплексов в настоящее время сдерживается отсутствием в литературе обобщающих работ по исследованию характеристик измеригельной информации, получаемой с помощью таких комплексов, анализу и синтезу расположенных на их нижнем

уровне устройств предварительной обработки измерительных данных, отсутствием используемых в них простых и эффективных алгоритмов обработки измерительных сигналов, учитывающих специфику методов испытаний и диагностики узлов автомобильной техники, выбора современной элементной базы для построения таких устройств.

Создание многофункциональных многоуровневых ИИС для испытательных и диагностических комплексов для автомобильной промышленности является крупной народно - хозяйственной проблемой, а в сочетании с разработкой методов их анализа и синтеза и обобщением работ в области теории и практики испытательного и диагностического оборудования в автомобильном машиностроении является и научной проблемой.

Цель работы: разработка теории и принципов построения многофункциональных ИИС для испытательных и диагностических комплексов в автомобильном машиностроении и их практическая реализация.

При этом решаются следующие задачи:

классификация и анализ задач стендовых испытаний и диагностики основных узлов и агрегатов автомобилей;

анализ информационных характеристик измерительных сигналов в стендовых испытательных и диагностических комплексах, применяемых в автомобилестроении;

разработка алгоритмов предварительной обработки измерительной информации в ИИС испытательных и диагностических комплексах; синтез структурных схем многофункциональных ИИС испытательных и диагностических комплексов;

исследование алгоритмических и аппаратурных погрешностей разработанных ИИС;

схематическая реализация разработанных ИИС на базе современных комплектующих электронной и компьютерной техники.

Научная новизна. Сформулирована и решена на основе развития системного подхода крупная народно - хозяйственная проблема создания многофункциональных ИИС для испытательных и диагностических комплексов в автомобильном машиностроении на основе устройств, реализующих базовый набор алгоритмов предварительной обработки измерительной информации.

В частности:

- на основании проведенной классификации и анализа задач стендовых испытаний и диагностики основных узлов и агрегатов автомобилей опреден перечень задач, являющихся ключевыми в технике диагностики и испытаний, определены тенденции изменения требований к обработке измерительной информации в комплексах, предназначенных для решения этих задач, определены

подходы при создании аппаратных средств и программного обеспечения ИИ С этих комплексов;

-на основании анализа фундаментальных законов физико - химических превращений веществ в природе определен априорный закон распределения уровней измерительных сигналов в стендовых комплексах, предназначенных для исследования экологических параметров основных узлов автомобильных агрегатов, а также получено экспериментальное подтверждаете теоретических выводов;

-с целью сжатия измерительной информации по уровню определены оптимальные и квазиоптимальные законы квантования в многофункциональных устройствах предварительной обработки измерительных сигналов в ИИС испытательных и диагностических стендов;

-предложены эффективные алгоритмы сжатия во временной области измерительных сигналов, используемых в испытательном оборудовании на основе их сплайн - аппроксимаций, исследованы характеристики этих алгоритмов;

-разработан новый метод определения коэффициентов сплайн - аппроксимации измерительного сигнала при произвольном числе точек весовой функции цифрового аппроксимирующего сплайн - фильтра;

-разработан аналоговый интерфейс ИИС испытательных и диагностических комплексов на основе многофункциональных аналого - цифровых устройств предварительной обработки измерительной информации.

Практическая ценность. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили создать базу для проектирования и разработки многофункциональных ИИС испытательных и диагностических комплексов, предназначенных для автомобильного машиностроения: ИИС стендовых комплексов исследования экологических параметров автомобильных двигателей, ИИС комплексов для виброакустических испытаний основных агрегатов автомобиля, ИИС для оперативного проведения ранней диагностики дефектов трущихся сопряжений и подшипниковых пар автомобильных двигателей, трансмиссии и других механических узлов автомобиля.

Использование определенных в работе информационных характеристик измерительных сигналов и предложенных методов их аппроксимаций позволило создать базу для проектировать аналого - цифровых устройств предварительной обработки измерительных сигналов в испытательных и диагностических комплексах, обеспечивающих сжатие измерительной информации по уровню и во временной области и тем самым удовлетворить современным требованиям па объемам и скорости обработки этой информации в этих комплексах.

Эффективность разработанных многофункциональных ИИС для испытательных и диагностических колншексов превышает эффективность отечественных и зарубежных технических средств.

Реализация результатов. Представленные в работе исследования реализованы в информационно - измерительных системах, разработанных и внедренных

на АО "КОНВЕРСИЯ - ЛАДА - СЕРВИС" (г.Самара), ОАО "АВТОЭЛЕКТРОНИКА" (г.Калуга), ЗАО "СИГНАЛ - АВТО" (г.Энгельс Саратовской обл.), ОАО "ДВАДЦАТЫЙ ПОДШИПНИКОВЫЙ ЗАВОД" (г.Курск), ОАО "ПРИБОР" (г.Курск), ОАО "СЧЕТМАШ" (г.Курск), а также в учебных процессах на кафедре конструирования радиоэлектронных аппаратов Самарского государственного аэрокосмического университета и на кафедре "Информационно - измерительная техника" Самарского государственного технического университета.

Основные результаты диссертационной работы внедрены при создании: ИИС автоматизированного стенда проведения комплексных испытаний электрооборудования легкового автомобиля, внедренной в ЗАО "СИГНАЛ -АВТО" (г.Энгельс Саратовской обл.);

16- канальной ИИС для обработки виброакустических сигналов в комплексе проведения виброиспытаний узлов автомобильных кузовов, внедренной в ОАО "АВТОЭЛЕКТРОНИКА" (г.Калуга);

многофункциональной ИИС для стенда контроля в отработавших га зах окислов азота, окиси углерода, углеводородов, формальдегида с использованием спектрофотометрического и хроматографического методов, внедренной в АО "КОНВЕРСИЯ - ЛАДА - СЕРВИС" (г.Самара);

микропроцессорной системы обработки виброакустической информации для ранней диагностики зубчатых редукторов механизмов, внедренной в ОАО "Двадцатый подшипниковый завод" (г.Курск);

- математического обеспечения микропроцессорных модулей Для трехуровневой ИИС стендового испытательного комплекса, внедренной в ОАО "СЧЕТМАШ" (г.Курск);

- алгоритмического обеспечения системы обработки измерительной информации при проведении виброиспытаний и ударных испытаний механических конструкций, внедренного в ОКБ "АВИААВТОМАТИКА" ОКБ "ПРИБОР" (г.Курск);

- в лекционном курсе по дисциплине "Электронные устройства ИИТ" для студентов специальности 19.09 "Информационно - измерительная техника", читаемом в Самарском государственном техническом университете.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на:

международной деловой встрече "Диагностика - 94" (г. Ялта, 1994г),

- международной конференции по морским технологиям и судостроению "Black Sea' 92" (Болгария, Варна, 1992г.),

- республиканской научно - технической конференции "Теория цепей и сигналов" (г. Геленджик, 1996г),

межотраслевой научно - технической конференции "Автоматизированные информационные системы при строительстве и эксплуатации сооружений и объектов жизнеобеспечения" (г. Самара, 199бг),

- международной технической конференции по морским технологиям и судостроению "Black Sea' 97" (Болгария, Варна, 1997г.),

- межотраслевой научно - технической конференции "Исследования в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды" (г.Самара,1998г.),

- международной конференции "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем" (г.Пенза, 1998г.),

- научно - технической конференции "Измерительные преобразователи и информационные технологии" (г.Уфа, 1999г.),

- научно - технической конференции "Методы и средства преобразования и обработки аналоговой информации" (г.Ульяновск, 1999г.),

- научно - технической конференции "Методы и средства измерения в системах контроля и управления" (г.Пенза, 1999г.),

- международной конференции "Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте" (г.Самара, 1999г.),

- 6-й Всероссийской конференции "Состояние и проблемы измерений" (г.Москва, 1999г.),

- на заседании Научного Совета Поволжского регионального научно -технического центра Метрологической академии РФ,

- на научно - технических совещаниях АО "КОНВЕРСИЯ - ЛАДА - СЕРВИС";

- на научно - технических семинарах кафедры "Информационно - измерительная техника" Самарского государственного технического университета и кафедры "Конструирование радиоэлектронных аппаратов" Самарского государственного аэрокосмического университета.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 40 публикациях, в том числе в 1 монографии и 5 брошюрах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введешю, пяти разделов, заключения, приложения, перечня используемой литературы. Работа содержит 315 с. машинописного текста, 7 таблиц, 113 иллюстраций, 9 с. приложений и 16 с. библиографического списка из 161 наименований.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Классификация задач обработки измерительной информации при проведении испытаний изделий автомобильной промышленности, а также исследование тенденций изменения требований к измерительной аппаратуре стендовых испытательных комплексов позволило определить перечень ключевых параметров, характеризующих безопасность автомобилей (включая экологическую безопасность) при их эксплуатации и подлежащих контролю.

2. Предложенный метод теоретического исследования основополагающего закона превращен™ веществ в природе позволил определить априорный закон

распределения уровней измеряемых сигналов в комплексах анализа состава отработавших газов автомобильных двигателей и обосновать логарифмически - равномерный характер такого закона.

3. Информационный подход к исследованию измерительных сигналов в комплексах стендовых испытаний изделий автомобильной промышленности позволил оптимизировать параметры средств предварительной обработки информации ИИС стендового оборудования, а также определить используемые в гак с целью сжатия диапазонов измерительных сигналов оптимальные шкалы квантования.

4. Разработанный метод определения функций обратного преобразования позволил сформулировать алгоритмы работы аналого - цифровых преобразователей поразрядного уравновешивания, формирующих выходной код в формате с плавающей запятой, а также функциональных аналоге - цифровых преобразователей, использующихся в устройствах предварительной обработки измерительных сигналов в ИИС стендовых испытательных комплексов.

5. Применение в ИИС стендовых испытательных комплексов разработанных методов аппроксимации измерительных сигналов сплайн - функциями позволило осуществить эффективное сжатие этих сигналов во временной области, а также определить оценки их производных. Разработанная на базе методов цифровой фильтрации теория определения параметров сплайн - функций, аппроксимирующих измерительные сигналы, позволила определить методы расчета коэффициентов сплайн - аппроксимаций произвольного порядка, имеющих симметричные весовые функции с произвольным числом ее значений.

6. Разработанная теория определения параметров сплайн - функций, аппроксимирующих производную измерительных сигналов, позволила определить методы расчета коэффициентов дифференцирующих сплайн - фильтров, имеющих кососимметрические весовые функции с произвольным числом точек. Использование таких алгоритмов аппроксимации в задачах определения характерных значений (в частности, экстремальных) временных функций измерительного сигнала позволило создать математическое обеспечение микропроцессорных средств для предварительной обработки вибросигналов в реальном темпе времени в ИИС стендов виброиспытаний изделий автомобильной промышленности.

7. Предложенный подход предварительной сплайн - аппроксимации виброакустических сигналов позволил разработать методы их обработки в реальном времени. Алгоритмическое обеспечение, созданное на базе таких методов, позволяет с приемлемой в практических приложениях точностью осуществлять модальный анализ таких сигналов с помощью сравнительно простых микропроцессорных средств. Использование предложенного подхода позволило также разработать алгоритмическое обеспечение для ранней диагностики зарождающихся дефектов таких механических узлов, как подшипниковые узлы, зубчатые пары и т.д. на базе определения эксцесса распределения уровней виброакустических сигналов с помощью микропроцессорных средств.

8. Предложенные алгоритмы сплайн - аппроксимации сигнала позволяют эффективно решить задачу управления силовыми исполнительными органам! испытательных стендов, воспроизводящих при проведении испытаний автомобилей профиль дорожного покрытия с заданной методической погрешностью.

9. Использование разработанных схем устройств предварительной обработки измерительной информации позволяет строить на их основе универсальные ИИС стендовых испытаний с программируемыми характеристиками и структурой, и предназначенные для решения широкого класса задач испытаний автомобильных двигателей, ходовой части и кузовов современных автомобилей.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформули-рованы цель и задачи исследования, выявлены научная новизна и практическая ценность работы.

В первом разделе проведен анализ задач стендовых испытаний в автомобилестроении. Показано, что в настоящее время в автомобильном машиностроении значительно увеличиваются материальные затраты на проведение стендовых испытаний. Значительную часть стоимости разрабатываемого стендового оборудования составляют затраты на создание информационно - измерительных систем, входящих в состав испытательных комплексов. При проведении классификации задач стендовых испытаний в автомобилестроении, с учетом особенностей задач измерения и обработки измерительной информации выделены классы задач измерения и обработай виброакустических сигналов, механических параметров, физико - химических параметров. Определена группа задач обработки измерительной информации, являющихся общими для вышеуказанных трех классов. Сформулированы требования, предъявляемые к математическому и аппаратному обеспечению средств, решающих задачи этой группы.

При рассмотрении задач последней группы показано, что ужесточающиеся в настоящее время экологические требования обусловили необходимость использования в стендах для испытаний автомобильных двигателей, а также в стендах для их диагностики сложной современной аналитической техники, требующей средств предварительной обработки измерительной информации.

При рассмотрении класса задач стендовых испытаний, при решении которых осуществляются измерения механических параметров, определена тенденция к повышению оперативности получения результатов обработки измерительной информации на основе использования мультипроцессорных систем, обеспечивающих большую производительность обработки измерительной информации.

При рассмотрении класса задач измерений и обработки виброакустических сигналов в процессе стендовых испытаний выделена группа задач модального анализа виброспектров и группа задач ранней диагностики зарождающихся

дефектов механических узлов и конструкций на базе статистической обработки виброакустических сигналов.

Для решения перечисленных задач измерений сигналов и обработки измерительной информации необходимо использовать многоуровневые информационно - измерительные системы (ИИС), для которых характерно использование на нижнем уровне их структуры специальных измерительных микропроцессорных устройств для преобразования и предварительной обработки измерительной информации с целью ее сжатия, фильтрации и т.д.

В связи с тем, что конфигурация и параметры устройств предварительной обработки информации в ИИС стендового оборудования во многом зависят от информационных характеристик измеряемых сигналов (динамического диапазона, частотного спектра и т.д.), то для разработки структур таких средств, а также их схемотехнического проектирования необходимо проводить исследования информационных характеристик этих параметров.

На основании анализа рассмотренных задач обработки информации в ИИС стендового оборудования, а также характеристик существующих систем измерения сигналов, сбора и обработки данных при проведении стендовых испытаний изделий автомобильной промышленности, формулируются цель и задачи исследований.

Во втором разделе проводится анализ информационных характеристик сигналов, формируемых измерительными преобразователями стендового оборудования при проведении испытаний основных узлов и агрегатов автомобилей.

На основании классификации и анализа информационных характеристик разнообразных методов анализа состава и свойств веществ, к которым относятся и методы определения токсичности отработавших газов автомобильных двигателей, показано, что для большинства методов число градаций Б определяется в основном значением относительного стандартного отклонения методической погрешности СТ , а не пределом обнаружения С„, который на несколько порядков ниже ОТ. Показано, что это обстоятельство в основном и определяет информационную избыточность практически всех аналитических методов, что влечет за собой в ряде случаев завышение требований к информационно - измерительным системам испытательных комплексов и, соответственно, завышение их стоимости.

На основании предположения о том, что концентрации компонентов отработавших газов, также и как концентрации всех веществ в природе, образовавшихся в результате всевозможных химических превращений, определяются законом действия масс

(1)

где рI - равновесная концентрация компонента х, _

р, - равновесная концентрация компонента у,, КР(Т) - константа химического равновесия,

V/, V- - стехиометрические коэффициенты,

выдвигается предположение о том, что априорный закон распределения концентрации Pj интересующего компонента определяется законом распределения мультипликативной величины

гдеХ; - независимая случайная нормированная величина,

при ее произвольном законе распределения.

Анализ распределения величины г показывает, что при наиболее часто встречающихся законах распределения величин х, (равномерном, гауссовом, треугольном) закон распределения мультипликативной величины г при увеличении числа п сомножителей приближается к логарифмически - равномерному

График этого закона имеет гиперболический вид и характеризуется скошенностью влево. Проведение более детального анализа моментов функции распределения мультипликативной величины подтверждает это обстоятельство: в работе показано, что скошенность влево (характеризуемая третьим центральным моментом) мультипликативной величины при увеличении числа сомножителей увеличивается, несмотря на форму и скошенность законов распределения величин Xj.

Экспериментальная проверка подтвердила выдвинутые предположения о соответствии априорных законов распределения измеряемых величин в технике стендовых испытаний закону (2): функции распределения содержания окиси углерода и окислов азота в отработавших газах для разных типов двигателей ВАЗ, определенные по результатам обработки более 4000 измерений этих параметров, оказались близкими к логарифмически - равномерному закону распределения.

<р(\п2) = к— Сот!,

который может быть записан в виде

(2)

Полученные результаты позволили определить оптимальный с точки зрения теории информации закон квантования в измерительных аналого - цифровых преобразователях ИИС стендовых испытаний, который для большинства приложений определяется постоянным значением относительной величины кванта 3 N. шкалы квантования:

Уъ.-сь«- (3)

гДе 1/

Ах)

ДА^ - абсолютная величина г -го кванта;

Хв, Х„ - верхняя и нижняя границы диапазона измерения.

Использование закона квантования (3) снижает объем измерительной информации при выполнении аналитических измерений состава отработавших газов и соответственно уменьшает величину информационной избыточности рассмотренных аналитических методов. В связи с тем, что при использовании спектрофо-тометрических методов анализа состава отработавших газов, наиболее широко распространенных в технике стендовых испытаний, необходимо применять логарифмирование значений измеряемых сигналов, целесообразной является разработка логарифмирующих аналого - цифровых устройств предварительной обработки измерительной информации, закон квантования которых соответствует закону (3).

В технике вибрационных исследований конструкций автомобилей группа задач модального анализа виброспектров является наиболее распространенной. Исследования характеристик реальных вибросигналов, полученных при испытаниях легковых автомобилей на испытательном стенде с беговыми барабанами показали, что полученные в результате обработки сигналов виброспектры характеризуются наличием небольшого количества (3...5) мод, определяемых резонансными явлениями определенных узлов и агрегатов автомобиля (неподрессо-ренными массами передней подвески, неравномерностью опрокидывающего момента силового агрегата, вибрацией карданной передачи и т.д), причем основными информационными параметрами моды являются ее ширина и интенсивность, а также частота. В настоящее время эти параметры определяются с помощью достаточно сложной и дорогостоящей аппаратуры, осуществляющей спектральный анализ вибросигналов, однако проведение спектрального анализа в динамическом режиме испытаний даже с помощью таких средств затруднительно. В связи с этим актуальное значение принимает задача разработки устройств предварительной обработки вибросигналов, позволяющих определять в реальном темпе виброиспытаний основные информационные параметры мод виброспектров.

Другим классом задач обработки виброакустической информации, распространенных в технике диагностики состояния автомобильных узлов и агрегатов, является статистическая обработка виброакустического сигнала с целью ранней диагностики зарождающихся дефектов. Исследование связи числовых характеристик распределения уровней виброакустического сигнала показало, что для ряда автомобильных узлов (редуктора заднего моста, опорных подшипников коленвала и т.д.) зарождающиеся дефекты связаны с величиной эксцесса этого распределения, который в связи с этим является информационным параметром.

Результаты исследований, содержащихся в этом разделе, позволили определить класс задач предварительной обработки измерительной информации, базирующихся на функциональных преобразованиях сигналов и аппроксимации их временных функций.

В третьем разделе приводятся результаты разработки и исследование алгоритмического обеспечения устройств предварительной обработки измерительной информации в ИИС стендового оборудования.

Для сжатия диапазонов измерительных сигналов при их преобразовании в цифровой вид применяются устройства, имеющие оптимальные или квазиоптимальные шкалы квантования, а также функциональные характеристики.

Класс функциональных устройств предварительной обработки информации, использующих принцип поразрядного уравновешивания, строится на основе функциональных аналого-цифровых преобразователей (ФАЦП), в общем случае реализующих зависимость

(4)

где их - входное напряжение; и о- опорное напряжение; Пу -двоичный код на выходе преобразователя: л

МО

где к - число разрядов кода;

- его весовые коэффициенты.

Алгоритм определения цифры выходного кода на / - м шаге для такого ФАЦП определяется выражением

и (<-' \

К, = 0 при < £2+ 2» ;

Ь'о V >о /

где - цифра И-1 - го разряда выходного кода.

В частных случаях, при логарифмическом или линейном преобразованиях, с помощью выражения (5) определяются достаточно простые алгоритмы, реализуемые соответствующими аналого-цифровыми измерительными преобразователями.

Сжатие измерительных сигналов во временной области осуществляется при помощи аппроксимирующих функций. На основании сравнительного анализа свойств аппроксимаций сигналов, наиболее распространенных в технике стендовых испытаний, выбран класс аппроксимирующих сплайн - функций.

При использовании этого класса на каждом /7-м участке дискретизации сигнала х(0 применяется аппроксимация дискретных данных х[п] "Гладкой" функцией (то есть не имеющей разрывов по значению и нескольким своим производным). В частном случае применяется параболическая функция

у{1)=а2[п}2+щ[п}+а0[п], где аа [/?], а, [л], с!2 [л] - коэффициенты аппроксимации, постоянные на п - м дискретном участке.

Задача определения коэффициентов а0 [и] - 02 [и] может быть представлена в виде задачи нахождения функции цифрового фильтра, например

*„[«]= Ж- <б)

Здесь /^[и] - сигнал на выходе некоторого цифрового фильтра:

т=0 т=1

где х\п\ - дискретные значения аппроксимируемой временной функции сигнала *(/);

Ьт - коэффициенты весовой функции фильтра.

При исследовании характеристик цифровых фильтров целесообразно применять дискретное г - преобразование.

Применив г - преобразование к выражению (6) для определения коэффициента а0 [я], получаем

При гармоническом дискретизированном сигнале

л:[л]= %\пшп, (9)

где и = ^^дг ' относительная угловая частота, Ы- число дискретных участков на период функции *[«]>

качество аппроксимации в дискретных точках можно оценить по частотной и фазовой характеристиках сплайн - фильтра, получаемой исходя из выражения (8) при подстановке в него

При сравнительно небольшой погрешности (порядка 1...5%) сплайн - аппроксимации гармонического сигнала, что обычно имеет место в измерительных системах, выходной сигнал сплайн - фильтра можно считать близким к синусоидальному:

у(1)~Н5'т(т-<р), (10)

где Н, ф - модуль и фаза частотной характеристики сплайн - фильтра на частоте Ш .

Значение средне - квадратичной погрешности аппроксимации определяется выражением

Дя = [¿/яти I-ф)| Л = - Нсоэф + =

Л. л ¿» ¿ш

0 2 (11)

----+ _ сояср)

Аналш выражения (11) показывает, что минимальное значение погрешности Л а достигается при минимальном значении фазы (ср (та) « 0), а также при минимальном отличии модуля частотной характеристики от единицы.

Для достижения минимальной погрешности (11) целесообразно искать функцию фильтра такую, чтобы фазовая погрешность вообще была бы равна нулю:

Из рассмотрения выражения (7) следует, что для выполнения этого условия весовая функция фильтра должна быть симметричной.

Анализ частотных характеристик сплайн - фильтров, реализующих алгоритмы параболической сплайн - аппроксимации, позволяет определить компактные формулы для определения коэффициентов аппроксимации измерительного сигнала для разного числа точек аппроксимации, т.е. при различном количестве дискретных значений весовой функции фильтра.

В частности, параболические сплайн - фильтры с числом точек аппроксимации, равном четырем и шести (четырехточечный и шеститочечный фильтры) описываются выражениям;! соответственно

*оЫ=Кзб- 5/2\- 25+ - %1+150+ "Х1+150++Уг\~ (ы

X - значения измеряемого сигнала на серединах участков его дис-

кретизации.

Аналогичным образом определяются коэффициенты сплайн - аппроксимирующих функций более высокого порядка.

Для кубической сплайн - аппроксимации выражения для коэффициентов аппроксимирующей функции также определяются на основе разработанного метода. Показано, что соответствующие фильтры, удовлетворяющие условию (12) нулевой фазовой погрешности, могут иметь лишь нечетное число дискретных точек весовой функции. В частности, пятиточечный кубический сплайн - фильтр описывается следующими соотношениями:

(12)

где 30 [ л] - значение аппроксимированного сигнала в п - й точке его дискретизации;

*.["]=-%64» - 2]+%64» - ^+3%64»}+У364»+^~У64»+21 =УХ1Ап - 2ЬУпх1" - ^Уп4"+]\-Х24»+21

«М =- Х24»- %4»Ь%4"+'ЬУп4п+(<15>

аХп\ =У364» - 2Ь %-Ф -1}, +Ф

+%х1»+2}~Х64"+Н

У

У

где зс[/}], ¿¡¡[л], Я2[л], Д3[л] - коэффициенты кубического полинома, аппроксимирующего сигнал на п - м участке дискретизации;

х\р + / ]- значения сигнала в п - й дискретной точке.

Разработанный метод определения коэффициентов аппроксимирующих функций может быть использован и при решении задачи сплайн - аппроксимации сигнала полиномами более высоких порядков.

На практике свойства цифровых фильтров удобно иллюстрировать их амплитудою - частотными характеристиками, переходными функциями, а также аппроксимациями измерительных сигналов конкретной формы.

На рис. 1 представлены частотные характеристики параболических сплайн - фильтров для числа точек 2,4, 5 и 6 в зависимости от относительной частоты гармонического сигнала

/= 1/ 1 /И'

где N - число дискретных отсчетов на периоде аппроксимируемого сигнала.

При сравнении этих частотных характеристик с аналогичными, полученными для других известных аппроксимирующих фильтров на основе алгоритмов сглаживания сигнала квадратичной и кубической параболой по методу наименьших квадратов, можно сделать вывод, что сплайн - фильтры имеют более широкую частотную характеристику. В частности, при использовании 5 значений на

периоде гармонического сигнала ( / = 0.2 ) снижение модуля частотной характеристики для всех сглаживающих фильтров составляет не менее 20%, в то время как такой же параметр для предложенных параболических и кубического сплайн - фильтров не превышает 10%.

¿M

над + +

!Цх)

Щх)

в-в

Щх)

4

1 vt v= \ V-k ^ \ -w

0.1

0.2 х

0.3

0.4

Г-Ун

Рисунок 1. - Частотные характеристики параболических сплайн - фильтров двух -, четырех -, пяти - и шеститочечных (графики Н2, Н4, Н5, Н6).

Для некоторых применений предложено использование простейшего двухточечного параболического сплайн - фильтра, с функцией F[n] = x[n + \}. (16)

Старший коэффициент параболической сплайн - аппроксимации в этом случае определяется формулой

а2[п] = /ф] = к(х[п +1]- 4«]- о0[и]).

Примеры аппроксимации реальных сигналов, формируемых датчиками испытательных стендов, с помощью разработанных в этом разделе сплайн - функциями, подтверждает целесообразность их применения.

Сигналы, поступающие с выходов аналитических приборов при определении токсичности отработавших газов (аналитические сигналы) во многих практических случаях могут быть представлены в виде Гауссовой функции

1

у= Ае га2 ,

где А - амплитудное значение функции; а- параметр, характеризующий ширину функции.

Такой же функцией описываются профили выбоин на дороге, имитируемых соответствующими испытательными стендами, а также реакция подвески автомобиля на такие воздействия.

На рис.2 приведены графики аппроксимаций Гауссовой функции у(х) 4- точечным параболическим и 5 - точечным кубическим сплайнами при 5 участках аппроксимации на ширине пика.

1

У(х)

вве 0

Ж

уЗ(х) 0 —о—

о

о

Рисунок 2. - Аппроксимация Гауссовой функции четырехточечным параболическим сплайном (у2) и гопигочечным кубическим сплайном (уЗ)

Как видно из этого примера, даже при таком ограниченном числе точек аппроксимации ее погрешность является для многих практических приложений вполне удовлетворительной. Достоинством разработанных сплайн - фильтров является также определение в реальном темпе времеш! значения первой и второй производной измерительного сигнала, крторые, например, для кубического сплайна равны соответствующим коэффицииггам о; , о? в выражениях (15). Это позволяет при использовании таких фильтров в ИИС стендовых виброиспытаний определять значения виброскорости и виброускорения с целью их использования в задачах шинирования испытательного эксперимента.

Более высокое качество аппроксимации производной измерительного сигнала обеспечивают дифференцирующие сплайн - фильтры, параметры которых также определяются па основе вышеописанного подхода.

При гармоническом дискретизированном сигнале, описываемом функцией (9), выходной сигнал дифференцирующего фильтра можно считать близким к косинусоидальному:

где А0 - значение амплитудно - частотной характеристики (АЧХ) по производной входного сигнала, а (р - значение фазо - частотной характеристики

фильтра (ФЧХ) по сигналу на частоте О) .

В этом случае выражение для средне - квадратичной погрешности аппроксимации принимает вид

Минимальное значение погрешности ¿1 достигается при значениях фазо

- частотной характеристики, равных лу , а также при минимальном отличии

амплитудно - частотной характеристики (по производной сигнала) от единицы.

Анализ частотных характеристик дифференцирующих сплайн - фильтров позволяет определить компактные формулы для определения коэффициентов аппроксимации производной измерительного сигнала для разного числа точек аппроксимации, т.е. при различном количестве дискретных значений весовой функции фильтра.

В частности, четырехточечный дифференцирующий параболический сплайн-фильтр описывается выражением

(17)

а аналогичный пятиточечный - выражениями

= а0 [п] = Уп (х[п - 2] - 8х[п -1] + 0 х[п] + 8х[п +1] - х[п + 2]), а\ М = ^ (- - 2] +1 Ох[л -1] -18х[л] + 10х[/? + 1]- х[п + 2]) , а2[и] = уп(х[н - 2]- 9х[» -1] + 22х[п]- 22х[н + 1] + 9х[п + 2] - х[п + 3]) ■

а,

Частотные характеристики этих двух фильтров (кривые }'з(0 , }'■>(]) соответственно) изображены на рис.3. Для сравнения на этом же рисунке изображены частотная характеристика уоф "идеального" дифференцирующего фильтра

А0(т)=ш,

частотная характеристика^;^ простейшего дифференцирующего фильтра а также частотная характеристика у2 ф "малошумящего" фильтра Ланцоша

У0(0 1.5

71(0

У2(0 1 УзГо

ЕИЗО

/¿? 0.5

о

о

А {ш) = у^ Ш + 2 бш 2 ах) ■

_„о-——-

.....-а—£ !......-а---©.- .....-п

;5 -....... ■—.. ..........

0,05

0.1

0.2

0.25

0.15

Г 0.3

Рисунок 3. - Частотные характеристики дифференцирующих фильтров: Уоф - доя "идеального" фильтра;

у,ф - дня "малошумящего" дифференцирующегофкльтра Ланцоша; у2ф - для простейшего дифференцирующего фильтра; Узф - для дифференцирующего четырехточечного параболического сплайн - фильтра;

у4ф - для дифференцирующего пятиточечного параболического сплайн - фильтра.

Из рассмотрения этого рисунка видно, что по частотным свойствам разработанные в этом разделе дифференцирующие параболические сплайн -фильтры не уступают широко распространенным дифференцирующим цифровым фильтрам, однако в отличие от последних позволяют осуществить параболическую аппроксимацию производной сигнала внутри интервалов его дискретизации.

В этом же разделе рассмотрены методы создания алгоритмичекого обеспечения для обработки виброакустических сигналов с использованием их сплайн -аппроксимаций.

Одним из наиболее распространенных на практике методов является Фурье - преобразование вибросигнала х(0, позволяющее по его временной реализации получить спектральную характеристику.

В основе выражения, описывающего Фурье - преобразование, используется интегральный член вида

1 Т

(18)

о

гдеjS(0 - гармоническая функция (функция sin или cos), Т - период наблюдения сигнала.

Предложено определять член S¿ при использовании функции

./¡('МО.

аппроксимирующей дискретизированные значения сигнала внутри интервалов дискретизации. В этом случае выражение (18) может быть определено через значения коэффициентов этой функции.

В частности, при использовании в качестве аппроксимирующей функции пятиточечного параболического сплайна интегральный член S¿ определяется выражением

s=fs [n]=-f( + (19)

tí ¿ m£i{ 5 d 4 d

, aiЫЬоH+«o+ a>№M¡2 , o\n\b0[n]+a0\n]b\n]^ ^ [n]\ 3 2 J

где Ш - число д искретных выборок сигнала на временном интервале Г, а0[п] , 0[[п] , а2[п] - коэффициента сплайн - аппроксимации сигнала на п - м дискретном интервале ^,

Ьо[п], Ъ\[п], Ь2[п] -коэффициенты сплайн -аппроксимации гармонической функции на п - м дискретном интервале.

Результаты сравнения методической погрешности разработанного алгоритма с погрешностью стандартного алгоритма, использующего операции суммирования и перемножения данных на примере гармонических сигналов показали, что разработанный алгоритм имеет существенно меньшую погрешность, особенно при малом числе интервалов дискретизации на периоде сигнала.

Разработанный алгоритм позволяет определять дискретные значения спектра вибросигнала, которые, однако, сами по себе не несут достаточно большого информационного содержания, но на практике используются при проведении модального анализа. С целью повышения точности определения параметров моды предложено применять параболическую аппроксимацию значений спектра на ограниченном наборе (5...7) частот в районе моды, что позволяет определять ее резонансную частоту с погрешностью 2...4%.

На базе описанного подхода разработано математическое обеспечение для средств обработки виброакустических сигналов в реальном темпе времени эксперимента, позволяющее осуществлять модальный анализ сигналов в динамическом режиме испытаний конструкций автомобилей на испытательном стенде при использовании стандартных циклов их движения.

Использование метода предварительной сплайн - аппроксимации измерительного сигнала позволяет создавать достаточно компактные алгоритмы обработки измерительной информации, используемые и при решении ряда других задач виброакустического анализа, в частности, при статистической обработке значений сигнала с целью ранней диагностики зарождающихся дефектов механических узлов.

Одной из таких распространенных на практике задач является определение эксцесса распределения уровней виброакустического сигнала, величина которого связана со степенью зарождающегося дефекта (задира, наклепа, заедания и т.д.).

Эксцесс случайного центрированного сигнала Хо(0 связан с его дисперсией, а также с четвертым центральным моментом, определяемым выражением

где Т - период наблюдения сигнала.

Предложено использовать сплайн - аппроксимацию сигнала Хо(1) для вычисления дисперсии и четвертого центрального момента. Это позволяет определить компактные выражения, определяющие такие числовые характеристики. В частности, при использовании пятиточечного параболического

о

(20)

сплайна, аппроксимирующего дискретные значения сигнала Хо [п], выражение для определения дисперсии имеет вид

где т - число дискретных выборок сигнала на временном интервале Т, а0[п] , (¿¡[п] , а2[п] - коэффициенты сплайн - аппроксимации сигнала на п - м дискретном интервале.

Аналогичным образом определяется выражение для 4-го центрального момента.

Анализ методических погрешностей определения этих моментов на примере гармонических сигналов показал, что они не превышают 5...7% при шести интервалах дискретизации на период сигнала, что является достаточно хорошим показателем для алгоритмов статистической обработки измерительной информации.

В этом же разделе показано, что сплайн - аппроксимацию сигнала целесообразно использовать в технике стендовых испытаний и при решении ряда таких прикладных задач, как управление сервоприводами инерционных исполнительных органов стендовых испытателывдх комплексов.

Инерционность электромеханических исполнительных органов, используемых в этих сервоприводах, ограничивает частотный спектр воспроизводимых ими функций. Однако в определенной степени частотный спектр выходных координат таких динамических звеньев может быть расширен при использовании сплайн -аппроксимаций воспроизводимой функции кусками переходных процессов исполнительного органа (рис.4) при подаче на их вход ступенчатого сигнала.

Рисунок 4 - Формирование сплайн - функции с помощью линейного динамического звена.

Для наиболее распространенных передаточных функций силовых исполнительных механизмов 2-го порядка

1 3

3

где К - статический коэффициент передачи,

Т - постоянная времени,

8 - коэффициент затухания (демпфирования),

на основе методов цифровой фильтрации выведены выражения, определяющие дискретные значения входного сигнала для заданных значений его выходной координаты.

Исследование частотных характеристик разработанного алгоритма показало, что частотные свойства разработанного алгоритма несколько хуже частотных свойств алгоритмов параболической и кубической сплайн - аппроксимации, но тем не менее вполне допустимы для практических приложений.

Исследование качества аппроксимации функции произвольной формы разработанным алгоритмом показало, что погрешности аппроксимации с помощью линейного динамического звена скачкообразного сигнала, а также сигнала Гауссовой формы близки к аналогичным погрешностям пятиточечного параболического сплайн - фильтра.

Разработанные в этом разделе алгоритмы функционального преобразования сигнала, а также его сплайн - аппроксимации применены в математическом обеспечении ряда модулей предварительной обработки измерительной информации, используемых в ИИС для стендовых испытаний автомобильных двигателей на токсичность отработавших газов, а также в ИИС для виброакустических испытаний конструкций автомобилей.

В разделе 4 рассмотрена структурная схема многофункциональной ИИС, позволяющая решать типовые задачи испытаний, определенных в разделе 1 (измерение аналитических сигналов, поступающих от анализаторов состава отработавшего газа и их обработка с целью определения содержания токсичных космпоненгов, измерение вибросигналов и их обработка в реальном масштабе времени с целью определения параметров мод на виброспектрах и т.д.).

Предложена трехуровневая структура такой ИИС, на верхнем уровне которой используется промышленный компьютер, а на среднем уровне - контроллер, стандартный набор которого включает в себя процессорную цлату, сетевую плату, платы дискретных и аналоговых входов - выходов, плату последовательных портов.

На нижнем уровне структуры ИИС используются аналоговые и аналога -цифровые модули предварительной обработки измерительной информации в реальном темпе времени проведения испытаний.

Две группы этих модулей предназначены для преобразования и предварительной обработки аналоговых низкочастотных и аналоговых

высокочастотных сигналов, модули третьей группы предназначены доя простого преобразования измерительных сигналов и ввода измерительной информации в модули среднего уровня структуры.

Преимуществом описанной системы является возможность ее сравнительно легкой модификации путем изменения состава аппаратных средств на нижнем уровне структуры, что позволяет достаточно быстро настраивать ее на решение кошсретной задачи испытаний.

В этом разделе рассмотрены также структурные схемы устройств предварительной обработки информации ИИС стендовых испытаний, реализующих алгоритмы, разработанные в разделе 3.

Схемы аналого - цифровых преобразователей с оптимальной и квазиоптимальной шкалой квантования, а также функциональных аналого - цифровых преобразователей строятся с использованием основных принципов аналого -цифрового преобразования - поразрядного уравновешивания, частотного преобразования, интегрирующего преобразования.

Схема аналого - цифрового преобразователя поразрядного уравновешивания с квазиоптимальной шкалой квантования, состоящая из схем определения порядка и характеристики выходного кода (в этом случае код на выходе преобразователя имеет формат с плавающей запятой) строится на базе узлов стандартных аналого -цифровых преобразователей - компараторов, преобразователей кода в напряжение, усилителей. Схема для определения порядка изображена на рис. 5 и состоит из двоичного преобразователя кода в напряжение ПКН, реверсивного регистра РПКН, управляющего преобразователем ПКН, регистра характеристики Р1т, компаратора К и блока управления БУ.

В приведенной схеме определяется три разряда кода характеристики Пь путем сдвига единицы (заранее записанной в реверсивный регистр РПКН) вправо или влево на 22'1 разряда, где / - номер шага уравновешивания.

При этом напряжение обратной связи равно

иж = ио 24*2 22« = и0 2П>,

где и о- опорное напряжение, подаваемое на схему ПКН; к], к], ко- цифры кода характеристикиПу, ■

В схемах такого рода преобразователей может быть использован один преобразователь ПКН кода в напряжение, часть разрядов которого используется в схеме определения кода характеристики, а Другая часть - в схеме определения кода мантиссы.

В схемах универсальных функциональных аналого - цифровых преобразователей целесообразно использовать микропроцессорные схемы управления с зашитыми в их память табличными функциями.

пкн

и„

""ОС -► К

БУ

и.

п.

•*■ пкн

Рисунок 5. - Схема аналого - цифрового преобразователя поразрядного уравновешивания с автоматическим определением кода характеристики.

Структурная схема преобразователя поразрядного уравновешивания (рис.6), реализующего описанный алгоритм, в общем виде состоит из компаратора К, цифро - аналогового преобразователя (ЦАП) и микропроцессорного устройства (МП).

их \ К \ МП

/ >

Ц,

2_

ДАЛ

н

Рисунок 6. - Структурная схема универсального микропроцессорного функционального аналого - цифрового преобразователя поразрядного уравновешивания.

Микропроцессор при уравновешивании последовательно (/ = 0, 1,.. ., И) реализует функциональную зависимость (5), а также управляет работой ЦАП.

Приводятся также структурные схемы логарифмирующих аналого - цифровых преобразователей, а также аналого - цифровых преобразователей с авто

магическим определением кода характеристики с использованием частотного и интегрирующего преобразований.

В этом разделе рассмотрен также класс функциональных преобразователей, предназначенных для линеаризации характеристик первичных преобразователей различных физических параметров.

В технике стендовых испытаний погрешности, обусловленные нелинейностью характеристик первичных преобразователей, обычно не превышают 5.. Л 0%, а в ряде случаев эта погрешность не превышает 0,5... 1%.

В связи с этим обстоятельством структурные схемы функциональных АЦП, линеаризующих характеристики таких преобразователей, целесообразно строить на основе линейных АЦП, выходные коды которых суммируются с выходными кодами дополнительных функциональных АЦП. Это позволяет снизить требования к точности функциональных АЦП как минимум на порядок, что упрощает их реализацию.

Структурная схема такого функционального АЦП для данного примера преобразования спектрофотометрического сигнала состоит из схемы линейного (в некоторых случаях - логарифмического) аналога - цифрового преобразователя ЛАЦП (рис.7) и функционального аналога - цифрового преобразователя ФАЦП, выходные коды которых Н,.ф и Ny„ суммируются сумматором S .

и,

Nv

Рисунок 7. - Структурная схема функционального АЦП с суммированием выходных кодов.

Приведен ряд структур, использующих этот принцип. Показано, что структуры с время - импульсным преобразованием сигнала отличаются простотой схемотехнической реализации в связи с тем, что операция суммирования в них реализуется с помощью имеющегося в схеме счетчика импульсов.

В этом разделе рассмотрены также классы структур аналоговых и аналога -цифровых устройств предварительной обработки информации, реализующих алгоритмы сплайн - аппроксимаций.

Структуры аналоговых устройств могут быть как разомкнутыми, так и замкнутыми, с использованием обратных связей. Эти схемы строятся на основе аналоговых регистров сдвига, сумматоров, фиксаторов уровня сигнала. Структуры замкнутых аналоговых устройств строятся на базе интегрирующих усилителей, число которых равно порядку сплайн - функции.

Схема замкнутого аналогового устройства, реализующего простейший двухточечный алгоритм параболической сплайн - аппроксимации (15), изображена на рис. 8.

аЛп-1]

Рисунок 8. - Структурная схема устройства, реализующего двухточечный алгоритм параболической сплайн - аппроксимации сигнала.

В этой структуре параболическая сплайн - функция формируется на выходе цепи, состоящей из двух интеграторов И1 и И^. На вход этой цепи поступает амплитудою - модулированный сигнал, снимаемый с выхода схемы фиксации СФ. Интервал дискретизации ^ сигнала X определяется генератором импульсов Г.

Универсальные структурные схемы для сплайн - аппроксимации целесообразно строить на базе современных микропроцессорных контроллеров и микроэвм. В этом случае программное обеспечение микропроцессора определяется алгоритмами определения коэффициентов сплайн - аппроксимации (12) -(14).

При необходимости представления параболической сплайн - аппроксимации измеряемого сигнала в аналоговом виде используются приведенная в работе аналоговая, а также аналого - цифровая структуры сплайн - фильтров.

В разделе 5 рассмотрены вопросы практической реализации ИИС стендовых испытаний и их элементов.

Описана многофункциональная трехуровневая ИИС, соответствующая структуре, приведет гой в разделе 4, и выполненная на базе сети ArcNet. На ее верхнем уровне используется промышленный компьютер фирмы Advantech с процессорной платой, сетевой платой и платой видеоадаптера.

На среднем уровне структуры ИИС используется контроллер microPC фирмы Octagon Systems, размещешшй в б - позиционном крейте с процессорной платой, сетевой платой, платой последовательных портов, платой аналогового ввода - вывода, платой дискретного ввода - вывода.

Нижний уровень ИИС составляют группы модулей. Одна из групп предназначена для преобразования сравнительно медленно изменяющихся измерительных сигналов, их предварительной обработки, а также вводу измерительной информации через последовательные порты в средства среднего уровня ИИС. Эта группа модулей используется при необходимости сжатия сигналов по уровню, а также функционального преобразования напряжений и частотных сигналов, изменяющихся в широком динамическом диапазоне.

Другая группа модулей предназначена для преобразования быстроизме-няющихся измерительных сигналов, предварительной обработки измерительной информации, а также ее вводу через параллельные порты в средства среднего уровня структуры ИИС. Основное назначение модулей этой группы - предварительная обработка измерительных сигналов при проведении виброакустических испытаний основных узлов и агрегатов автомобилей.

В связи с многочисленностью задач измерений сигналов и обработки измерительной информации, а также управления процессом испытаний, оказалось целесообразным применение в программном обеспечении системы многозадачной сетевой операционной системы реального времени QNX, объединяющей в одну программою среду задачи, выполняемые на многих компьютерах. Преимуществом этой системы является встроенная в нее поддержка локальной сети на нескольких типах интерфейсов, не требующая применения какого - либо специального программного обеспечения.

В программное обеспечение ИИС включена также графическая система QNX Windows, поддерживающая работу программного интерфейса пульта оператора, а также систему управления базами данных Db_Vis(a.

В этом же разделе приводится также структура прикладного программного обеспечения разработанной ИИС.

Описанная информационно - измерительная система была введена в опытную эксплуатацию в составе стендового комплекса, предназначенного для определения содержания трех ключевых компонентов в газовой среде камер сгорания испытываемых автомобильных двигателей в динамическом режиме. Эффективность данного внедрения определилась снижением временных затрат на проведение испытаний п среднем на 30%.

В этом же разделе рассмотрены вопросы схемотехнического проектирования устройств предварительной обработки измерительной информации, структуры которых описаны в разделе 4.

Схема логарифмирующего аналога - цифрового преобразователя выполнена на 16 операционных усилителях, 4 коммутаторах, мультиплексоре, регистре сдвига.

Операционные усилители выполняют функции масштабирующих усилителей и компараторов. Схема формирует на выходе 8 - разрядный двоичный код, время преобразования составляет 10 мс.

Теоретическое исследование статической погрешности такого преобразователя показало, что наибольшая составляющая погрешности определяется параметрами масштабирующего усилителя, определяющего старший разряд кода характеристики. Описанный преобразователь используется в канале предварительного преобразования ИИС стенда определения токсичности отработавших газов автомобильных двигателей.

Приведена также схема универсального аналога - цифрового микропроцессорного преобразователя на основе микропроцессора фирмы Microchip, 12 -разрядного цифро - аналогового преобразователя и компаратора па базе усилителя фирмы Analog Devices.

Поразрядное преобразование в этой схеме осуществляется с использованием алгоритма определения 3 цифр характеристики и 5 цифр мантиссы. Преобразователь может иметь линейную функцию преобразования, с определением выходного кода в форме с плавающей запятой, а также реализовать логарифмическую функцию. В последнем случае мантисса кода преобразуется в мантиссу логарифмического кода с помощью табличного преобразования. Вид преобразования определяется при программировании микропроцессора устройства.

С центральной частью ИИС описанный преобразователь связан по последовательному каналу RS - 232, чго обеспечивается микросхемой - адаптером последовательного порта.

Схема такого преобразователя используется в ИИС для разрабатываемого стенда имитации дорожных циклов испытаний автомобилей, а также виброиспытаний автомобилей и их узлов. Такая ИИС включает в себя до 16 описанных микропроцессорных преобразователей, обрабатывающих сигналы от соответствующих вибродатчиков, установленных в определешшх точках испытываемого кузова автомобиля.

В- этом же разделе приводятся схемы устройств предварительной обработки информации, реализующих алгоритмы определения коэффициентов сплайн - аппроксимащш измерительного сигнала.

Аналоговое устройство, реализующее алгоритм двухточечной параболической сплайн - аппроксимащш, построено на основе двух интеграторов, схемы фиксации и сумматора, выполненных на базе операционных усилителей. Схема определяет коэффициенты параболической сплайн - аппроксимации в виде на

пряжений, а также формирует на выходе сплайн - аппроксимацию входного сигнала с отставанием на период дискретизации, задаваемый генератором и в данном случае равный 1 мс. Входной сигнал схемы - двухполярный, изменяющийся в диапазоне + 1В. Разработанная схема применяется в блоке предварительной обработки информации ИИС стендовых виброиспытаний, регулирующий поток информации в процессе эксперимента. Если на каком - либо этапе испытаний значения первой и второй производных вибросигналов, определяемых сплайн - аппроксиматором, не превышают установленных пороговых значений, то соответствующий поток информации считается избыточным и не подвергается обработке и регистрации в средствах высшего уровня структуры ИИС стенда. Такое решение задачи существенно снижает загрузку (на 20...30%) центрального компьютерных средств стенда.

Описана также аналоге - цифровая схема, реализующая алгоритм пятиго-чечной кубической сплайн - аппроксимации. Схема выполнена на базе микропроцессора фирмы Microchip, 16 - разрядного аналого - цифрового преобразователя фирмы Analog Devices и представляет собой специализированный микроконтроллер.

Преобразованный в код сигнал с последовательного выхода АЦП периодически вводится в последовательный порт микропроцессора, программное обеспечение которого позволяет в реальном темпе времени эксперимента определять значения коэффициентов сплайн - аппроксимации с использованием выражений (14). Вычисленные значения коэффициентов передаются по последовательному каналу связи RS - 232 в компьютерные средства ИИС стенда, где записываются в память.

Дискретизация входного сигнала с частотой 1 кГц в описанной схеме осуществляется с помощью генератора.

В этом же разделе работы содержится анализ погрешностей разработанных схем.

Результирующая статическая погрешность логарифмирующих аналого -цифровых преобразователей определяется погрешностью квантования, а также инструментальной погрешностью элементов схем.

Показано, что погрешность квантования в рассматриваемых преобразователях может существенным образом влиять на его характеристики в целом. Погрешность квантования может оказаться много меньшей инструментальной погрешности; в этом случае необходимо в выходном коде определять число значащих разрядов. Число значащих разрядов мантиссы может быть определено с помощью выражения

где А Uw, - оценка инструментальной погрешности; а- основание логарифма.

13 частности, при а = 2 это выражение принимает вид

2шу/<2-', (23)

А£/

где у =-— «1.

" £/01п2

При величине V , кратной двум, выполняется соотношение

где III - целое число.

В этом случае из выражения (23) определяется алгоритм определения значащих цифр мантиссы т:

< 2~Пу, или пх - т> а

У

Погрешность аналоговых измерительных преобразователей другого типа, реализующих сплайн - аппроксимацию сигнала, определяется погрешностями запоминания значений сигнала аналоговыми регистрами, погрешностью суммирования сумматором и погрешностями, обусловленными дрейфами интеграторов за время интегрирования.

В частности, схема, реализующая алгоритм двухточечной параболической сплайн - аппроксимации сигнала (рис. 8), с учетом погрешностей ее комплектующих описывается выражениями

аг + а1+а0{\-2) = -А1йг-, N 2а2+а,(1-4 = -Амг; Ь (24)

а2 + Ках + Ка0 = КИ+ КЬ.^,; )

гдеЯа о¡, а2 - коэффициенты параболической сплайн - аппроксимации; К - постоянный коэффициент (в конкретном случае К = 0,9); Д^ - величина дрейфа нуля интегратора Иг за время дискретизации;

Д„, - величина дрейфа нуля интегратора И) совместно с дрейфом нуля схемы фиксации СФ;

Д2 - погрешность сумматора £ .

Решение системы уравнений (24) определяет 2 - преобразование коэффициента а0, определяемое выражением

А^К-\)___

оИ г +АЪК- 2) +(1-/0

Г + 43ЛГ-2) + (1-/?) '

Первые два члена в этом выражении определяют 7. - преобразование ошибок, обусловленных дрейфами Д/(1 и А интеграторов, последшш член определяет соответственно ошибку, вызванную дрейфом Д у сумматора.

Установившееся значеше этих ошибок (при подаче на вход схемы единичного сигнала) определяется непосредственно из последнего выражения при выполнении г—> 1 :

При выбрашюм значении К первый таен в этом выражении пренебрежимо мал. На практике дрейфы нуля интеграторов представляют собой случайные и взаимно независимые величины. В этом случае средне - кпадратическое значение результирующей погрешности рассматриваемой схемы определяется формулой

Результаты исследования инструментальной погрешности рассматриваемой схемы показали, чго она в основном определяется величиной дрейфа интегратора И2 за время дискретизации 10 и погрешностью аналогового регистра сдвига.

Аналогичными соотношениями определяются инструментальные погрешности всех рассмотренных аналоговых схем сплайн - фильтров, охваченных отрицательными обратными связями. Наличие этих связей исключает накопление погрешностей интеграторов со временем, что является существе! шым достоинством этих схем.

Схемы, описанные в этом разделе, а также используемое при их разработке алгоритмическое и программное обеспечеше нашли применение при создании микропроцессорных многофункциональных модулей, расположенных на нижнем уровне структур ИИС ряда стендовых испытательных комплексов.

Основные результаты работы

В процессе проведенных исследований получены следующие теоретические и практические результаты:

I. Показано, что в последнее время существует тенденция значительного увеличения материальных затрат на проведение стендовых испытаний изделий

автомобильной промышленности, причем значительную часть стоимости стендового оборудования составляет стоимость информационно - измерительных систем (ИИС), входящих в состав испытательных комплексов.

Показано, что для удовлетворения ужесточающихся экологических требований в настоящее время необходимо использовать сложную современную аналитическую технику в стендах испытания и диагностики двигателей с использованием в таких стендах многофункциональные ИИС для обработки аналитической информации, обеспечивающие проведение многокомпонентного анализа состава отработавших газов в реальном темпе времени эксперимента.

2. Показано, что задача оптимизации параметров средств предварительной обработки информации ИИС стендового оборудования во многом определяется информационными характеристиками измеряемых сигналов - динамическим диапазоном, частотным спектром и т.д. Определен перечень параметров таких средств, характеризующих их информационную производительность.

3. Показано, что на основании классификации и исследования информационных характеристик методов анализа состава отработавших газов автомобильных двигателей для большинства таких методов число градаций определяется в основном значением относительного стандартного отклонения методической погрешности, а не значительно более низкой величиной предела обнаружения. Определено, что информационная избыточность практически всех аналитических методов, используемых при анализе состава отработавших газов на практике влечет за собой завышение требований к информационно - измерительным системам испытательных комплексов, и соответственно, увеличивает их стоимость.

4. Предложен новый метод определения априорного закона распределения уровней измеряемых сигналов при проведении анализа состава газовой среды на основании теоретического исследовшшя основополагающего закона превращения веществ в природе при использовании принципа моделирования. Обоснован логарифмически - равномерный характер такого закона. Определены оптимальные с точки зрения теории информации функции преобразования (в частности, законы ква1ггования) в средствах предварительной обработки измерительной информации, входящих в состав ИИС стендовых испытаний двигателей внутреннего сгорания.

Предложено осуществлять сжатие информации в ИИС испытательных комплексов в пространстве при использовании оптимальных законов преобразовать (квантования) измерительных сигналов, и во времени, используя агшрокси-мационные алгоритмы измерений. В качестве аппроксимационных функций в ИИС испытательных комплексов обосновано использование параболических и кубических сплайнов, что снижает требования по быстродействию вычислительных средств таких ИИС.

5. Предложено с целью сжатия измерительных сигналов по диапазону использовать в ИИС аналога - цифровые преобразователи поразрядного уравновешивания, формирующие выходной код в формате с плавающей запятой.

Определены функции процесса уравновешивания, определяющие формирование цифр выходного кода таких преобразователей. Предложено с целью облегчения задачи определения функций уравновешивания рассматривать процесс уравновешивания в функциональном пространстве.

6. Разработан новый метод определения параметров алгоритмов сплайн -аппроксимации, реализуемых в средствах предварительного преобразования ИИС стендового оборудования на основе критерия наименьшего значения средне -квадратичной погрешности аппроксимации. Определены коэффициенты весовых функций сплайн - фильтров с произвольным числом ее значений, используемых в алгоритмах аппроксимации сигнала как параболическими, так и кубическими сплайнами. Показано, что параболические сплайн - фильтры, свободные от фазовой погрешности, должны иметь четное число значений весовой функции, кубические сплайн - фильтры - нечетное число этих значений.

7. Предложено при использовании алгоритмов сплайн - аппроксимации сигналов определять одновременно с аппроксимацией сигнала и оценки его первой и второй производных, чго снижает требовашм к мощности центрального компьютера ИИС. Показано, что такое предложение целесообразно использовать в средствах предварительной обработки информации ИИС стендовых виброиспытаний для оценки значений вибраций, виброскоростей и виброускорений.

8. Показано, чго алгоритмы сплайн - аппроксимации могут быть использованы для непосредственного определения производной измерительного сигнала. Предложено использовать такие алгоритмы при решении задач определения характерных значений (в частности, экстремальных) измерительного сигнала.

9. Показано, что при решении задачи определения параметров мод на виброспектрах при модальном анализе виброакустических сигналов целесообразно использовать сплайн - аппроксимацию измерительного сигнала. Определены соотношения, позволяющие на основе предварительной сплайн - аппроксимации измерительных сигналов проводить в реальном темпе времени их спектральный анализ с необходимой для практических приложений точностью.

10. Предложено для ранней диагностики дефектов механических конструкций определять эксцесс распределения значений виброакустического сигнала по уровню в реальном теше времени на основе сплайн - аппроксимации этого сигнала. Показано, что разработанный алгоритм определения эксцесса обеспечивает характеристики, достаточно хорошие для практического применения.

11. Разработаны основы применения алгоритмов сплайн - аппроксимации сигнала в задачах управления силовыми исполнительными органами испытательных стендов. Показано, что такие органы могут реализовьшать сплайн -аппроксимацию управляющего сигнала. Определены условия, которым должны удовлетворять передаточные функции исполнительных органов, исследованы характеристики предложенных алгоритмов.

12. Предложен ряд структурных схем устройств предварительной обработки информации ИИС стендовых испытательных комплексов с оптимальной и

квазиоптимальной шкалами квантования, а также со сплайн - аппроксимацией измеряемого сигнала, отличающиеся простотой и возможностью программирования основных функций преобразования. Показано, что схемы аналого - цифровых преобразователей с оптимальной и квазиоптимальной шкалой квантования, а также функциональных аналого - цифровых преобразователей могут быть построены с использованием основных принципов аналого - цифрового преобразования - поразрядного уравновешивания, частотного преобразования, интегрирующего преобразования. Предложено в схемах быстродействующих функциональных аналого - цифровых преобразователей использовать микропроцессорные схемы управления с зашитыми в них табличными функциями с целью их быстрого программирования.

13. Разработан ряд схем аналоговых преобразователей со сплайн - аппроксимацией сигнала, используемых для обработки быстроизменяющихся сигналов, а также аналого - цифровых преобразователей, позволяющих определять коэффициенты аппроксимации с высокой точностью. Предложено использовать аналоговые преобразователи для управления инерционными электромеханическими исполнительными органами стендового комплекса при реализации циклов виброиспытаний автомобилей и их кузовных узлов. Показано, что использование таких преобразователей позволяет зтичительно снизить объем информации хранящейся в памяти центрального компьютера стендового испытательного комплекса.

14. На основании анализа инструментальных погрешностей ряда устройств предварительной обработки измерительной информации определены практические рекомендации по их схемотехническому проектированию. Показана необходимость использоваштя прецизионных операционных усилителей на общем входе цепей преобразования для ряда фунционалышх аналого - цифровых преобразователей, в частности, логарифмирующих преобразователей.

Определеш конфигурация цепей отрицательной обратной связи в таких устройствах, позволяющих снизить инструментальные погрешности, обусловленные неидеальностыо характеристик микроэлекгронных комплектующих схем.

15. Предложена схема многофункциональной ИИС для стендовых испытаний, представляющая собой трехуровневую структуру с частичным распределением вычислительных мощностей по периферийным модулям. Показано, что в качестве вычислительных средств ИИС целесообразно использовать модули и блоки с архитектурой современных промышленных компьютеров. Предложено такую ИИС строить на основе компьютерной сети с использованием многозадачной операционной системы. Показано, что программные модули, составляющие математическое обеспечение ИИС в этом случае обладают взаимной независимостью, что позволяет легко осуществлять их модификацию и тем самым перенастраивать ИИС при необходимости изменения задачи испытаний.

16. Достоверность научных положений и выводов, приведенных п диссертационной работе, подтверждена теоретическими расчетами и оксперименталь

ными данными, внедрением предложенных методов, уаройств и информационно - измерительных систем па ряде предприятий автомобилестроительной отрасли.

Перечень публикации, в которых отражено основное содержание диссертации.

1. Васильчук A.B. Техника измерений и обработки информации при проведении стендовых испытаний в автомобилестроении. - Груды Поволжского регионального научно - технических) центра Метрологической академии РФ,-Самара, 19%.-30с.

2. Васильчук A.B. Алгоритмы предварительной обработки измерительной информации для микропроцессорных систем диагностики и испытании. -Самара, 1996. -16с: Деп. в ВИНИТИ 08.07.96, N2199-B96.

3. Васильчук A.B. Функциональные измерительные преобразователи для измерительных систем стендовых испытаний машин и механизмов. - Самара, 1996, - 6с: Деп. в ВИНИТИ 08.06.96, N2200-B96.

4. Васильчук A.B. Сжатие информации в системах стендовых испытаний автомобильных двигателей. - Самара, 1996,- 6с: Деп. в ВИНИТИ 08.07.96, N2201-В96.

5. Vasilchuck A., Lange P. Microprocessor - based data acquisition system for ship diesel exhaust testing. - Proceedings of the Technical conference on Ocean and Marine Engineering, Sliipbiiding, Marine Technology "Black Sea'92". Bulgaria, Varna, 1992,- pp. 52-53.

6. Васильчук A.B. Информационно - измерительная система комплекса испытаний автомобильных агрегатов в процессе производства и технической диагностики. - Самара, 1996. - 9с: Деп. п ВИНИТИ 06.11.96, N3240- В96.

7. Васильчук A.B. Компьютерные системы обработки аналитической информации для стендового оборудования испытаний автомобильных двигателей,-Самара, 1996. -16с: Деп. в ВИНИТИ 06.11.96, N3239- В96,

8. Васильчук A.B. Средства первичной обработки сигналов в стендах контроля параметров автомобильных двигателей. - Тезисы докладов Республиканской научно - техн. конференции "Теория цепей и сигналов". - Геленджик, 1996. -с. 35.

9. Васильчук A.B. Информационные характеристики аналитических сигналов в системах диагностики и испытаний автомобильных двигателей.- Самара, 1996. - 6 с: Деп. в ВИНИТИ 06.11.96, N3241- В96.

10. Васильчук A.B. Информационно - измерительные системы для стендовых виброакустических испытаний изделий автомобильной промышленности // Информационно -измерительные системы: Тематический сборник научных трудов Поволжского регионального научно-технич. центра Метрологической академии РФ.-1995г., с.5-35.

11. Васильчук A.B., Ланге П.К. Алгоритмическое обеспечение для микропро-цессорпых средств обработки информации в стендовых непитательных комплексах. Тезисы докл. Межотраслевой научно - технической конференции "Автоматизированные информационные системы при строительстве и

, эксплуатации здании, сооружений и объектов жизнеобеспечения"..- Самара,1996.-С.43.

12. Васильчук A.B. Способы построения быстродействующих функциональных аналого - цифровых преобразователей для систем обработки измерительной информации. - Самара, 1996. - 6 с: Деп. в ВИНИТИ 19.02.97. N0241- В97

13. Васильчук A.B. Анализ информационных характеристик сигналов в стендовом оборудовании испытаний продукции автомобилестроения. Труды Поволжского регионального научно - технического центра Метрологической академии РФ,- вып.6. Самара.- 1997. - 30с.

14. Васильчук A.B. Разработка и исследование алгоритмического обеспечения информационно - измерительных систем стендового оборудования испытаний продукции автомобилестроения. Труды Поволжского регионального научно - технического центра Метрологической академии РФ.- вып.7. Самара,- 1998. -46с.

15. Васильчук A.B., Ланге П.К. Алгоритмическое обеспечение для функциональных средств предварительной обработки информации в стендовых испытательных комплексах. Тезисы докладов межотраслевой научно - технической конференции "Исследования в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды". - Самара,1998. - с. 197.

16. Васильчук A.B. Функциональные устройства для первичной обработки сигналов в стендах экологического контроля автомобильных двигателей. Тезисы докладов межотраслевой научно - технической конференции "Исследования в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды". - Самара,1998. - с. 196

17. Васильчук A.B. Структуры и алгоритмы работы функциональных измерительных преобразователей стендовых систем для испытаний машин и механизмов. Вестник СамГТУ, - Выпуск 5. - Серия "Технические науки". -1998г.- с.162-165

18. Васильчук A.B. Комплексы для диагностики двигателей автомобилей ВАЗ по экологическим параметрам. Труды Международной конференции "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем". - Пенза, 1998r.-c.318.

19. Vasiltchuk A. Data acquisition system for the ship engine test stand. Proceedings of the Fourth international Technical Conference on Ocean Engineering and Marine Technology "Black Sea'97". Varna, Bulgaria, 1997. - pp. 46-47.

20. Васильчук A.B. Структурные схемы устройств предварительной обработки информации для информационно - измерительных систем стендовых испытательных комплексов. Труды Поволжского регионального научно - технического центра Метрологической академии РФ.- вып.8. Самара.- 1998. - 23с.

21. Васильчук A.B. Структуры измерительных устройств со сплайн - аппроксимацией сигнала. Самарский гос. техн. ун.-т. Самара, 1998.-7 с: Деп. в ВИНИТИ 30.09.98. № 2878 - В98

22. Васильчук A.B. Измерительные устройства интегрирующего типа длй сплайн

- аппроксимации сигналов. Самарский гос. техн. ун.-т. Самара,1998.-7 с: Деп. в ВИНИТИ 30.09.98 №2877-В98.

23. Васильчук A.B. Сплайн - аппроксимация выходных сигналов сервоприводов стендовых испытательных комплексов. Самарский гос. техн. ун.-т. Самара,1998.-6 с: Деп. в ВИНИТИ 30.09.98 № 2876 - В98.

24. Васильчук A.B. Стендовые виброакусгаческие испытания изделий автомобильной промышленности. Самарский гос. техн. ун.-т. Самара,1998.-б с: Деп. в ВИНИТИ 29.03.99. № 931-В99.

25. Васильчук A.B. Аналого - цифровые преобразователи со сжатием диапазона сигнала. Самарский гос. техн. ун.-т. Самара,1998.-8 с: Деп. в ВИНИТИ 17.03.99 № 837-В99.

26. Васильчук A.B. Использование линейных инерционных объектов для сплайн

- аппроксимации воспроизводимой функции. Самарский гос. техн. ун.-т. Самара,1998.-7 с: Деп. в ВИНИТИ 14.04.99 №1127 -В99.

27. Васильчук A.B. Разработка алгоритмов сплайн - аппроксимации производной измерительного сигнала. Самарский гос. техн. ун.-т. Самара, 1998.-14 с: Деп. в ВИНИТИ 16.04.99 № 1212 - В99.

28. Васильчук A.B. Частотный подход к использованию метода наименьших квадратов при определении коэффициентов аппроксимаций измерительного сигнала. Самарский гос. техн. ун.-т. Самара,1998.-12 с; Деп. в ВИНИТИ 29.03.99 № 942-В99.

29. Васильчук А.В.,Ланге П.К. Сжатие данных в инфомационных сетях диагностических комплексов. Сборник трудов учвных Поволжья "Информатика. Радиотехника. Связь." -Вып.№4.- Самара.-1999г,- с.42-44.

30. Васильчук A.B., Чернышов C.B. Аналоговые и аналого - цифровые преобразователи со сплайн - аппроксимацией сигнала в диапазоне звуковых частот. Сборник трудов "Измерительные преобразователи и информационные технологии". Уфа, 1999.-е. 173-178.

31. Васильчук A.B., Десятников A.B. Алгоритмическое обеспечение информа-ционо - измерительных систем раннего обнаружения зарождающихся дефектов механических узлов. Сборник трудов "Измерительные преобразователи и информационные технологии1'. Уфа, 1999.- с. 179-183.

32. Васильчук A.B., Чернышов C.B. Аналоговые преобразователи со сплайн -аппроксимацией сигнала. Сборник трудов научно - технической конференции "Методы и средства преобразования и обработки аналоговой информации". Ульяновск, 1999.-е. 123-126.

33. Васильчук A.B., Десятников A.B. Аналоговое устройство для формирования сигналов управления линейным инерционным объектом с использованием сплайн - функций. Сборник трудов научно - технической конференции "Методы и средства преобразования и обработки аналоговой информации". Ульяновск, 1999.-е. 131-134.

34. Васильчук A.B., Малахов АЛО. Аналоговые и аналого - цифровые преобразователи измерительного сигнала с параболической сплайн - аппроксимацией. Сборник трудов научно - технической конференции "Методы и средства измерения в системах контроля и управления". Пенза, 1999. - с.54-56.

35. Васильчук A.B., Малахов А.Ю. Обработка виброакустических сигналов с использованием аппроксимационных методов. Сборник трудов научно -технической конференции "Методы и средства измерения в системах контроля и управления". Пенза, 1999. - с.85-88.

36. Васильчук A.B., Малахов A.IO, Аналого - цифровые преобразователи измерительного сигнала в системах экологического контроля двигателей внутреннего сгорания. Сборник трудов международной конференции "Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте". Самара, 1999. - с. 36-37.

37. Васильчук Л.15., Десятников Л.В. Алгоритмы раннего обнаружения зарождающихся дефектов механических узлов. Сборник трудов международной конференции "Надежность и качество в промышленности, энергетике и па транспорте". Самара, 1999. - ч.1. с.37-39.

38. Васильчук Л.В., Десятников A.B. Измерение эксцесса виброакустического сигнала. Сборник трудов 6-й Всероссийской конференции "Состояние и проблемы измерений".: М., 1999. - с. 145148.

39. Васильчук A.B. Измерительные системы для контроля и испытания изделий автомобильной промышленности. - ИТЮ СГАУ. - Самара, 1999. -205с.

40. Васильчук A.B., Чернышев C.B. Определение состава отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с использованием эмиссионного спектрального анализа газовой среды в камере сгорания. Сборник трудов б-й Всероссийской конференции "Состояние и проблемы измерений".: М„ 1999.-е. 149-152.

Введение.

1 Стендовые испытания в автомобилестроении.

1.1 Задачи стендовых испытаний силовых агрегатов на токсичность.

1.2 Задачи стендовых виброакустических испытаний кузовных деталей и силовых агрегатов.

1.3 Задачи стендовых механических испытаний кузовных деталей и силовых агрегатов.

Основные результаты.

2 Анализ информационных характеристик сигналов при стендовых испытаниях

2.1 Информационные характеристики сигналов при стендовых испытаниях двигателей на токсичность.

2.2 Информационные характеристики сигналов при виброиспытаниях автомобилей и их отдельных агрегатов

2.3 Информационные характеристики сигналов при виброакустической диагностике зарождающихся дефектов.

2.4 Снижение объема избыточной информации в измерительных системах стендовых комплексов испытаний и диагностики.

Основные результаты.

3 Алгоритмическое обеспечение ИИС стендового оборудования

3.1 Сравнительный анализ алгоритмического обеспечения ИИС стендовых испытаний автомобильных двигателей на токсичность отработавших газов.

3.2 Алгоритмы функционального преобразования измерительных сигналов.

3.3 Алгоритмы сплайн - аппроксимации измерительных сигналов.

3.3.1 Алгоритмы параболической сплайн - аппроксимации измерительных сигналов.

3.3.2 Алгоритмы кубической сплайн - аппроксимации измерительных сигналов.

3.3.3 Алгоритмы сплайн - аппроксимации измерительных сигналов с несимметричной весовой функцией

3.3.4 Алгоритмы сплайн - аппроксимации производной измерительных сигналов.

3.4 Алгоритмы обработки виброакустических сигналов

3.4.1 Алгоритмы обработки виброакустических сигналов с использованием их сплайн - аппроксимаций

3.4.2 Алгоритмы обработки виброакустических сигналов в задачах обнаружения зарождающихся дефектов механических узлов.

3.4.3 Алгоритмы управления исполнительными органами виброакустических стендов с использованием сплайн - функций.

Основные результаты.

4 Структурные схемы ИИС стендовых испытательных комплексов

4.1 Общая структурная схема ИИС стендовых испытательных комплексов.

4.2 Структурные схемы блоков преобразования измерительных сигналов и предварительной обработки измерительной информации.

4.2.1 Структурные схемы аналоге - цифровых устройств со сжатием диапазона измерения сигнала.

4.2.2 Структурные схемы функциональных аналоге -цифровых преобразователей измеряемых сигналов

4.2.3 Структурные схемы устройств со сплайн - аппроксимацией измеряемых сигналов.

4.2.4 Структурные схемы микропроцессорных устройств предварительной обработки измерительных сигналов

Основные результаты.

5 Практическая реализация ИИС стендовых испытаний и их элементов

5.1 ИИС стендовых испытаний изделий автомобильной промышленности.

5.2 Схемы устройств предварительной обработки информации ИИС стендовых испытаний.

5.3 Анализ инструментальных погрешностей устройств предварительной обработки информации.

Основные результаты.

Актуальность проблемы.

Современное состояние Российского автомобилестроения характеризуется в основном влиянием двух факторов: увеличением годового объема выпуска автомобилей, обусловленного постоянным, несмотря на сложное экономическое состояние страны, потребительским спросом, и непрерывным ужесточением требований к выпускаемой продукции, определяемым все более увеличивающейся конкуренцией со стороны импортируемой техники.

С целью повышения безопасности движения разрабатываемые новые образцы автомобилей, а также модернизируемые их серийные модели оснащаются все более сложными механическими и электронными узлами, требующими соответствующей наладки при изготовлении и периодической диагностики в течение всего эксплуатационного периода с помощью соответствующего стендового оборудования.

Основные узлы автомобильного двигателя - система питания, впускная система, выпускная система (с нейтрализатором токсичных компонентов), а также системы автомобиля - подвеска, трансмиссия, тормозная система и т.д. оснащаются микропроцессорными устройствами управления и диагностики, улучшающими основные характеристики автомобиля -динамичность, экономичность, надежность вождения.

Число контролируемых узлов автомобиля все время увеличивается, что приводит к необходимости использования все более совершенного бортового диагностического оборудования.

Наряду с этим все большее внимание в автомобилестроении уделяется повышению экологических характеристик транспортных средств -снижению выбросов в атмосферу токсичных компонентов, а также снижению уровня шума, что обеспечивается применением комплексов для диагностики основных узлов автомобилей (двигателя, трансмиссии, системы питания, ходовой части и т.д.) с целью обеспечения заданных значений таких характеристик.

В состав как стендовых испытательных комплексов, так и бортового диагностического оборудования входят информационно - измерительные системы, предназначенные для накопления получаемой от многочисленных датчиков измерительной информации, ее переработки с целью определения информативных параметров, выдаче результатов обработки оператору или передаче по стандартным каналам связи.

Однако используемые для этой цели информационно - измерительные системы (ИИС) в настоящее время уже не удовлетворяют современным требованиям скорости обработки измерительной информации, ее объемов, а также достоверности результатов обработки.

Современные ИИС, использующиеся в комплексах контроля виброакустических параметров узлов и агрегатов автомобилей, позволяют производить одновременную обработку лишь нескольких вибросигналов (а не нескольких десятков, что в настоящее время является необходимым), что значительно увеличивает длительность циклов проведения виброиспытаний.

ИИС, используемые в комплексах диагностики экологических параметров автомобильных двигателей, позволяют в настоящее время контролировать одновременно от 1 до 3 токсичных компонентов отработавших газов. При необходимости контроля большего числа компонентов, а также расширении динамического диапазона измеряемых параметров (концентраций токсичных компонентов в отработавшем газе), что соответствует вводимым в ближайшее время международным стандартам, в существующих диагностических комплексах требуется существенное расширение объема дорогостоящего аналитического оборудования и его перенастройка, а также проведение достаточно длительной градуировки его характеристик с привлечением высококвалифицированного персонала.

Кроме того, в ближайшем времени потребуется создание компактных бортовых автомобильных систем, позволяющих проводить оперативный многокомпонентный анализ отработавших газов в реальном темпе времени с целью оптимизации работы автомобильного двигателя. Средства переработки измерительной информации, входящие в состав таких систем, должны обладать сравнительно низкой стоимостью по отношению к стоимости всего автомобиля, но тем не менее позволять обрабатывать значительные потоки измерительных данных.

Перечисленные проблемы усугубляются требованиями к снижению временных затрат на создание новых моделей автомобилей. В частности, ведущие фирмы США, Европы и Японии модернизируют выпускаемые автомобили каждые полгода, время же создания принципиально новой модели не превышает двух лет. Аналогичная тенденция существует и в Российском автомобилестроении.

Разработка многоуровневых ИИС с использованием устройств, реализующих базовый набор алгоритмов предварительной обработки измерительной информации, характерных для большинства задач испытаний и диагностики основных узлов и агрегатов автомобилей, позволяет строить унифицированные ряды систем обработки информации в стендовых испытательных и диагностических комплексах, используемых в автомобильном машиностроении.

Такие ИИ С позволяют достаточно быстро комплектовать аппаратные и программные средства испытательных комплексов с учетом современных требований к объемам и скоростям обработки измерительной информации, а также необходимости оперативной перенастройки.

Разработка многоуровневых ИИС для стендовых и диагностических комплексов в настоящее время сдерживается отсутствием в литературе обобщающих работ по исследованию характеристик измерительной информации, получаемой с помощью таких комплексов, анализу и синтезу расположенных на их нижнем уровне устройств предварительной обработки измерительных данных, отсутствием используемых в них простых и эффективных алгоритмов обработки измерительных сигналов, учитывающих специфику методов испытаний и диагностики узлов автомобильной техники, выбора современной элементной базы для построения таких устройств.

Создание многофункциональных многоуровневых ИИС для испытательных и диагностических комплексов для автомобильной промышленности является крупной народно - хозяйственной проблемой, а в сочетании с разработкой методов их анализа и синтеза и обобщением работ в области теории и практики испытательного и диагностического оборудования в автомобильном машиностроении является и научной проблемой.

Цель работы: разработка теории и принципов построения многофункциональных ИИС для испытательных и диагностических комплексов в автомобильном машиностроении и их практическая реализация.

При этом решаются следующие задачи:

- классификация и анализ задач стендовых испытаний и диагностики основных узлов и агрегатов автомобилей;

- анализ информационных характеристик измерительных сигналов в стендовых испытательных и диагностических комплексах, применяемых в автомобилестроении;

- разработка алгоритмов предварительной обработки измерительной информации в ИИС испытательных и диагностических комплексах;

- синтез структурных схем многофункциональных ИИС испытательных и диагностических комплексов;

- исследование алгоритмических и аппаратных погрешностей разработанных ИИС;

- схематическая реализация разработанных ИИС на базе современных комплектующих электронной и компьютерной техники.

Научная новизна. Сформулирована и решена на основе развития системного подхода крупная народно - хозяйственная проблема создания многофункциональных ИИС для испытательных и диагностических комплексов в автомобильном машиностроении на основе устройств, реализующих базовый набор алгоритмов предварительной обработки измерительной информации.

В частности:

- на основании проведенной классификации и анализа задач стендовых испытаний и диагностики основных узлов и агрегатов автомобилей опреден перечень задач, являющихся ключевыми в технике диагностики и испытаний, определены тенденции изменения требований к обработке измерительной информации в комплексах, предназначенных для решения этих задач, определены подходы при создании аппаратных средств и программного обеспечения ИИС этих комплексов;

- на основании анализа фундаментальных законов физико - химических превращений веществ в природе определен априорный закон распределения уровней измерительных сигналов в стендовых комплексах, предназначенных для исследования экологических параметров основных узлов автомобильных агрегатов, а также получено экспериментальное подтверждение теоретических выводов;

- с целью сжатия измерительной информации по уровню определены оптимальные и квазиоптимальные законы квантования в многофункциональных устройствах предварительной обработки измерительных сигналов в ИИС испытательных и диагностических стендов;

- предложены эффективные алгоритмы сжатия во временной области измерительных сигналов, используемых в испытательном оборудовании на основе их сплайн - аппроксимаций, исследованы характеристики этих алгоритмов;

- разработан новый метод определения коэффициентов сплайн -аппроксимации измерительного сигнала при произвольном числе точек весовой функции цифрового аппроксимирующего сплайн -фильтра;

- разработан аналоговый интерфейс ИИС испытательных и диагностических комплексов на основе многофункциональных аналога -цифровых устройств предварительной обработки измерительной информации.

Практическая ценность. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили создать базу для проектирования и разработки многофункциональных ИИС испытательных и диагностических комплексов, предназначенных для автомобильного машиностроения: ИИС стендовых комплексов исследования экологических параметров автомобильных двигателей, ИИС комплексов для виброакустических испытаний основных агрегатов автомобиля, ИИС для оперативного проведения ранней диагностики дефектов трущихся сопряжений и подшипниковых пар автомобильных двигателей, трансмиссии и других механических узлов автомобиля.

Использование определенных в работе информационных характеристик измерительных сигналов и предложенных методов их аппроксимаций позволило создать базу для проектирования аналога - цифровых устройств предварительной обработки измерительных сигналов в испытательных и диагностических комплексах, обеспечивающих сжатие измерительной информации по уровню и во временной области и тем самым удовлетворить современным требованиям по объемам и скорости обработки этой информации в этих комплексах.

Эффективность разработанных многофункциональных ИИС для испытательных и диагностических комплексов превышает эффективность отечественных и зарубежных технических средств.

Реализация результатов. Представленные в работе исследования реализованы в информационно - измерительных системах, разработанных и внедренных на АО "КОНВЕРСИЯ - ЛАДА - СЕРВИС" (г.Самара), ОАО "АВТОЭЛЕКТРОНИКА" (г.Калуга), ЗАО "СИГНАЛ - АВТО" (г.Энгельс Саратовской обл.), ОАО "ДВАДЦАТЫЙ ПОДШИПНИКОВЫЙ ЗАВОД" (г.Курск), ОАО "ПРИБОР" (г.Курск), ОАО "СЧЕТМАШ" (г.Курск), а также в учебных процессах на кафедре конструирования радиоэлектронных аппаратов Самарского государственного аэрокосмического университета и на кафедре "Информационно - измерительная техника" Самарского государственного технического университета.

Основные результаты диссертационной работы внедрены при создании:

- ИИС автоматизированного стенда проведения комплексных испытаний электрооборудования легкового автомобиля, внедренной в ЗАО "СИГНАЛ - АВТО" (г.Энгельс Саратовской обл.);

- 16- канальной ИИС для обработки виброакустических сигналов в комплексе проведения виброиспытаний узлов автомобильных кузовов, внедренной в ОАО "АВТОЭЛЕКТРОНИКА" (г.Калуга);

- многофункциональной ИИС для стенда контроля в отработавших газах окислов азота, окиси углерода, углеводородов, формальдегида с использованием спектрофотометрического и хроматографического методов, внедренной в АО "КОНВЕРСИЯ - ЛАДА - СЕРВИС" (г.Самара);

- микропроцессорной системы обработки виброакустической информации для ранней диагностики зубчатых редукторов механизмов, внедренной в ОАО "Двадцатый подшипниковый завод" (г.Курск);

- математического обеспечения микропроцессорных модулей для трехуровневой ИИС стендового испытательного комплекса, внедренной в ОАО "СЧЕТМАШ" (г.Курск);

- алгоритмического обеспечения системы обработки измерительной информации при проведении виброиспытаний и ударных испытаний механических конструкций, внедренного в ОКБ "АВИААВТОМАТИКА" ОКБ "ПРИБОР" (г.Курск);

- в лекционном курсе по дисциплине "Электронные устройства в ИИС" для студентов специальности 19.09 "Информационно - измерительная техника", читаемом в Самарском государственном техническом университете.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение:

- Международной деловой встрече "Диагностика - 94" (г. Ялта, 1994г),

- Международной конференции по морским технологиям и судостроению "Black Sea' 92" (Болгария, Варна, 1992г.),

- Республиканской научно - технической конференции "Теория цепей и сигналов" (г. Геленджик, 1996г),

- Межотраслевой научно - технической конференции "Автоматизированные информационные системы при строительстве и эксплуатации сооружений и объектов жизнеобеспечения" (г. Самара, 1996г),

- Международной технической конференции по морским технологиям и судостроению "Black Sea' 97" (Болгария, Варна, 1997г.),

- Межотраслевой научно - технической конференции "Исследования в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды" (г.Самара, 1998г.),

- Международной конференции "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем" (г.Пенза, 1998г.),

- Научно - технической конференции "Измерительные преобразователи и информационные технологии" (г.Уфа, 1999г.),

- Научно - технической конференции "Методы и средства преобразования и обработки аналоговой информации" (г.Ульяновск, 1999г.),

- Научно - технической конференции "Методы и средства измерения в системах контроля и управления" (г.Пенза, 1999г.),

- Международной конференции "Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте" (г.Самара, 1999г.),

- 6-й Всероссийской конференции "Состояние и проблемы измерений" (г.Москва, 1999г.),

- на заседании Научного Совета Поволжского регионального научно - технического центра Метрологической академии РФ,

- на научно - технических совещаниях АО "КОНВЕРСИЯ - ЛАДА -СЕРВИС";

- на научно - технических семинарах кафедры "Информационно -измерительная техника" Самарского государственного технического университета и кафедры "Конструирование радиоэлектронных аппаратов" Самарского государственного аэрокосмического университета.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 40 публикациях, в том числе в 1 монографии и 5 брошюрах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, приложения, перечня используемой литературы. Работа содержит 315 с. машинописного текста, 7 таблиц, 113 иллюстраций, 15 с. приложений и 16 с. библиографического списка из 161 наименований.

Основные результаты и выводы.

1. Показано, что в последнее время существует тенденция значительного увеличения материальных затрат на проведение стендовых испытаний изделий автомобильной промышленности, причем значительную часть стоимости стендового оборудования составляет стоимость информационно - измерительных систем (ИИС), входящих в состав испытательных комплексов.

Показано, что для удовлетворения ужесточающихся экологических требований в настоящее время необходимо использовать сложную современную аналитическую технику в стендах испытания и диагностики двигателей с использованием в таких стендах многофункциональные ИИС для обработки аналитической информации, обеспечивающие проведение многокомпонентного анализа состава отработавших газов в реальном темпе времени эксперимента.

2. Показано, что задача оптимизации параметров средств предварительной обработки информации ИИС стендового оборудования во многом определяется информационными характеристиками измеряемых сигналов -динамическим диапазоном, частотным спектром и т.д. Определен перечень параметров таких средств, характеризующих их информационную производительность.

3. Показано, что на основании классификации и анализа информационных характеристик методов анализа состава отработавших газов автомобильных двигателей для большинства методов число градаций определяется в основном значением относительного стандартного отклонения, а не значительно более низкой величиной предела обнаружения. Определено, что информационная избыточность практически всех аналитических методов, используемых при анализе состава отработавших газов, лежит в пределах 2.100, что на практике влечет за собой завышение требований к информационно - измерительным системам испытательных комплексов, и соответственно, увеличение их стоимости.

4. Предложен новый метод определения априорного закона распределения уровней измеряемых сигналов при проведении анализа состава газовой среды на основании теоретического исследования основополагающего закона превращения веществ в природе при использовании принципа моделирования. Обоснован логарифмически - равномерный характер такого закона. Определены оптимальные с точки зрения теории информации функции преобразования (в частности, законы квантования) в средствах предварительной обработки измерительной информации, входящих в состав ИИС стендовых испытаний двигателей внутреннего сгорания.

Предложено осуществлять сжатие информации в ИИС испытательных комплексов в пространстве при использовании оптимальных законов преобразования (квантования) измерительных сигналов, и во времени, используя аппроксимационные алгоритмы измерений. В качестве аппроксимационных функций в ИИС испытательных комплексов обосновано использование параболических и кубических сплайнов, что снижает требования по быстродействию вычислительных средств таких ИИС.

4. Предложено с целью сжатия измерительных сигналов по диапазону использовать в ИИС аналого - цифровые преобразователи поразрядного уравновешивания, формирующие выходной код в формате с плавающей запятой. Выведены функции процесса уравновешивания, определяющие формирование цифр выходного кода таких преобразователей. Предложено рассматривать процесс уравновешивания в функциональном пространстве, что облегчает задачу определения функций уравновешивания.

5. Разработан новый метод определения параметров алгоритмов сплайн - аппроксимации, реализуемых в средствах предварительного преобразования ИИС стендового оборудования на основе критерия наименьшего значения средне - квадратичной погрешности аппроксимации. Определены коэффициенты весовых функций сплайн - фильтров с произвольным числом ее значений, используемых в алгоритмах аппроксимации сигнала как параболическими, так и кубическими сплайнами. Показано, что параболические сплайн - фильтры, свободные от фазовой погрешности, должны иметь четное число значений весовой функции, кубические сплайн - фильтры - нечетное число этих значений.

6. Предложено при использовании алгоритмов сплайн - аппроксимации сигналов определять одновременно с аппроксимацией сигнала и оценки его первой и второй производных, что снижает требования к мощности центрального компьютера ИИС. Показано, что такое предложение целесообразно использовать в средствах предварительной обработки информации ИИС стендовых виброиспытаний для оценки значений вибраций, виброскоростей и виброускорений.

7. Показано, что алгоритмы сплайн - аппроксимации могут быть использованы для непосредственного определения производной измерительного сигнала. Предложено использовать такие алгоритмы при решении задач определения характерных значений (в частности, экстремальных) функции измерительного сигнала.

8. Показано, что коэффициенты сплайн - аппроксимации измерительного сигнала могут быть использованы в модальном анализе виброакустических сигналов с целью определения параметров мод на виброспектрах. Определены соотношения, позволяющие на основе предварительной сплайн - аппроксимации измерительных сигналов проводить в реальном темпе времени их спектральный анализ с приемлемой в практических приложениях точностью.

9. Предложено для ранней диагностики дефектов механических конструкций определять эксцесс распределения значений виброакустического сигнала по уровню в реальном темпе времени на основе сплайн - аппроксимации этого сигнала. Показано, что разработанный алгоритм определения эксцесса обеспечивает характеристики, достаточно хорошие для практического применения.

10. Разработаны основы применения алгоритмов сплайн - аппроксимации сигнала в задачах управления силовыми исполнительными органами испытательных стендов. Показано, что такие органы могут реализовывать сплайн - аппроксимацию управляющего сигнала. Определены условия, которым должны удовлетворять передаточные функции исполнительных органов, исследованы характеристики предложенных алгоритмов.

11. Предложен ряд структурных схем устройств предварительной обработки информации ИИС стендовых испытательных комплексов с оптимальной и квазиоптимальной шкалами квантования, а также со сплайн - аппроксимацией измеряемого сигнала, отличающиеся простотой и возможностью программирования основных функций преобразования. Показано, что схемы аналого - цифровых преобразователей с оптимальной и квазиоптимальной шкалой квантования, а также функциональных аналого - цифровых преобразователей могут быть построены с использованием основных принципов аналого - цифрового преобразования -поразрядного уравновешивания, частотного преобразования, интегрирующего преобразования. Предложено в схемах быстродействующих функциональных аналого - цифровых преобразователей использовать микропроцессорные схемы управления с зашитыми в них табличными функциями с целью их быстрого программирования.

12. Разработан ряд схем аналоговых преобразователей со сплайн -аппроксимацией сигнала, используемых для обработки быстроизменяю-щихся сигналов, а также аналоге - цифровых преобразователей, позволяющих определять коэффициенты аппроксимации с высокой точностью. Предложено использовать аналоговые преобразователи для управления инерционными электромеханическими исполнительными органами стендового комплекса при реализации циклов виброиспытаний автомобилей и их кузовных узлов. Показано, что использование таких преобразователей позволяет значительно снизить объем информации хранящейся в памяти центрального компьютера стендового испытательного комплекса.

13. На основании анализа инструментальных погрешностей ряда устройств предварительной обработки измерительной информации определены практические рекомендации по схемотехническому проектированию таких устройств. Показана необходимость использования прецизионных операционных усилителей на общем входе цепей преобразования для ряда фунциональных аналоге - цифровых преобразователей, в частности, логарифмирующих преобразователей.

На основании анализа инструментальных погрешностей аналоговых устройств, реализующих алгоритмы сплайн - аппроксимации, определены практические рекомендации по их схемотехническому проектированию.

Определена конфигурация цепей отрицательной обратной связи в таких устройствах, позволяющих снизить инструментальные погрешности, обусловленные неидеальностью характеристик микроэлектронных комплектующих схем.

12. Предложена схема многофункциональной ИИС для стендовых испытаний, представляющая собой трехуровневую структуру с частичным распределением вычислительных мощностей по периферийным модулям. Показано, что в качестве вычислительных средств ИИС целесообразно использовать модули и блоки с архитектурой современных промышленных компьютеров. Предложено такую ИИС строить на основе компьютерной сети с использованием многозадачной операционной системы. Показано, что программные модули, составляющие математическое обеспечение ИИС в этом случае обладают достаточной взаимной независимостью, что позволяет достаточно легко осуществлять их модификацию и тем самым перенастраивать ИИС при необходимости изменения задачи испытаний.

13. Достоверность научных положений и выводов, приведенных в диссертационной работе, подтверждена теоретическими расчетами и экспериментальными данными, внедрением предложенных методов, устройств и информационно - измерительных систем на ряде предприятий автомобилестроительной отрасли.

6 Заключение

Основным результатом диссертационной работы является:

- определен класс задач обработки измерительной информации при проведении испытаний изделий автомобильной промышленности, целью которых является оценка параметров, характеризующих безопасность автомобилей (включая экологическую безопасность) при их эксплуатации;

- разработаны теоретические основы анализа информационных характеристик измерительных сигналов в комплексах стендовых испытаний изделий автомобильной промышленности;

- разработаны теоретические основы алгоритмического обеспечения устройств предварительной обработки измерительной информации, получаемой при проведении испытаний, на базе теории цифровой фильтрации, функционального преобразования и аппроксимации сигналов;

- разработана теория конструирования цифровых аппроксимацион-ных сплайн - фильтров, используемых в микропроцессорных модулях предварительной обработки измерительной информации, на основе использования информационного критерия, разработаны методические основы конструирования таких фильтров с произвольным числом точек аппроксимации;

- разработаны методы исследования инструментальных погрешностей устройств предварительной обработки информации информационно -измерительных систем (ИИС) стендового оборудования;

- разработана многофункциональная ИИС стендовых испытательных комплексов, позволяющая решать основной класс задач обработки измерительной информации при проведении испытаний изделий автомобильной промышленности.

1. Амбарцумян В.В., Тарасов В.И., Мхитарян Н.А. Экологическая безопасность на автомобильном транспорте. Приборы и системы управления. 1999, №2, с.55-60.

2. Амбарцумян В.В., Бабанин В.Н., Гуджоян В.П., Петрудис А.В. Безопасность дорожного движения. М.: Машиностроение, 1998. 158с.

3. Якубовский Ю.А. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. М.: Транспорт, 1993. 189с.

4. Дьяков А.Б., Вздыхалкин В.Н., Рузский А.В. Экологическая безопасность автомобиля. М.: МАДИ, 1984. 78с.

5. Химия окружающей среды. Пер. с англ./Под ред. А.П.Цыганкова. -М.: Химия, 1982. 672с.

6. Rose F.H. at all. Paper presented to annual Meeting. Air Pollution Control Association. Houston, Texas, June 1994. p. 33-36.

7. Холод В.П., Перчик О.Ф., Данилин A.A. Методы и средства аналитического контроля выхлопных газов автомобилей,- М.: ЦНИИТЭИП, 1990,-54с.

8. Жегалин О.И., Лупачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. М.: Транспорт, 1985. - 120 с.

9. Staab J., Klingenberg Н., Schurmann D.: Strategy for the Development of a New Multicomponent Exhaust Emissions Measurement Technique. SAE -Paper 830437.

10. Kraft J., Hartung A., Lies K.-H., Schulze J. Determination of Policiclic Aromatic Hydrocarbons in Diluted and Undiluted Exhaust Gas of Diesel Engines. SAE Paper 821219.

11. П.Багров Г.М. Измерительная техника для испытаний и контроля качества автомобильной промышленности. Автомобильная промышленность США. №8, 1989,- с. 25 - 30.

12. Дашковский А.А., Колотуша С.С., Коробейник А.В., Максименко Ю.Н. Инфракрасные абсорбционные газоанализаторы. М.: ЦНИИТЭИП, 1990. -64с.

13. Примиский В.Ф., Перчик О.Ф. Современная контрольно измерительная аппаратура отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. -М.: ЦНИИТЭИП, 1989. - 48с.

14. Lowry S.-R., Roberts J., Lindner J., Munday D. The measurement of exhaust emissions from oxigenated fuel blends by Fourier transform infrared spectroscopy. SAE International, 1995. pp.111 -117.

15. Орлов A.C., Вырубов Д.Н., Ивин В.И. и др. Теория рабочих процессов поршневых и комбинированных двигателей. М.: Машиностроение. -1971. -399с.

16. Ходош С. Вычислительные машины в проектировании и испытаниях автомобилей (обзор). Автомобильная промышленность США. №8, 1986.-с. 24 -27.

17. The measurement of exhaust Emissions. Global Emission Experiences: Processes, Measurements and substrates. SAE International SP - 1094,1994,- pp. Ill - 117.

18. Fast NO measuring device for internal combustion engines: New technologies for Emissions Vehicle Testing. SAE International SP - 1094. - 1994,-pp. 53 - 59.

19. Betzold H., Spiegelhalder В., Veigel R. Computer controlled sampling and inlet system for time-resolved, engine-synchronous exhaust gas analysis. : SAE International. 1994,- pp.75 - 82.

20. Baltisberger S., Ruhm K.: Fast NO measuring devise for internal combustion engines. SAE International. 1994. - pp. 53 - 57.

21. Klingenberg H., Seiffert U. Automobilmesstechnick als Aufgabe der VW -Forschung //Automobil Industrie, 1985. - N 2, s. 131 - 145.

22. Дашковский А.А., Колотуша С.С., Коробейник А.В., Максименко Ю.Н. Инфракрасные абсорбционные газоанализаторы. М.: ЦНИИТЭИП, 1990. -64с.

23. Shimasaki Y. е.a. Combustion monitoring. Automotive engineering SAE. No.7, 1993. pp.15-19.

24. Данцер К., Тан Э., Мольх Д. Аналитика: Систематический обзор,- М.: Химия, 1981. -278с.

25. Спектроскопические методы определения следов элементов / Под ред. Дж. Вайнфорнера. М.: Мир, 1979. - 494с.

26. Формен Дж., Стокуэл П. Автоматический химический анализ,- М.: Мир. 1978. - 396с.

27. Пиккеринг У. Современная аналитическая химия. М.: Химия. - 1977. -558с.

28. Уэндланд У. Термические методы анализа. М.: Мир. - 1978. - 525с.

29. Kaiser Н. Quantitation in Elemental Analysis. Anal. Chem. 1970, vol. 42, N 2, pp. 24A - 41 A; N 4, pp. 26A - 52A.

30. Auto Simulators speed new model development // Studt Tim. R and Mag.-1992, №4. pp.28 -30.

31. Кошкин B.E., Луканин B.H., Тольский B.E. Методы измерения и экспериментального исследования шума и вибраций автомобильных двигателей. М.: Машиностроение. 256с.

32. Powell С. Machinery troubleshooting using vibration analysis techniques. Sound and vibration. №1, 1992. - pp. 42-57.

33. Тольский B.E. Виброакустика автомобилей. M.: Машиностроение, 1988. 139с.

34. Певзнер Я.М. и др. Колебания автомобилей. М. Машиностроение, 1979. - 208с.

35. Gillard P. Cours d'acoustique automobile, p.1,2. s/a. 1985. - 177p.

36. Barson С. e.a. Metods of car vibration testing. Proceedings of International Conference on Vehicle Noise and Vibration. 1984. London, pp. 47-54.

37. Лаптев С.Л. Комплексная система испытаний автомобилей: Формирование, развитие, стандартизация. -М.: Из-во стандартов, 1991. 172с.

38. Сертификационные испытания, исследования и совершенствование автомобилей и двигателей // Под ред. Кутеева В.Ф. и др. Труды НАМИ. М.: 1994. 173с.

39. Ramsey К. Experimental modal analysis, structural modification and FFM analysis on a desktop computer. Sound and vibration. №2. - 1983, pp. 5765.

40. Eshleman R. Identification and correction of mashinery vibration problems. Sound and vibration. №4, 1981. - pp. 32-47.

41. Kingham Ph., Growdon M., Meyer D. Knock detection: a quantitative system approach. Automotive engineering SAE. No.12, 1993. pp.61-64.

42. Gilstrap M. Transducer selection for vibration monitoring of rotating mashinery. Sound and vibration. №2, 1984. - pp. 32-47.

43. Mess -und Versuchttechnik im Automobilbau/ Tagung Wolfsburg, 12 bis 14. 1989,- Dusseldorf: VDI Verl., 1989. 4405.: 111. -VDI - Ber./Verein Deutsche Ingeniere, ISSN 0083 - 5560; N 741

44. Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов // Под ред. Генкина М.Д. М.: Машиностроение, 1984. 117с.

45. Enochson L., Galyart D. Computer aided testing solves automotive vibration problem. Sound and vibration. №11, 1982. - pp. 47-52.

46. Smiley R. Vibration and performance testing with small digital test systems. Sound and vibration. №4, 1982. - pp. 57-68.

47. Liefooghe C. e.a. Integration of structural dynamics into fatique prediction. Noise & Vibration Worldwide. No.l, 1992. pp.6-8.

48. Stahl R., Koch L. Drehmomentaufhehmer fur Kraft fahrzeugrader. Teclmis-ches Messen tm (1989), Nr. 10, s. 365 368.

49. Reif P.-D. Data Acquisition and Evaluation in Test Automobiles with the Mobile Computer System FARES. //ISATA ' 92 Proceedings, Vol.2, (1992), pp. 35 -42.

50. Васильчук А.В. Техника измерений и обработки информации при проведении стендовых испытаний в автомобилестроении. Труды Поволжского регионального научно - технического центра Метрологической академии РФ,- Самара, 1996. - 30с.

51. Арутюнов К.Б. Измерительные преобразователи и системы управления автомобилями и другими транспортными средствами. М.: Информпри-бор, 1990. 14с.

52. Westbrok М. Developments in automotive sensors and their systems // Journ.Phys. E: Sci. Instrum. 1998. -N 22. - pp. 586-595.

53. C.R.M. Auto Electronic und Sensoren // Messen,Prufen, Automatisieren. -1998. - N5.-S. 85-86.)

54. VDI Nachrichten. 1995. N20. S. 24.

55. J. Hickey. Survey identifies key trends in measurement systems // Instrumentation and control Systems. November 1998. pp.155-158.

56. Вентцель E.C. Теория вероятностей. M.: Физматгиз, 1969. - 576 с.

57. Куликовский K.JL, Ланге П.К., Тихонов B.C. Основы построения функционально параметрического ряда средств обработки аналитической информации. - Измерения, контроль, автоматизация. 1983, Вып. 2 (46). - с. 23-31.

58. Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств. Л.: Энергия, 1968. - 248 с.

59. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике.- Изд-во иностр. лит.- 1963. 156с.

60. Персии С.М. Основы теории и проектирования автоматических измерительных систем,- Л. :Гидрометеоиздат, 1975.-319с.

61. Васильчук A.B. Алгоритмы предварительной обработки измерительной информации для микропроцессорных систем диагностики и испытаний,- Самара, 1996. -16с: Деп. в ВИНИТИ 08.07.96, N2199-B96.

62. Васильчук A.B. Функциональные измерительные преобразователи для измерительных систем стендовых испытаний машин и механизмов. -Самара, 1996. 6с: Деп. в ВИНИТИ 08.06.96, N2200-B96.

63. Васильчук A.B. Сжатие информации в системах стендовых испытаний автомобильных двигателей. Самара, 1996,- 6с: Деп. в ВИНИТИ 08.07.96, N2201-B96.

64. Воронов A.A. Основы теории автоматического управления. ч.1. Линейные системы регулирования одной величины. М.: Энергия, 1965.- 396с.

65. Воробель P.A., Попов Б.А. Равномерное приближение логарифмическими и линейно логарифмическими функциями с условием. - В кн. Алгоритмы и программы для вычисления функций на ЭЦВМ. - Киев, Ин - т кибернетики, вып. 5, ч. 1 (Алгоритмы), 1981. - с. 171 -180.

66. Алберг Дж., Нильсон Э., Уолш Дж. Теория сплайнов и ее приложения.- М.: Мир, 1972.-316 с.

67. Завьялов Ю.С. и др. Методы сплайн- функций. М.: Наука, 1980. -352с.

68. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник /В.В.Клюев, Ф.Р.Соснин, В.Н.Филимонов и др. Под ред. В.В.Клюева. М.: Машиностроение, 1995. - 448с.

69. Неразрушающий контроль. В 5-ти кн. /Под ред. В.В.Сухорукова. М.: Высшая школа, 1991. - 284с.

70. Технические средства диагностирования. Справочник под ред. В.В.Клюева.- М.: Машиностроение, 1989. 672с.

71. Anderson J. Data acquisition and processing for high speed liquid chromatography. J. of liquid chrom.,6 (14), (1989). pp. 2809- 2828.

72. Силис Я.Я., Кофман A.M., Розенблит А.Б. Первичная обработка спектров и хроматограмм химических соединений с помощью ЭВМ. Принципы. Алгоритмы. Программы,-Рига: Зинайне, 1980,- 128с.

73. Хемминг Р. Цифровые фильтры. М.: Советское радио, 1980. 220с.

74. Schomburg G., Weeke F. and oth. Chromatography on- line to Mulcheim computer system, J. Chrom. Sci, 9, No. 12, 1986. p. 735- 741.

75. Eckschlager Karel. Application of computers in analytical chemistry. Wilson and Wilson's Compr. Anal. Chem. Vol. 18, 1988. -pp. 251- 440.

76. Halang W. A PC- based evaluation and control system for gas liquid chromatography. North- Holland microprocessing and microprogramming. 21 (1987).-pp.153- 160.

77. Kaiser R.E., Rackstraw A.J. Computer chromatography. Vol. 1 Heidelberg e.a. Alfred Huthig, 1983, VI11. pp.171.

78. Kaiser R.E., Oerlich E. Optimizierung in der HPLC. Heidelberg e.a. Alfred Huthig. 1979. pp.181.

79. Fozart A., Franses J., Wyatt A. Chromatographia 5, 377 (1972). pp. 68-75.

80. Charrier G., Dupuis M., Merlivat J., Pons J., Sigelle R. Chromatographia 5, 119(1972). pp. 36-39.

81. Roberts S. and oth. Using least squares method in chromatographia handling. Anal. Chem. 42, 1970, No 4. pp. 268-274.

82. Andersson and oth. Computerised analysis of overlapped non- Gaussian chromatographic peacks with approximation method. Anal. Chem. 42, 1970, No. 4. pp. 434- 446.

83. Kelly P., Harris W. Application of method of maximum posterior probability to estimation of gas- chromatographic peak parameters. Anal.Chem. 43, 1971. pp. 1184- 1195.

84. Foley J. Systematic errors in the measurement of peak area and peak height for overlapping peaks. J. of Chromatography, 384(1987). pp.301-313.

85. Kullic E., Kaljurand M., Ess L. Resolution of overlapping gas chromatographic peaks using fast Fourier transformation. J. of chromatography, V. 118, 1976. pp. 313- 317.

86. Harder A., Galan L. Deconvolution when only the lower order moments of the convolution function are known. Anal. Chem. 1974, V. 46, No. 11. pp. 1464-1468.

87. Rayborn G. and oth. Resolution of fused gas chromatographic peaks by deconvolution with extension of the Fourier spectrum. Amer. Lab. 1986, V. 18, No. 10. pp. 56, 58-60, 62-64.

88. Singhal R., Smoll D. Hardware and software for microprocessor controlled HPLC. J. of liquid chrom., 9 (12), (1989), pp. 2661- 2693.

89. Сайфуллин P.T. Задача повышения разделения совмещенных хромато-графических сигналов. Автоматизация и контрольно- измерительная техника. 1983, № 2,- с. 14-15.

90. Измерения в промышленности. Справ, изд. Под ред. П.Профоса. М.: Металлургия, 1980. 648с.

91. Измерения в промышленности. Справ, изд. в 3-х кн. Кн. 3. Способы измерения и аппаратура. /Под ред. П.Профоса. М.: Металлургия, 1990. - 344с.

92. Ланге П.К., Шафранский И.В. Метод компенсации нелинейного дрейфа базовой линии хроматограммы,- Заводская лаборатория. 1983, т.49, № 6,-с. 17-19.

93. Рабинович В.И. Функциональное аналого цифровое преобразование, основанное на обратной функции. Измерения, контроль, автоматизация /ЦНИИТЭИП ,1983, вып. 2(46). - с. 16-22.

94. Гитис Э.И., Пискулов Е.А. Аналого цифровые преобразователи. - М.: Энергоиздат, 1981. - 360с.

95. Vasilchuck A., Lange P. Microprocessor based data acquisition system for ship diesel exhaust testing. - Proceedings of the Technical conference on

96. Ocean and Marine Engineering, Shipbilding, Marine Technology "Black Sea'92". Bulgaria, Varna, 1992,- pp. 52-53.

97. Васильчук A.B. Информационно измерительная система комплекса испытаний автомобильных агрегатов в процессе производства и технической диагностики. - Самара, 1996. - 9с: Деп. в ВИНИТИ 06.11.96, N3240- В96.

98. Васильчук A.B. Компьютерные системы обработки аналитической информации для стендового оборудования испытаний автомобильных двигателей.- Самара, 1996. -16с: Деп. в ВИНИТИ 06.11.96, N3239- В96.

99. Гутников B.C. Методы реализации специальных весовых функций в измерительных устройствах. Измерения, контроль, автоматизация /ЦНИИТЭИП , 1983, вып. 2(46). с. 3-15.

100. Солопченко Г.Н. Обратные задачи в измерительных процедурах. Измерения, контроль, автоматизация /ЦНИИТЭИП , 1983, вып. 2(46). -с. 32-46.

101. Кириченко A.A., Логинов В.Л. Применение сплайн аппроксимации в задачах статистической обработки информации. - Зарубежная электроника, 1978, №2. - с. 3-6.

102. Васильчук A.B. Средства первичной обработки сигналов в стендах контроля параметров автомобильных двигателей. Тезисы докладов Республиканской научно - техн. конференции "Теория цепей и сигналов". - Геленджик, 1996. - с. 35.

103. Васильчук A.B. Информационные характеристики аналитических сигналов в системах диагностики и испытаний автомобильных двигателей,- Самара, 1996. 6 с: Деп. в ВИНИТИ 06.11.96, N3241- В96.

104. Nussbauer H. Fast polynomial transform algorithms for digital convolution. IEEE Transactions. 1980, Vol. ASSP - 28, No. 2. - pp. 205-215.

105. Вапник В.M. Построение регрессионных зависимостей по экспериментальным данным. М.: Наука, 1978. 135 с.

106. Зайцев Г.Ф. Анализ линейных импульсных систем автоматического регулирования и управления,- Киев, Техника, 1967,- 162 с.

107. Рабинер JI., Голд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978. - 554с.

108. Васильчук A.B. Способы построения быстродействующих функциональных аналого цифровых преобразователей для систем обработки измерительной информации. - Самара, 1996. - 6 с: Деп. в ВИНИТИ 19.02.97. N0241-В97

109. Васильчук A.B. Анализ информационных характеристик сигналов в стендовом оборудовании испытаний продукции автомобилестроения. Труды Поволжского регионального научно технического центра Метрологической академии РФ,- вып.6. Самара,- 1997. - 30с.

110. Shneider A. Programmable signal conditioners for vibration and dynamic pressure transducers. Sound and vibration. №11, 1980. - pp. 57-62.

111. Алексенко А.Г., Коломбет E.A., Старо дуб Г.И. Применение операционных аналоговых ИС.- М.: Радио и связь, 1981,- 224с.

112. Коломиец О.М., Прошин E.H. Автоматический выбор диапазона измерений в цифровых приборах. М.: Энергия, 1980,- 128с.

113. Гришанов A.A. и др. Интегрирующие цифровые приборы. М.: Энергоиздат, 1981. 120с.

114. Хазанов Б.И. Интерфейсы измерительных систем. М.: Энергия, 1979. - 120с.

115. Кривченко Т.И., Станкевич Е.А., Клементьев A.B., Новопашенный Г.Н. Построение современных измерительных систем на базе стандартных интерфейсов. Приборы и системы управления. №1, 1996. - с. 1-6.

116. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л.: Энергоатомиздат, 1988. - 304с.

117. Васильчук A.B. Структуры и алгоритмы работы функциональных измерительных преобразователей стендовых систем для испытаниймашин и механизмов. Вестник СамГТУ. Выпуск 5. - Серия "Технические науки". - 1998г.- с. 162-165

118. Васильчук A.B. Комплексы для диагностики двигателей автомобилей ВАЗ по экологическим параметрам. Труды Международной конференции "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем". Пенза, 1998г.-с.318.

119. Vasiltchuk A. Data acquisition system for the ship engine test stand. Proceedings of the Fourth international Teclmical Conference on Ocean Engineering and Marine Technology "Black Sea'97". Varna, Bulgaria, 1997. pp. 46-47.

120. Басманов A.C., Широков Ю.Ф. Микропроцессоры и однокристальные ЭВМ: Номенклатура и функциональные возможности. М.:Энергоатомиздат, 1988. 128с.

121. Сташин В.В., Урусов A.B., Мологонцева О.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 224с.

122. Марков С. Цифровые сигнальные процессоры. Книга 1. М.: фирма МИКРОАРТ, 1996. - 144с.

123. Васильчук A.B. Структуры измерительных устройств со сплайн -аппроксимацией сигнала. Самарский гос. техн. ун.-т. Самара, 1998.-7 с: Деп. в ВИНИТИ 30.09.98. № 2878 В98

124. Васильчук A.B. Измерительные устройства интегрирующего типа для сплайн аппроксимации сигналов. Самарский гос. техн. ун.-т. Самара,1998.-7 с: Деп. в ВИНИТИ 30.09.98 № 2877 - В98.

125. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник /С.В.Якубовский, Л.И.Ниссельсон, В.И.Кулешова и др.; Под ред. С.В.Якубовского. М.: Радио и связь, 1990. - 320с.

126. Коломбет Е.А., Юркович К., Зодл Я. Применение аналоговых микросхем. М.: Радио и связь, 1990. - 320с.

127. ANALOG DEVICES. Design in - reference manual. Data converters, Amplifiers, Special linear products, Support components, 1994. - pp. 2253.

128. Васильчук A.B. Сплайн аппроксимация выходных сигналов сервоприводов стендовых испытательных комплексов. Самарский гос. техн. ун.-т. Самара, 1998.-6 с: Деп. в ВИНИТИ 30.09.98 № 2876 - В98.

129. Васильчук A.B. Стендовые виброакустические испытания изделий автомобильной промышленности. Самарский гос. техн. ун.-т. Самара,1998.-6 с: Деп. в ВИНИТИ 29.03.99. № 931-В99.

130. Васильчук A.B. Аналого цифровые преобразователи со сжатием диапазона сигнала. Самарский гос. техн. ун.-т. Самара, 1998.-8 с: Деп. в ВИНИТИ 17.03.99 № 837-В99.

131. ANALOG DEVICES. Practical analog design techniques. High Resolution Signal Conditioning ADCs, 1995. pp. 44.

132. Burr Brown 1С Applications Handbook. 1996. - pp. 423.

133. Интегральные микросхемы. Перспективные изделия. Вып. 2- М.: из-во ЭКОМ, 1996. 96с.

134. Васильчук A.B. Использование линейных инерционных объектов для сплайн аппроксимации воспроизводимой функции. Самарский гос. техн. ун.-т. Самара,1998.-7 с: Деп. в ВИНИТИ 14.04.99 №1127 - В99.

135. Васильчук A.B. Разработка алгоритмов сплайн аппроксимации производной измерительного сигнала. Самарский гос. техн. ун.-т. Самара,1998.-14 с: Деп. в ВИНИТИ 16.04.99 № 1212 - В99.

136. Васильчук A.B. Частотный подход к использованию метода наименьших квадратов при определении коэффициентов аппроксимаций измерительного сигнала. Самарский гос. техн. ун.-т. Самара, 1998,-12 с: Деп. в ВИНИТИ 29.03.99 № 942-В99.

137. Самофалов К.Г. и др. Микропроцессоры,- К.: Техника, 1986,- 278с.

138. Метрологическое обеспечение информационно- измерительных систем.Сборник руководящих документов,- М.: Из-во стандартов, 1984,- 264с.

139. Васильчук А.В.,Ланге П.К. Сжатие данных в инфомационных сетях диагностических комплексов. Сборник трудов учвных Поволжья "Информатика. Радиотехника. Связь." -Вып.№4,- Самара.-1999г.- с.42-44.

140. Васильчук A.B., Чернышов C.B. Аналоговые и аналоге цифровые преобразователи со сплайн - аппроксимацией сигнала в диапазоне звуковых частот. Сборник трудов "Измерительные преобразователи и информационные технологии". Уфа, 1999,- с. 173-178.

141. Цыпкин Я.З. Теория линейных импульсных систем,- М.: Физматгиз, 1963. -460с.

142. Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М.:Энергия, 1972. -456с.

143. Васильчук A.B., Чернышов C.B. Аналоговые преобразователи со сплайн аппроксимацией сигнала. Сборник трудов научно - технической конференции "Методы и средства преобразования и обработки аналоговой информации". Ульяновск, 1999.-е. 123-126.

144. Микроэлектронные цифро аналоговые и аналоге - цифровые преобразователи информации / Под ред. В.Б.Смолова. - JL: Энергия, 1976. - 336с.

145. Полупроводниковые кодирующие и декодирующие преобразователи /Под ред. В.Б.Смолова и Н.А.Смирнова. JI.: Энергия, 1967. - 312с.

146. Преобразование информации в аналоге цифровых вычислительных устройствах и системах /Под ред. Г.М.Петрова. - М.: Машиностроение, 1973. -360с.

147. Васильчук A.B., Малахов А.Ю. Обработка виброакустических сигналов с использованием аппроксимационных методов. Сборник трудов научно технической конференции "Методы и средства измерения в системах контроля и управления". Пенза, 1999. - с.85-88.

148. Васильчук A.B., Десятников A.B. Алгоритмы раннего обнаружения зарождающихся дефектов механических узлов. Сборник трудов международной конференции "Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте". Самара, 1999. ч.1. с.37-39.

149. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники,- М.: Мир, 1984,- Т.1.-598с.

150. PC совместимое оборудование для автоматизации промышленности. -каталог фирмы OCTAGON SYSTEMS. 1997. - 150с.

151. Васильчук A.B., Десятников A.B. Измерение эксцесса виброакустического сигнала. Сборник трудов 6-й Всероссийской конференции "Состояние и проблемы измерений".: М., 1999. с. 145-148.

152. Васильчук A.B. Измерительные системы для контроля и испытания изделий автомобильной промышленности. ИПО СГАУ. - Самара, 1999. -205с.