Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



І студентська науково-технічна конференція “приладобудування

І студентська науково-технічна конференція “приладобудування




Сторінка1/9
Дата конвертації13.04.2017
Розмір1.67 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9

І студентська науково-технічна конференція “ПРИЛАДОБУДУВАННЯ:

стан і перспективи”, 23 квітня 2008 року, НТУУ “КПІ”, м. Київ, Україна


М і н і с т е р с т в о о с в і т и і н а у к и У к р а ї н и
Національний технічний університет України

Київський політехнічний інститут”


П Р И Л А Д О Б У Д І В Н И Й Ф А К У Л Ь Т Е Т


Перша студентська

науково-технічна

конференція

“ПРИЛАДОБУДУВАННЯ:

стан і перспективи”



Присвячена 110-річчю НТУУ "КПІ"
Тези доповідей

23 квітня 2008 р.

м. Київ, Україна

КИЇВ 2008


СЕКЦІЯ 1


ТЕОРІЯ ТА ПРАКТИКА НАВІГАЦІЙНИХ ПРИЛАДІВ І СИСТЕМ

УДК 624.131.1


ОСОБЛИВОСТІ ОБРОБКИ НЕСТАЦІОНАРНИХ СИГНАЛІВ
Палійчук Д.В. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», м. Київ, Україна
В сьогоденному розвитку науки та техніки значну увагу приділено цифровій обробці сигналу. Одним із відомих методів цифрової обробки сигналу є перетворення Фур’є (ПФ).
Цифрова обробка сигналів (ЦОС - англ. digital signal processing, DSP) - перетворення сигналів, представлених у цифровій формі.
Якщо при аналізі сигналу в частотній області провести його зворотне перетворення, можна відмітити такі недоліки розкладання сигналу в ряд Фур’є:

1. Особливості сигналів, пов’язані з розривами (стрибками), гострими піками, викликають незначні зміни їх частотного образу, що робить неможливим виявлення цих особливостей при спектральному аналізі.

2. ПФ відображає глобальні відомості про частоти досліджуваного сигналу, оскільки базисні функції перетворення визначені лише на безкінечному часовому інтервалі.

ПФ не дає уявлення про локальні властивості сигналу при швидких часових змінах його спектрального складу. Так, наприклад, ПФ не розрізняє сигнал суми двох синусоїд, від сигналу з двома послідовними синусоїдами з тими же частотами. ПФ взагалі не має змоги аналізувати частотні характеристики сигналу в довільний момент часу.

Момент часу - точка на часовій осі. Про події, що відповідають одному моменту часу, говорять як про одночасні.
Частковим виходом з цієї ситуації є віконне перетворення Фур’є, при застосуванні якого замість однієї базисної функції береться декілька (вікна).

Але у випадку, коли потрібно зробити аналіз та обробку сигналів та функцій, нестаціонарних в часі або неоднорідних в просторі, коли результати аналізу повинні включати в себе не тільки загальну частотну характеристику сигналу (розподіл енергії сигналу в частотній області), але й відомості про визначення локальних координат, на яких проявляються ті чи інші групи частотних складових, або на яких виникають швидкі зміни частотних складових сигналу, краще використовувати вейвлетний аналіз. Він являє собою особливий тип лінійного перетворення сигналів та відображення цими сигналами фізичних даних про процес та фізичні властивості природних середовищ та об’єктів.

Ампліту́дно-часто́тна характери́стика (АЧХ) - графік залежності амплітуди вихідного сигналу передавача від частоти вхідного сигналу сталої амплітуди.
Лінійним відображенням (лінійним оператором, лінійним перетворенням) - називається відображення векторного простору V над полем K в векторний простір W (над тим же полем K )
Фіз́ичні власт́ивості - властивості будь якої речовини, які вона проявляє поза хімічною взаємодією: температура плавлення, температура кипіння, в'язкість, густина, розчинність, діелектрична проникність, теплоємність, теплопровідність, електропровідність, абсорбція, колір, концентрація, емісія, текучість, індуктивність, радіоактивність, гідрофільність і гідрофобність, теплота змочування та ін.

Порівняно з розкладанням сигналу в ряд Фур’є, вейвлети здатні з більш високою точністю представляти локальні особливості сигналу, навіть до розриву 1-го роду (стрибків). Особливо важливою є принципіальна здатність вейвлетів представляти нестаціонарні сигнали, які складаються, наприклад, з різних компонент, що діють на непересічних часових інтервалах, модульовані сигнали та інші. Подібні сигнали являються більш адекватними моделями процесів, які виникають в каналах зв’язку та пристроях їх обробки.

В докладі представлено результати обробки виміряних нестаціонарних сигналів за допомогою вейвлетного аналіза.

Ключові слова: перетворення Фур’є, локальні особливості сигналів, вейвлетний аналіз.
УДК 681.327

Програмне забезпечення для вейвлет-розкладання сигналу


Сопілка Ю.В., Шпічко О.В. Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут”, м. Київ, Україна
Програмне забезпечення для пакетного вейвлет-розкладання сигналу створене на Borland C Builder з використанням математичної бібліотеки С Matlab передбачає зчитування числових даних з файлу, вейвлет-розкладання завантаженого сигналу і побудову графіків всіх отриманих даних.

Вейвлет-розкладання сигналу на серію компонентів ефективно використовувати для аналізу сигналу, видалення шуму й стискання. Дискретне вейвлет-перетворення сигналу полягає в його розкладанні на апроксимуючі коефіцієнти і деталізуючі коефіцієнти . Для розкладання використовуються низькочастотний і високочастотний фільтри вейвлета. Розкладання проводиться за формулами:



де - низькочастотний фільтр розкладання і - високочастотний фільтр розкладання вейвлета.

Фі́льтр ни́зьких часто́т (англ. low-pass filter) - фільтр, який пропускає низькі частоти, та послаблює частоти, розташовані вище частоти відсікання фільтру (англ. cutoff frequency).
Якщо вихідний сигнал був довжини , то коефіцієнти розкладання і будуть мати довжину, у два рази меншу.

Зворотне вейвлет-перетворення (відновлення сигналу) відбувається з використанням фільтрів реконструкції:

де - низькочастотний фільтр відновлення, - високочастотний фільтр відновлення вейвлета.

При відновленні тільки по апроксимуючим коефіцієнтам , коли вважається, що , отримуємо низькочастотну компоненту сигналу . При відновленні тільки по коефіцієнтах, що деталізують, , коли вважається, що , отримуємо високочастотну компоненту сигналу .

Алгоритм пакетного вейвлст-разкладання одномірного сигналу запропонований Р. Койфманом і М. Вікерхаузером, як вдосконалення алгоритму Малла, полягає в послідовному застосуванні вейвлет-разкладання до отриманих коефіцієнтів розкладання. Система отриманих масивів називається деревом пакетного розкладання. Схема пакетного розкладання, глибини розкладання 3, зображена на рис.1.



Рисунок 1. Структура (дерево) пакетного вейвлет-розкладання сигналу.


Процес ”розщеплення” (splitting) дерева застосований як для низькочастотної, так і високочастотної компонент сигналу.

Ключові слова: вейвлети, програмування в середовищі C Builder, Matlab.

УДК 629.7.052


ДОСЛІДЖЕННЯ ПОХИБОК МІКРОМЕХАНІЧНОГО АКСЕЛЕРОМЕТРА
Солонець І.О., Мироненко П.С ., Національний технічний університет України ”Київський політехнічний інститут”, м. Київ, Україна
Мікромеханічні акселерометри в останній час отримали широке застосування при вирішенні численного кола задач. Їхні основні переваги це мала вага і розміри , низькі собівартість і енергоспоживання. Головним недоліком цих приладів є їх невисока точність і висока чутливість до зміни температури.

Головна увага в роботі приділяється дослідженню температурної похибки. Як базовий розглядається мікромеханічний компенсаційний акселерометр з ємнісним перетворювачем переміщень і магнітоелектричним перетворювачем сили.

Розроблена математична модель температурно збуреного акселерометра.

Математи́чна моде́ль - система математичних співвідношень, які описують досліджуваний процес або явище. Математична модель має важливе значення для таких наук, як: економіка, екологія, соціологія, фізика, хімія, механіка, інформатика, біологія та ін.
Розглядаються і оцінюються похибки окремих його вузлів і приладу в цілому.

На основі отриманих співвідношень подаються рекомендації щодо розробки алгоритмів корекції температурної похибки акселерометра.



Ключові слова: мікромеханічні системи , похибка акселерометра.
УДК 621.396.988.7
МОДЕЛЬ ІНТЕГРУВАННЯ БІНС НИЗЬКОГО КЛАСУ ТОЧНОСТІ З СУПУТНИКОВИМИ НАВІГАЦІЙНИМИ СИСТЕМАМИ
Возненко М.В.
Клас то́чності (рос. класс точности, англ. accuracy rating, accuracy class; нім. Genauigkeitsklasse, Meβgenauigkeitsklasse f, Toleranzgruppe f, Präzisionsklasse f, Genauigkeitsklasse f) - це узагальнена характеристика засобу вимірювальної техніки, що визначається границями його допустимих основних і додаткових похибок, а також іншими характеристиками, що впливають на його точність, значення яких регламентуються стандартами на окремі види засобів вимірювань.
, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», м. Київ, Україна
Висока вартість інерціальних приладів є основною перешкодою для використання їх в прецизійних навігаційних системах в цілому ряді прикладних областей. За останні роки стали доступними інерціальні пристрої нового типу з компактними, низкоточними чутливими елементами (датчики руху). Разючі успіхи в розвитку MEMS-технологій дозволяють створювати малогабаритні інтегровані БІНС прийнятної точності. Внаслідок своєї дешевизни, такі інтегровані системи знаходять широке коло застосувань – від автомобілебудування до безпілотних апаратів.

В інтегрованій супутнико-інерціальній навігаційній системі здебільшого використовуються ще магнітометри, як зовнішні датчики задля внесення в комплекс інформації про напрямок на північ. Оскільки особливістю дешевої інерцальної навігаційної системи є те, що мікромеханічні гіроскопи її інерціального вимірювального блоку не дозволяють вимірювати кутову швидкість обертання Землі, то реалізувати класичний алгоритм гірокомпасування на такому датчику неможливо.

Кутова́ шви́дкість - відношення зміни кута при обертанні до відрізку часу, за який ця зміна відбулася.
Оберта́ння Землі́ - процес переміщення точок «земної кулі» (геоїда) в просторі. Можна виділити два основні обертальні процеси: обертання навколо Сонця (якщо знехтувати розміром планети порівняно з відстанню до зірки та розглядати Землю як матеріальну точку) та обертання навколо своєї осі.

Як показує практика, використовувати модель похибок інерціального блоку (триад акселерометрів та мікромеханічних гіроскопів) на основі Ψ кута (кут між обчислювальною системою координат та уявною платформою) більш доцільно, ніж брати модель похибок Φ кута (кут між уявною платформою та істинною системою координат). У доповіді представлена математична модель комплексованої супутникової та інерцальної навігаційної системи з різними моделями похибок та імітація руху об’єкту з періодичною втратою супутникового сигналу. Модель може працювати, як у системі координат, зв’язаній з Землею, так і у навігаційній системі координат (широта, довгота та висота).

Система координат - спосіб задання точок простору за допомогою чисел. Кількість чисел, необхідних для однозначного визначення будь-якої точки простору, визначає його вимірність. Обов'язковим елементом системи координат є початок координат - точка, від якої ведеться відлік відстаней.

В доповіді представлені результати моделювання комплексованої системи при різних моделях похибок. Моделювання інтегрованої БІНС проводилось в середовищі MatLab із застосуванням пакету Simulink.


Ключові слова: моделі похибок низькоточної інтегрованої БІНС, MEMS технологія, моделювання в середовищі MatLab.

УДК 621.375


Электронный магнитный компас на базе магниторезистивных датчиков и прецизионного микроконтроллера MSC1200
И.Ю. Штурма, Национальный технический университет Украины

«Киевский политехнический институт», г. Киев, Украина
Электронные компасы находят свое применение в геодезии и системах навигации, как в качестве самостоятельных приборов, так и в составе более сложных систем (например, GPS). Их преимущество перед традиционными в отсутствии подвижных частей и, как следствие, высокой вибро- и ударопрочности, низкой инерционности; наличие развитого интерфейса. В качестве чувствительного элемента электронных компасов наибольшее распространение в настоящее время получили датчики на основе анизотропного магниторезистивного эффекта, что обусловлено их малыми массогабаритными характеристиками, высокой чувствительностью и удобством применения.

Целью работы является создание портативного электронного компаса для применения в геодезии. Основное требование, предъявляемое к разрабатываемому устройству – точность определения азимута не хуже 1º при наклонах корпуса прибора до 45º относительно горизонтального положения.

Работа устройства основана на измерении составляющих вектора напряженности магнитного поля Земли в направлениях трех взаимно перпендикулярных осей магниторезистивными датчиками типа HMC1002 (оси x, y) и типа HMC1001 (ось z) фирмы Honeywell. Производится также измерение наклонов плоскости платы компаса относительно горизонта при помощи двухосевого акселерометра типа LIS2L02 фирмы ST Microelectronics.

Для измерения сигналов датчиков и их последующей цифровой обработки используется прецизионная система сбора данных MSC1200 фирмы Texas Instruments, представляющая собой объединенные на одном кристалле 24-разрядный дельта-сигма АЦП и высокопроизводительное микроконтроллерное ядро типа 8051 с Flash-памятью до 8 Кб. Такое решение позволило уменьшить потребляемую мощность и габариты устройства, а также упростить трассировку печатной платы.

Процедура расчета азимута основывается на методе, изложенном в патенте США №7,086,164, и позволяет точно определять азимут независимо от наклонов прибора относительно горизонта.

Для проверки работоспособности устройства создан прототип на базе отладочного модуля MSC1200EVM, разработано программное обеспечение, позволяющие в среде LabVIEW отладить алгоритмы калибровки компаса и цифровой обработки результатов измерений. Испытания подтверждают достижение заданной точности определения направления.



Ключевые слова: электронный компас, MSC1200, магниторезистивный датчик, двухосевой акселерометр, геодезия, навигация
УДК 629.7.06
ДО ПИТАННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ СУМІСНОСТІ

БОРТОВИХ ПРИЛАДІВ КЕРУВАННЯ


Куліков І.П.
Електромагні́тна сумі́сність (ЕМС) - здатність радіоелектронних засобів і випромінювальних пристроїв одночасно функціонувати з обумовленою якістю в реальних умовах експлуатації з урахуванням впливу ненавмисних радіозавад і не створювати неприпустимих радіозавад іншим радіоелектронним засобам.
, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», м. Київ, Україна

Електромагнітна сумісність (ЕМС) - здатність технічних засобів працювати в реальній електромагнітній обстановці, не створюючи недопустимих перешкод. Електромагнітна сумісність порушується, якщо рівень перешкод занадто великий або завадостійкість обладнання не достатня. В цьому випадку можливі порушення в роботі комп’ютерів, видача помилкових команд в системах керування, навігації, що призводить до жахливих катастроф.

Проблема ЕМС бортових приладів виникає при проектуванні навігаційної системи літального апарату і призводить до ненадійної роботи бортових приладів.

При́лад (англ. device, apparatus, appliance; нім. Gerät n, Vorrichtung f, Einrichtung f) - технічна конструкція, що уможливлює виконання певного процесу і служить для визначених цілей (наприклад, для перетворення енергії, виконання певної механічної роботи, перетворення інформації), що має специфічну форму будови (часто є групою з'єднаних між собою частин, які утворюють функціональну цілісність) в залежності від виконуваних параметрів роботи та цільового призначення.
Літа́к (аероплан) - літальний апарат важчий за повітря для польотів в атмосфері за допомогою двигуна та нерухомих крил (крила). Літак здатний переміщатися з високою швидкістю, використовуючи підйомну силу крила.
Щоб уникнути виникнення похибок у показаннях приладів, чутливих до зовнішніх електромагнітних полів, при їх експлуатації необхідно мінімізувати вплив на них роботи іншого бортового обладнання, джерел та мереж живлення, радіоперешкод. Це можливо завдяки екрануванню приладів та врахуванню усіх можливих електромагнітних полів, шляхом вивчення роботи та електричних схем окремих приладів, кількісної оцінки ефективності екрана, використання перешкодоподавляючих елементів. Також, важливою частиною забезпечення ЕМС є вивчення впливу електромагнітного випромінювання на окремі прилади бортового обладнання.
Електри́чна схе́ма - це технічний документ, що містить у вигляді умовних графічних зображень чи позначень інформацію про будову виробу, його складові частини та взаємозв'язки між ними, дія якого ґрунтується на використанні електричної енергії.
Електрична мережа (мережа живлення, електромережа) - взаємозв'язана мережа, призначена для постачання та розподілу електричної енергії від постачальників до кінцевих споживачів. Вона складається з генеруючих станцій, високовольтних ліній електропередач та розподільчих ліній, які доставляють енергію до розподільчих пристроїв підстанцій, ввідних пристроїв, ввідно-розподільчих пристроїв, та головних розподільчих щитів.
Електромагн́ітне випром́інювання (англ. electromagnetic radiation) - взаємопов'язані коливання електричного (Е) i магнітного (B) полів, що утворюють електромагнітне поле а також, процес утворення вільного електро-магнітного поля при нерівномірному русі та взаємодії електричних зарядів.
Досліджуються методи екранування низько- та високочастотного випромінювання, використання фільтрів. Дані роботи виконуються сумісно з заводом «Авіант». Для аналітичних досліджень використано методи та дані випробування бортового обладнання заводу «Авіант».


Ключові слова: електромагнітна сумісність, бортові прилади.

УДК 621.375


МОДЕЛЮВАННЯ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ПІДВІСУ МАЯТНИКОВОГО МІКРОАКСЕЛЕРОМЕТРА
Гудований О.І.
Напружено-деформо́ваний стан - сукупність внутрішніх напружень і деформацій конструкції або її елементу, що виникають при дії на неї зовнішніх навантажень, температурних полів чи інших факторів. Напружено-деформований стан визначається розрахунковими та експериментальними методами у вигляді розподілу напружень, деформацій і переміщень в конструкції і є базою для оцінки статичної міцності і ресурсу конструкцій на всіх етапах їх життєвого циклу.
, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, м. Київ, Україна

В роботі наведені результати дослідження впливу геометричних параметрів та маси пружного підвісу мікро акселерометра на головні форми та частоти його вільних коливань.

При дослідженні динаміки мікроакселерометрів вважають, що впливом маси пружних елементів підвісу на частоти власних коливань можна знехтувати. Однак у випадку використання вторинних перетворювачів на поверхневих акустичних хвилях маса підвісу може складати близько 20% маси інерційного вантажу і суттєво впливати на чутливість вторинного перетворювача та динамічні властивості приладу.

Проаналізована залежність похибки визначення чутливості від співвідношення мас інерційного вантажу та підвісу. Показано, за умови масу підвісу можна не враховувати, тобто полегшити розрахунки основних параметрів чутливого елементу (ЧЕ) акселерометра.

Проведено моделювання напружено – деформованого стану елементів конструкції під дією прискорення та розрахунок власних частот коливань ЧЕ за використанням програмних пакетів, що реалізують метод скінчених елементів.

Пакет програмного забезпечення (англ. software package - набір програм, призначених для розв'язання задач певного класу. Можуть випускатись як одним розробником, так і різними розробниками.
При побудові скінченої елементної моделі розбиття ЧЕ проводилося гексагональними 8–ми вузловими скінченими елементами з лінійною апроксимацією сторін (рис. 1). Загальна кількість елементів 942. Специфіка розбиття обумовлена суттєвою різницею у висотах підвісу та інерційної маси, тому модель має явно виражений тонкий прошарок та два різні за розмірами (в співвідношенні 0,15) елементи. Для моделювання дії прискорення до вузлів скінченої елементної сітки прикладалося розподілене навантаження, що імітує лінійне прискорення . Формування граничних умов здійснюється шляхом закріплення по 8–ми степенях вільності вузлів скінчено – елементної сітки, які належать до лівого торця поверхні підвісу.

Одержані значення власних частот перших 3–х нижчих форм згинних коливань у площині , Величини частот для вибраних геометричних розмірів дорівнюють відповідно Гц, Гц, Гц.
Ключові слова: мікроакселерометр, частота власних коливань, пружний підвіс, напружено-деформований стан.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9



  • “ПРИЛАДОБУДУВАННЯ
  • СЕКЦІЯ 1