К вопросу анализа погрешности мобильных информационно-измерительных систем шахтных подъемных комплексов
В роботі викладено практичний аналіз похибки в мобільних інформаційно-вимірювальних системах шахтних підйомних комплексів на основі досвіду ІГТМ НАН України.
Gespeichert in:
| Datum: | 2005 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2005
|
| Schriftenreihe: | Геотехнічна механіка |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141305 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | К вопросу анализа погрешности мобильных информационно-измерительных систем шахтных подъемных комплексов / В.В. Лопатин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2005. — Вип. 59. — С. 101-105. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-141305 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1413052025-02-23T17:25:03Z К вопросу анализа погрешности мобильных информационно-измерительных систем шахтных подъемных комплексов To a problem of analysis of inaccuracy of a mobile informational - measuring system of mine elevating complexes Лопатин, В.В. В роботі викладено практичний аналіз похибки в мобільних інформаційно-вимірювальних системах шахтних підйомних комплексів на основі досвіду ІГТМ НАН України. In operation the practical analysis of inaccuracy in a mobile informational - measuring system of mine elevating complexes is explained on the basis of expertise IGTM NAS of Ukraine. 2005 Article К вопросу анализа погрешности мобильных информационно-измерительных систем шахтных подъемных комплексов / В.В. Лопатин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2005. — Вип. 59. — С. 101-105. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141305 [622.673.1: 681.514.54] ru Геотехнічна механіка application/pdf Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
В роботі викладено практичний аналіз похибки в мобільних інформаційно-вимірювальних системах шахтних підйомних комплексів на основі досвіду ІГТМ НАН України. |
| format |
Article |
| author |
Лопатин, В.В. |
| spellingShingle |
Лопатин, В.В. К вопросу анализа погрешности мобильных информационно-измерительных систем шахтных подъемных комплексов Геотехнічна механіка |
| author_facet |
Лопатин, В.В. |
| author_sort |
Лопатин, В.В. |
| title |
К вопросу анализа погрешности мобильных информационно-измерительных систем шахтных подъемных комплексов |
| title_short |
К вопросу анализа погрешности мобильных информационно-измерительных систем шахтных подъемных комплексов |
| title_full |
К вопросу анализа погрешности мобильных информационно-измерительных систем шахтных подъемных комплексов |
| title_fullStr |
К вопросу анализа погрешности мобильных информационно-измерительных систем шахтных подъемных комплексов |
| title_full_unstemmed |
К вопросу анализа погрешности мобильных информационно-измерительных систем шахтных подъемных комплексов |
| title_sort |
к вопросу анализа погрешности мобильных информационно-измерительных систем шахтных подъемных комплексов |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2005 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141305 |
| citation_txt |
К вопросу анализа погрешности мобильных информационно-измерительных систем шахтных подъемных комплексов / В.В. Лопатин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2005. — Вип. 59. — С. 101-105. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Геотехнічна механіка |
| work_keys_str_mv |
AT lopatinvv kvoprosuanalizapogrešnostimobilʹnyhinformacionnoizmeritelʹnyhsistemšahtnyhpodʺemnyhkompleksov AT lopatinvv toaproblemofanalysisofinaccuracyofamobileinformationalmeasuringsystemofmineelevatingcomplexes |
| first_indexed |
2025-11-24T02:36:32Z |
| last_indexed |
2025-11-24T02:36:32Z |
| _version_ |
1849637514912989184 |
| fulltext |
"Геотехническая механика" 101
УДК [622.673.1: 681.514.54]
Канд. техн. наук В.В. Лопатин
(ИГТМ НАН Украины)
К ВОПРОСУ АНАЛИЗА ПОГРЕШНОСТИ МОБИЛЬНЫХ
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ШАХТНЫХ
ПОДЪЕМНЫХ КОМПЛЕКСОВ
В роботі викладено практичний аналіз похибки в мобільних інформаційно-
вимірювальних системах шахтних підйомних комплексів на основі досвіду
ІГТМ НАН України.
TO A PROBLEM OF ANALYSIS OF INACCURACY OF A MOBILE
INFORMATIONAL - MEASURING SYSTEM OF MINE
ELEVATING COMPLEXES
In operation the practical analysis of inaccuracy in a mobile informational - meas-
uring system of mine elevating complexes is explained on the basis of expertise
IGTM NAS of Ukraine.
Известно, что методика исследования процесса динамического взаимодей-
ствия подъемного сосуда с жесткой армировкой сложна [1,2].Натурные измере-
ния – единственный способ получения количественной информации о величи-
нах ускорений или усилий, характеризующих происходящие в шахтном стволе
динамические взаимодействия подъемного сосуда с жесткой армировкой. Учи-
тывая, что уменьшение погрешности мобильных информационно-
измерительных системных комплексов (МИИСК) шахтных подъемных устано-
вок на каждые 0,5% достигается понижением быстродействия и чувствительно-
сти, уменьшением диапазона и надежности (в силу своей сложности чаще вы-
ходит из строя), большей стоимостью. Поэтому, большим тормозом является
замена анализа погрешностей ссылкой на «запас» на случай «наихудшего сте-
чения обстоятельств». В данной работе дается попытка разобраться в этом во-
просе, используя двенадцатилетний опыт ИГТМ НАН Украины (ИГТМ).
В основе используемых ИГТМ экспериментальных методов лежит закон
больших чисел, согласно которому при большом количестве опытов вероятно-
сти событий могут быть заменены соответствующими частотами, а математи-
ческие ожидания – их средними арифметическими значениями. Однако в шахт-
ной практике определение характеристик процессов проводится по результатам
небольшого количества опытов, но применяются те же формулы, которые при-
меняются при большом количестве опытов [3, 4]. Возникает дополнительная
задача оценки точности получаемых из натурного эксперимента характеристик
и сравнение ее с потенциально возможным (предельным) МИИСК. При этом в
качестве показателей, характеризующих точность, используются: смещение,
дисперсии и корреляционные функции оценок.
Определение погрешности каналов МИИСК, как правило, сводится к опреде-
лению суммарного действия погрешностей всех его преобразователей. В метроло-
гии известны два класса преобразователей: прямого и уравновешивающего дейст-
Выпуск № 59 102
вия. В шахтной практике в основном используются прямые преобразователи из-за
своей простоты, имеющие большую надежность, меньшую стоимость и высокое
быстродействие датчика, хотя обладающие более низким к.п.д. по сравнению с
уравновешивающими. Тем не менее, для решаемых нами задач указанные преоб-
разователи обеспечивают необходимую точность до 1%. Известно, что измери-
тельные цепи прямого преобразования делятся на две группы: генераторные и па-
раметрические. За редким исключением, в МИИСК в основном применяются па-
раметрические преобразователи, причем все три существующих вида их цепей:
последовательного включения, в виде делителей и в виде неравновесных мостов.
Простейшим параметрическим преобразователем является последовательный дат-
чик с относительной чувствительностью ∆R/R где ∆R - приращение сопротивле-
ния датчика под воздействием полезного сигнала, а R - сопротивление датчика,
при этом напряжение питания датчика Е ограничено допустимой мощностью рас-
сеивания, из-за превышением которой следует перегрев и выход из строя датчика.
Поэтому, с соблюдением условий согласования, напряжение на датчике примерно
равно 3/4E. Основным недостатком системы является большая погрешность ли-
нейности его характеристики. Изменения представляют собой участок гиперболы.
Недостаток может быть исправлен различными методами, но в основном за счет
бортового компьютера МИИСК.
Параметрический преобразователь в виде делителя напряжения имеет
большие возможности, чем цепь последовательного включения, т. к. парамет-
рический преобразователь может быть включен как в одно, так и другое элек-
трическое плечо, т. е. позволяет использовать как прямую, так и обратную ги-
перболу характеристики датчика. Кроме того, возможно дифференциальное
подключение, когда используются обе половины преобразователя, причем вто-
рое плечо в этом случае получает приращение сопротивления обратного знака.
Таким образом выполнено, например, подключение датчиков типа МП-95 в
МИИСК «МАК-1», чем обеспечивается полная линейность функции преобра-
зования датчика МП-95. Основным недостатком вышеперечисленных преобра-
зователей является индивидуальная аддитивная помеха (смещение нуля), легко
устранимая бортовым компьютером МИИСК.
Основная идея построения параметрических преобразователей в виде не-
равновесных мостов состоит в исходной компенсации аддитивной помехи сме-
щения нуля. Из теории электрических мостовых схем известно, что чувстви-
тельность моста растет как с числом рабочих плеч, так и при увеличении на-
пряжения источника питания моста. Однако, повышение напряжения питания
ограничено предельно допустимым значением мощности рассеяния используе-
мых преобразователей. Определяющим параметром чувствительности неравно-
весного моста является мощность. Удвоение относительной чувствительности
можно обеспечить путем соответствующего учетверения его мощности. Суще-
ствуют оптимальные (для достижения максимальной чувствительности) соот-
ношения в неравновесных паралельно-симметрических мостах постоянного то-
ка, которые технически ограничены рядом коэффициентов (1/16, 1/12, 1/8 и
1/4), различающихся не более, чем в четыре раза. По вышеперечисленным при-
"Геотехническая механика" 103
чинам использование мостовых преобразователей в МИСК более проблематич-
но и не всегда оправдано.
Функционально-структурная схема МИИСК разработана таким образом, что
структурные подсхемы этих цепей практически подобны. Поэтому также по-
добными являются и описывающие их математические модели. На наш взгляд
это очень удобно при анализе, когда получаемые выражения остаются справед-
ливыми для электрических цепей совершенно разной физической природы и
принципа действия рассматриваемого датчика или прибора. Основным прин-
ципом эффективного МИИСК является принцип согласования импедансов
(комплексных сопротивлений), т.е. выходной импеданс датчика должен быть
согласован с входным импедансом МИИСК. Однако в шахтных условиях не-
редко от условия согласования приходится отказываться ради упрощения прак-
тических методов эксплуатации МИИСК. Как правило, находится компромисс
между понижением абсолютной чувствительности МИИСК за счет отступления
условий согласования и, естественно, возрастания остальных погрешностей пу-
тем нахождения приемлемого минимума результирующей погрешности. Так
как МИИСК представляет собой одновременно канал приема, преобразования и
передачи информации, необходимо корректно использовать известный в тео-
рии информации негэнтропийный принцип Бриллюэна (обозначающий понятие
«меры упорядочности» – определение численного значения точности, как от-
ношение значения измеряемой величины к достигнутому интервалу неопреде-
ленности) для отыскания оптимальных соотношений эксплуатационных, тех-
нических и экономических параметров каждого из входящих в его состав пре-
образователей.
Рассмотрим работу параметрического преобразователя. Его характерной
особенностью является то, что его э. д. с. постоянно и принадлежит внешнему
источнику напряжения, а функция измеряемой величины ±Х является прираще-
нием ± ∆R внутреннего сопротивления преобразователя с начальным значением
сопротивления R0 (при Х =0).
Теоретически удобно рассматривать раздельно два режима:
1. Режим покоя (возбуждения), когда ±R =0
2. Режим полезного сигнала, когда под действием входной величины Х про-
исходит отклонение от режима покоя вследствие изменения R на ±∆ R.
Такие зависимости можно получить, например, с помощью теоремы Миль-
штейна об эквивалентном генераторе. Удобство применения теоремы Миль-
штейна в том, что ее применение позволяет раздельно рассчитывать режим по-
коя и режим полезного сигнала.
Следует принимать во внимание методические погрешности, погрешности
от нестабильности объекта измерения, отсчета показаний, обработки результа-
тов и т.д. Например, использование на выходе преобразователя (датчика) не той
физической величины которая требуется в шахтном эксперименте, а которая
отражает требуемую лишь приблизительно, но проще реализуемую (методиче-
ская погрешность), в значительной мере устраняется применением более точно-
го (чувствительного) преобразователя (датчика). Аналогичным способом уст-
Выпуск № 59 104
раняется и инструментальная погрешность МИИСК. Следует также учитывать,
что чувствительность каждого преобразователя постоянна (функция его преоб-
разования строго линейна) только на определенном участке рабочей характери-
стики, ограниченном пределом преобразования и порогом чувствительности
датчика (прибора). На практике возникает и обратная задача, т. е. подавление
чувствительности преобразователя от мешающих шахтных факторов. Задача
технически решается относительно легко, пока погрешности составляют 10-
15% и очень проблематично, когда уже требуется 0,5-2,0%. В общем, трудности
решения такой задачи заключаются в том, что все составляющие погрешности
должны рассматриваться, как случайные величины, принимающие в каждой
частной реализации самые различные значения. По теории вероятности они мо-
гут быть описаны целым рядом законов распределения, а их совместное дейст-
вие – соответствующими многомерными законами распределения. Причем,
особенность законов распределения таких случайных величин, как погреш-
ность приборов и датчиков МИИСК, состоит в большом разнообразии. Резуль-
тирующая погрешность складывается из ряда составляющих, а при сложении
погрешностей результирующий закон их распределения существенно деформи-
руются. Поэтому закон распределения суммы даже двух погрешностей может
резко отличаться от законов распределения составляющих. Закон распределе-
ния Р(х) = Р(х1+х2) суммы двух независимых случайных величин, имеющих
распределение Р1(х) и Р2(х), называется композицией [5] и выражается:
Р(х)= dzzxPzP )()(1 −∫
−∞
∞+
В такой постановке эта задача нахождения закона распределения погрешно-
стей МИИСК неразрешима если число составляющих погрешностей более трех.
Поэтому задачу мы видим в том, чтобы подобрать для характеристики состав-
ляющих такие числовые оценки, оперируя которыми можно было бы найти со-
ответствующие числовые оценки результирующей погрешности без определе-
ния многомерных или результирующих одномерных законов распределения
измеряемых параметров как, например, выполнено в работе [6]. Многолетняя
шахтная практика выявила, что при этом необходимо учитывать следующие
факторы:
1. Числовые характеристики законов распределения часто изменяются по
диапазону измеряемого параметра.
2. Составляющие погрешностей часто коррелированны между собой.
3. Законы распределения резко деформируются при суммировании погреш-
ностей.
Первый фактор разрешим путем раздельного рассмотрения аддитивных и
мультипликативных погрешностей [7].
Второй фактор учитывается путем использования среднеквадратического
значения и коэффициентов взаимной корреляции линейных ускорений или уси-
"Геотехническая механика" 105
лий следующим образом:
– если коэффициент корреляции меньше 0,7, то погрешности суммируются
обычным способом без учета их знаков (геометрически);
– если коэффициент корреляции больше 0,7, то погрешности суммируются с
учетом их знаков (алгебраически).
Это правило распространяется как на случайные, так и на систематические
погрешности МИИСК, возникающие от случайно изменяющихся факторов в
шахтном стволе или специальной лаборатории.
Третий фактор, к сожалению, не может быть учтен использованием оценки
погрешности, так как она не отражает деформацию формы законов распределе-
ния. Вопрос выходит за рамки классической теории вероятности, требуя при-
влечения приемов и методов теории информации. В настоящее время в
МИИСК третий фактор не учитывается, а является перспективным направлени-
ем дальнейших исследований.
Выводы.
1. Применение предлагаемого подхода обеспечит переход процесса оценки
погрешности МИИСК на новый уровень путем анализа погрешностей без ссыл-
ки на «запас» на случай «наихудшего стечения обстоятельств».
2. Накопленный опыт по использованию МИИСК свидетельствует о том,
что предлагаемый подход является необходимым и достаточным условием со-
стояния надежного геомониторинга горных выработок и разрушения горных
пород с их применением.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Н.Г. Гаркуша, В.И. Дворников, В.К. Куриленко Моделирование параметрической системы сосуд-
армировка вертикального ствола шахты // Горная электромеханика иавтоматика. – Харьков, 1973. – Вып. 23. –
С. 47-53.
2. С.Р. Ильин, В.В. Лопатин Критерии оценки динамических режимов взаимодействия подъемных сосудов
с проводниками жесткой армировки шахтных стволов// Системные технологии: Региональный межвуз. сб. науч.
тр.: - Днепропетровск, 2000. –Вып.1(9) С.43-48.
3. В.В. Лопатин Математическая модель сигнала при контроле плавности движения подъемного сосуда в
проводниках жесткой армировки // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. трудов/ НАН Украины ИГТМ:
–Днепропетровск, 1999. –Вып.11. – С. 348-351.
4. В.В. Лопатин Вопросы адекватного сопряжения в мобильных информационно-измерительных системах
шахтных подъемных комплексов и горных выработок // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. трудов/
НАН Украины ИГТМ: – Днепропетровск, 2005. – Вып. 55. – С. 45-51.
5. У. Мезон Пьезоэлектрические кристаллы и их применение в ультраакустике/ М. Изд-во иностр. лит,
1952. – 448 с.
6. В.В. Лопатин Квантование ударных импульсов взаимодействия подъемного сосуда с армировкой по
уровню и методика оценки квантования // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. трудов/ НАН Украины
ИГТМ: - Днепропетровск, 2004. –Вып. 50. – С. 45-49.
7. В.В. Лопатин Анализ динамических погрешностей мобильных информационно-измерительных систем
для шахтных подъемных комплексов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. трудов/ НАН Украины
ИГТМ: – Днепропетровск, 2005. –Вып.58. – С 45-52.
|