Единый портал инновационной деятельности Самарской области
АНКЕТА ИССЛЕДОВАНИЯ

Аппроксимационные методы и системы промышленных измерений, контроля, испытаний, диагностики

измерение; контроль; квазидетерминированные сигналы; параметры периодических сигналов; параметры двухполюсных электрических цепей; датчики

Рубрикатор ВИНИТИ

901, Метрология

Наименование базовой организации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет»
Количество организаций: 1

Научный руководитель

Мелентьев Владимир Сергеевич
доктор технических наук
профессор
Число монографий: 8
Число учебно-методических изданий: 16
Число научных работ в зарубежных издательствах: 2
Число статей в журналах ВАК: 45
Число патентов: 4

Аппроксимационные методы и системы промышленных измерений, контроля, испытаний, диагностики

Критические технологии

Нет

Длительность проведения исследования

более 5 лет

Аннотационное описание сущности

Для повышения эффективности жизненного цикла технических систем разрабатываются системы измерения и контроля параметров, испытаний и диагностики технических объектов. Проектом предусматривается создание новой единой методологии структурного синтеза и анализа аппроксимационных систем различного назначения, которая позволит обобщить принципы, методы и средства измерения, контроля и диагностики, основанные на определении информативных параметров по функциональной связи с параметрами модели, выбираемой на основе априорной информации об объекте исследования, и осуществлять их метрологический анализ. 
В настоящее время успешно развивается направление, связанное с разработкой и созданием измерительных систем, предполагающих включение математических моделей непосредственно в их рабочий контур. В рамках этого направления уже разработаны информационно-измерительные системы для анализа вероятностно-статистических характеристик случайных процессов и полей, определения состава и свойств веществ, идентификации, контроля, диагностики и прогнозирования состояния технических систем и объектов. Однако существует класс измерительных задач, связанных с определением характеристик квазидетерминированных сигналов, для решения которых данное направление не нашло широкого применения. Такие задачи характерны для оперативного технического контроля и испытания оборудования и измерения параметров технологических процессов в промышленности, энергетике, транспорте. Привлечение априорной информации о форме сигнала позволит заменить интегральные преобразования арифметическими операциями с точечными оценками, а также обобщить известные методы, алгоритмы и средства измерения параметров квазидетерминированных сигналов и разрабатывать новые. 
Использование аппроксимационного подхода к данным измерительным задачам, с одной стороны, способствует эффективному их решению, с другой стороны, обеспечивает общеметодологическую платформу для унификации средств измерений и их метрологического анализа.
Проводится теоретическое обобщение и разрабатываются новые методы, алгоритмы, аппаратные и программные средства, основанные на принципах аппроксимации исследуемых зависимостей и их функциональных характеристик аналитическими моделями. Разрабатываются методологические основы синтеза систем измерения параметров квазидетерминированных сигналов. Обосновывается концепция метрологического анализа аппроксимационных методов и систем измерения параметров квазидетерминированных сигналов.
В рамках проекта предлагаются методы оперативного определения характеристик квазидетерминированных сигналов. Разрабатываются и исследуются новые методы метрологического анализа алгоритмов и систем. Отработка и апробация методологии производится на примерах аппроксимационных систем различного назначения.

Научная новизна исследования

1. Создание единой методологии структурного синтеза и анализа аппроксимационных систем различного назначения, которая позволяет обобщить принципы, методы и средства измерения, контроля и диагностики, основанные на определении информативных параметров по функциональной связи с параметрами модели, выбираемой на основе априорной информации об объекте исследования, и осуществлять их метрологический анализ.
2. Новые методы и средства определения интегральных характеристик по отдельным мгновенным значениям, не связанным с периодом входного сигнала, обеспечивающие время измерения значительно менее периода.
3. Новые методы и средства определения параметров одно-, двух- и трехэлементных двухполюсных электрических цепей по мгновенным значениям переходных процессов в измерительной цепи, обеспечивающие время измерения значительно меньше постоянной времени измерительной цепи.

Опубликованные результаты научного исследования

1. Мелентьев В.С., Батищев В.И. Аппроксимационные методы и системы измерения и контроля параметров периодических сигналов. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2011. – 240 с.
2. Мелентьев В.С., Батищев В.И. Аппроксимационные методы и средства измерения параметров двухполюсных электрических цепей. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012. – 200 с.
3. Батищев В.И., Мелентьев В.С. Аппроксимационные методы и системы промышленных измерений, контроля, испытаний, диагностики. - М.: Машиностроение-1, 2007. - 393 с.
4. Батищев В.И., Мелентьев В.С. Измерение параметров емкостных датчиков положения и перемещения. - М.: Машиностроение-1, 2005. - 124 с.
5. Melentiev V.S. Approximation methods of measuring the parameters of linear electric circuits // Measurement Techniques. - Springer New York, LCC. – V. 53, No.10. – 2011. pp 1169-1173.
6. Melentiev V.S., Batishchev V.I., Kamyshnikova A.N. An improvement in the methods used for the measurement of the integrated characteristics of harmonic signals // Measurement Techniques. - New York: Springer Science+Business Media. – V. 54, No.4. – 2011. - pp 407-411.
7. Мелентьев В.С. Новое в измерениях параметров емкостных датчиков по мгновенным значениям переходных процессов // Датчики и системы. – 2010. - №2. - С.26-29.

Сведения о наиболее близких исследованиях

Вопросы разработки аппроксимационных методов и алгоритмов, а также построения и анализа измерительных систем на их основе, в разное время исследовали коллективы под руководством В.Ф. Бахмутского (Бахмутский В.Ф., Бахмутский А.В., Котлик Б.А. Измерительно-моделирующие системы. - М.: ЦНИИТЭИприборостроения. - 1986. - Вып. 5), М.П. Цапенко (Цапенко М.П. Измерительные информационные системы: Структуры и алгоритмы, системотехническое проектирование. - М.: Энергоатомиздат, 1985), С.А. Прохорова (Прохоров С.А. Аппроксимативный анализ случайных процессов. 2-е изд., перераб. и доп. Самара: СНЦ РАН, 2001) и другие.
При многообразии и различии подходов, методов и технических решений, основанных на аппроксимационном подходе, существует ряд проблем, сдерживающих их дальнейшее развитие и внедрение. Эти проблемы, прежде всего, связаны с необоснованным противопоставлением детерминированных и стохастических, прямых и обратных измерительных задач, отсутствием теоретических и методологических основ синтеза и анализа систем, ориентированных на построение математических моделей исследуемых объектов, неформализуемостью процессов выбора моделей и критериев их соответствия моделируемым объектам, отсутствием единой концепции метрологического анализа.

Планируемые результаты и практическая значимость

1. Планируемые результаты:
- Научно-обоснованная методология сверхбыстрого анализа и идентификации процессов.
- Методы и системы сверхбыстрого анализа квазидетерминированных процессов.
- Теоретические основы оптимального выбора время-параметрических интервалов дискретизации процессов. 
- Базы данных для моделирования и анализа типовых процессов и объектов квазидетерминированного характера.
2. Практическая значимость:
- Научно-обоснованная методология сверхбыстрого анализа и идентификации процессов позволит решить проблему, связанную с отсутствием в настоящее время единого подхода к классификации, разработке методов и построению систем оперативного анализа и идентификации квазидетерминированных процессов.
- Прогностические методы решения задач, направленных на получение в предельно узком временном интервале достоверной информации по ограниченному числу точечных значений параметров процессов и связанных с ними объектов, и технические средства их реализации.
- Теоретические основы оптимального выбора время-параметрических интервалов дискретизации процессов обеспечат определение оптимальных моментов времени, в которые нужно выполнять измерение мгновенных значений величин исходя из требований по точности измерения параметров процессов.

Форма передачи и организация внедрения результатов исследования

1. Информационно-измерительная система электрических параметров силовых трансформаторов при приемо-сдаточных испытаниях. (Внедрена в ООО «Тольяттинский Трансформатор», г. Тольятти).
2. Система мониторинга диэлектрических параметров в процессе термовакуумной обработки активной части силовых трансформаторов. (Внедрена в ООО «Тольяттинский Трансформатор», г. Тольятти).
3. Информационно-измерительная система контроля электрических параметров гидроагрегата (Внедрена в Филиале ОАО «РусГидро» — «Жигулевская ГЭС»).
4. Информационно-измерительная система для контроля электрических параметров ОРУ 110, 220 и 500 кВ (Внедрена в Филиале ОАО «РусГидро» — «Жигулевская ГЭС»).

Финансирование работ со стороны федеральных целевых программ

Нет

Финансирование работ в рамках Постановление Правительства России от 9 апреля 2010 г. N 218

Нет

Финансирование работ в рамках грантов Российского фонда фундаментальных исследований

Наименование гранта: «Разработка методологических основ структурного синтеза и анализа аппроксимационных систем измерения и контроля параметров, испытаний и диагностики технических объектов в промышленности и энергетике» (грант РФФИ № 07-08-00468-а)

Год начала исполнения: 2007

Год окончания исполнения: 2009

Объем финансирования: 876000

Степень участия: головной исполнитель

Наименование гранта: «Разработка методологических основ анализа систем измерения, контроля параметров и диагностики технических объектов» (грант РФФИ № 08-08-00288-а)

Год начала исполнения: 2008

Год окончания исполнения: 2009

Объем финансирования: 576000

Степень участия: головной исполнитель

Наименование гранта: «Методология построения информационно-измерительных систем контроля параметров и испытаний энергообъектов и электротехнического оборудования» (грант РФФИ № 09-08-00459-а)

Год начала исполнения: 2009

Год окончания исполнения: 2010

Объем финансирования: 552000

Степень участия: головной исполнитель

Наименование гранта: «Методология синтеза и анализа оптимальных аппроксимационных методов и систем измерения параметров квазидетерминированных сигналов» (грант РФФИ № 11-08-00039-а)

Год начала исполнения: 2011

Год окончания исполнения: 2012

Объем финансирования: 855000

Степень участия: головной исполнитель

Наименование гранта: «Методология синтеза аппроксимационных методов и систем оперативного анализа и идентификации квазидетерминированных процессов в сложных технических системах» (грант РФФИ № 13-08-00173-а)

Год начала исполнения: 2013

Год окончания исполнения: 2015

Объем финансирования: 500000

Степень участия: головной исполнитель

Наименование гранта: «Методы анализа способов обработки аналитических сигналов и синтеза аппроксимационных систем определения их информативных параметров» (грант РФФИ № 13-08-00245-а)

Год начала исполнения: 2013

Год окончания исполнения: 2013

Объем финансирования: 360000

Степень участия: головной исполнитель

Финансирование работ по контрактам, договорам, грантам, не указанных (ФЦП, 218, РФФИ)

Заказчики исследований: Минобрнауки РФ.

Объем финансирования: 1250000

Связи по совместному развитию

ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет.

Потребности по привлечению компетенций

Экспериментальные исследования полученных результатов. Договор о сотрудничестве.

Общее кол-во научных работников

7

Количество научных работников имеющих степень доктора наук

4

Количество научных работников имеющих степень кандидата наук

3

Общее количество вспомогательного и обслуживающего персонала

4

Наименование темы и номер гранта ведущей научной школы РФ

Информационно-измерительная техника и технологии. 2 научных работника.

Потребность в научных работниках в ближайшие 3 года и их специализация

Информационно-измерительная техника и технологии. 2 научных работника.

Потребность во вспомогательном и обслуживающем персонале в ближайшие 3 года

0

Общее количество единиц научного и лабораторного оборудования, используемого в исследовании

18

Наиболее значимое научное и лабораторное оборудование

	- измеритель RLC LCR-816/RS;
	- универсальные измерительные преобразователи СП-Ф1500;
	- калибратор сигналов переменного тока МП8005;
	- цифровые осциллографы GDS-806S и GDS-6030;
	- мультиметры Agilent 34401A, APPA 203, ВУ-01;
	- отладочный модуль MSP-FET430P140 Flash Emulation Tool;
	- отладочный модуль F2812;
	- отладочный модуль прецизионного конвертора AduC7000 с ядром ARM7.

Количество средств вычислительной техники

8

Потребность в научном и лабораторном оборудовании с учетом прогноза развития исследования в ближайшие 3 года и плановой замены имеющегося оборудования

- универсальный калибратор Fluke 5080A;
- цифровой осциллограф Agilent Technologies DSO1024A.

Текущая потребность в средствах вычислительной техники

Персональные компьютеры X-game Intel Core i7 / 8Gb / SSD 2.5" 120Gb / GTX660 / DVD-RW (3 штуки).

Используемое специализированное лицензионное программное обеспечение

- программная среда Mathcad; - программа схемотехнического моделирования Multisim; - система автоматизированного проектирования AutoCAD; - табличный процессор Excel; - компиляторы msp430GCC, Image Craft C 430; - компилятор и отладчик Code Composer Studio 2000 DSK Tools; - компилятор, симулятор и отладчик с JTAG интерфейсом Keil` DKARM.

Текущая потребность в специализированном лицензионном программном обеспечении

- программа виртуального проектирования приборов и систем LabVIEW Professional Development System; - система автоматизированного проектирования электроники P-CAD.

Оценочная стоимость необходимого научного и лабораторного оборудования, средств вычислительной техники и программного обеспечения

1 150 000