Введення
Однією з найбільш важливих проблем, що виникають при створенні та експлуатації суднових технічних систем, є забезпечення необхідної якості і надійності управління в умовах збурюючих факторів, до яких відносяться зміни параметрів регульованого процесу і середовища функціонування системи.
Для управління складними динамічними об'єктами використовуються методи і технології штучного інтелекту як засобу боротьби з невизначеністю зовнішньої середовища.
Бурхливий розвиток інтегральної схемотехніки призвело до створення принципово нових вимірювальних перетворювачів-інтелектуальних датчиків, що містять в одному корпусі перетворювач і мікропроцесор, що дозволяє виконувати основні операції по перетворенню і підвищенню достовірності вимірювальної інформації в місці її виникнення.
Використання інтелектуальних датчиків (ІД) дає можливість по-новому підійти до розподілу функцій між основними елементами систем контролю та управління, зокрема звільнити центральний процесор від необхідності обробки великих обсягів первинної інформації.
ВД дозволяє забезпечити виконання відповідних функцій, що підвищують інформативність вихідного сигналу, формування потоку даних з необхідною достовірністю на основі аналізу досить великого числа результатів окремих, відносно недостовірних вимірників.
ИД являє собою сукупність апаратних і програмних засобів, забезпечують відображення властивостей об'єкта контролю або управління у вигляді деякої структури даних, формованих в результаті обробки вихідного сигналу вимірювального перетворювача за певним алгоритмом.
Можна дати наступне визначення інтелектуального датчика: це датчик, що володіє здатністю автоматичної адаптації до джерела сигналу і навколишнього середовища, а також здатністю контролювати свої функції, коригувати помилки вимірювань.
Інтелектуальний датчик являє собою електронний пристрій, засноване на об'єднанні чутливих елементів, схем перетворення сигналів і засобів мікропроцесорної техніки.
Використання мікропроцесорів і однокристальних мікро-ЕОМ безпосередньо в складі датчиків забезпечує можливість поліпшення метрологічних та експлуатаційних характеристик.
Одним з основних принципів інтелектуального підходу до створення виконавчих механізмів нового покоління полягає в перенесенні функціонального навантаження від механічних вузлів до інтелектуальних (електронним, комп'ютерним і інформаційним) компонентам, які легко перепрограмує під нові завдання.
Для реалізації інтелектуальних ІМ використовуються чотири основних функціональних блоку:
• інформаційно-електричний функціональний перетворювач (ФП), що включає в себе контролер управління рухом і силовий електричний перетворювач;
• електромеханічний ФП, включає в себе електродвигун і механічне передавальне пристрій;
• електро-інформаційний ФП, що стоїть в лінії зворотного зв'язку ІМ і включає в себе датчики напруги і струму силового перетворювача;
• механіко-інформаційний ФП, що стоїть в лінії зворотного зв'язку ІМ і включає в себе датчики переміщення, частоти обертання, моменту, сили.
З вище сказаного випливає, що при використанні нових технологій і методів обробки сигналів на добре відомих принципах виміру створюються датчики зі значно кращими властивостями.
Розділ 1. Поняття інтелектуального датчика. Принцип роботи. Вимоги PC до інтелектуальним датчикам
1.1 Поняття про інтелектуальні датчиках
Новітні засоби мікроелектроніки дозволили крім вимірювальних і підлаштування елементів інтегрувати в датчики аналого-цифрові перетворювачі та мікропроцесори, по-новому підійшовши до проблеми розподілу функцій між елементами систем контролю і управління.
Об'єднання цифрових схем і мікропроцесорів в одному пристрої дозволяє проводити не тільки посилення і корекцію, але і частина обробки інформації в самому датчику.
Такі інтегральні датчики можуть не тільки контролювати вимірювані величини, але і здійснювати їх оцінку, корекцію за певними критеріями, контролювати свої власні характеристики, працювати в режимі діалогу з центральною системою управління, приймати команди, передавати обмірювані значення в цифровій формі, а також аварійні повідомлення.
На відміну від інтегральних датчиків, в яких на базі нових технологій здійснюється об'єднання чутливих елементів зі схемами їх включення, а також лінеаризація характеристик і термокомпенсация, датчики з вбудованими обчислювальними засобами прийнято називати інтелектуальними, враховуючи різноманіття їх функцій, можливості самоконтролю і двостороннього обміну інформацією з системою управління.
Інтелектуальний датчик в силу особливостей своєї структури і розширених функціональних можливостей дозволяє забезпечити або виконання відповідних функцій, підвищують інформативність вихідного сигналу до необхідного рівня, або формування потоку даних з необхідною достовірністю на основі аналізу досить великого кількості результатів окремих, відносно недостовірних вимірювань. В Внаслідок реальні метрологічні характеристики інтелектуальних ІП виявляються суттєво вище характеристик датчиків в традиційному виконанні. Це пов'язано з тим, що інтелектуальний датчик (ВД) є не просто датчиком, а являє собою сукупність апаратних і програмних засобів, забезпечують відображення властивостей об'єкта у вигляді деякої структури даних, формованих у результаті обробки вихідного сигналу первинного чутливого елемента за певним алгоритмом.
Приміщення технічних засобів обробки інформації безпосередньо до датчика логічно виправдано тим, що кожен крок обробки вимірювального сигналу далеко від об'єкта вимірювання пов'язаний зі збільшенням похибки вимірювання. У даному випадку доречно зауважити, що, інтелектуальний датчик має можливість узгодження вимірювального тракту з джерелом сигналу по чутливості, динамічному діапазону, вибірковості і придушенню перешкод різного виду. Він адаптує свої параметри до зовнішніх чинників і умов, забезпечує автоматичний самоконтроль функціонування, здійснює операції юстирування і тарування, проводить корекцію похибок.
В автоматичних системах управління і контролю інтелектуальні датчики виконують такі основні функціональні завдання:
-перетворення вхідного сигналу в сигнал необхідного виду з відтворної функціональної зв'язком між ними;
-перетворення отриманого сигналу в форму, що забезпечує перешкодозахищеність передачу до пристрою обробки даних по каналу зв'язку;
-виборчу реєстрацію та попередню обробку вихідного сигналу;
-придушення істотних для вирішення даної задачі перешкод (збурюючих впливів);
-реагування на умови, що змінюються в точках контролю;
-забезпечення і контроль власного функціонування.
Ці завдання зумовлюють ті інтелектуальні властивості, якими повинен володіти датчик, а саме: -Здатність до самонастроювання, тобто зміни чутливості і динамічних характеристик у відповідності з діапазоном та швидкістю зміни вихідної величини, а також придушення перешкод;-адаптивність до умов навколишнього середовища;
Здатність датчика або системи датчиків до самодіагностикою, включаючи корекцію помилок. Виходячи з цього можна дати наступне визначення інтелектуального датчика-це датчик, що володіє здатністю автоматичної адаптації до джерела сигналу і навколишньому середовищу, а також здатністю контролювати свої функції, коригувати помилки вимірювань, і представляє собою електронне пристрій, заснований на об'єднанні чутливих елементів, схем перетворення сигналів і засобів мікропроцесорної техніки В».
Інтелектуальний датчик являє конструктивно об'єднану сукупність ІП та електронного комп'ютера, розміщену в зоні дії вимірюваних величин, сприймаючу укладену в об'єкті інформацію про розмір цих величин, що забезпечує автоматичне узгодження власних параметрів з параметрами вимірюваних величин...
