飛機(jī)電源性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的誤差分析與處理

為了驗(yàn)證飛機(jī)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造是否滿足給定的要求，必須對(duì)其供電品質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)試[1] 。南京航空航天大學(xué)航空電源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制了基于VXI總線的飛機(jī)電源性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能進(jìn)行實(shí)時(shí)、高精度的多路信號(hào)測(cè)量，研制工作中，本人參與組建、調(diào)試了硬件系統(tǒng)、編制了軟件處理程序、對(duì)系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差進(jìn)行了分析與處理，最終使該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、精度高，可滿足飛機(jī)電源系統(tǒng)的測(cè)量工作，能為飛機(jī)電源的定型制造提供依據(jù)。本文重點(diǎn)介紹該測(cè)試系統(tǒng)的誤差分析與處理。

　　1 飛機(jī)電源性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　飛機(jī)電源性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

　　本系統(tǒng)的精度取決于輸入輸出接口(調(diào)理電路)、A/D轉(zhuǎn)換器的精度、軟件處理精度，當(dāng)然，采樣頻率和采樣周期也是決定性因素之一。根據(jù)誤差的性質(zhì)和特點(diǎn)，一般將其分為粗大誤差、隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差3類。本文分別研究了該系統(tǒng)中的3類誤差處理方法。

　　2 粗大誤差的處理

　　本系統(tǒng)中粗大誤差的出現(xiàn)可能源于飛機(jī)電源系統(tǒng)中偶然出現(xiàn)的毛刺，它的存在大大影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性.我們采用一階差分方程

　　xt′=xt-1+(xt-1-xt-2) 式中為xt′為t時(shí)刻的預(yù)測(cè)值;xt-1為t時(shí)刻前1個(gè)采樣點(diǎn)的值;xt-2為t時(shí)刻前2個(gè)采樣點(diǎn)的值。

　　由式(1)可知，t時(shí)刻的值可以用xt-1和xt-2時(shí)刻的取值來(lái)推算。當(dāng)數(shù)據(jù)采樣頻率比物理量變化的最高頻率大得多時(shí)，這種預(yù)測(cè)方法有足夠的精度。我們用t時(shí)刻的預(yù)測(cè)值和t時(shí)刻的實(shí)際數(shù)據(jù)值進(jìn)行比較，然后來(lái)判斷t時(shí)刻的實(shí)際數(shù)據(jù)值是否為奇異項(xiàng)。其判斷的準(zhǔn)則是.給定一個(gè)誤差窗口W，若t時(shí)刻的實(shí)際數(shù)據(jù)為xt，當(dāng)|xt-xt′|>W時(shí)，則認(rèn)為此采樣值不符合正常變化規(guī)律，是奇異項(xiàng)。一般誤差窗口的大小要根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率和物理量的變化特性決定[2] 。

　　根據(jù)上述理論，編寫交、直流穩(wěn)態(tài)電壓和電流測(cè)量數(shù)據(jù)奇異項(xiàng)的檢出程序。設(shè)定相對(duì)誤差為10%，用差分方程計(jì)算出某點(diǎn)的預(yù)測(cè)值與該點(diǎn)實(shí)際采樣值比較，若相對(duì)誤差大于10%，則該點(diǎn)為奇異項(xiàng)。檢出奇異項(xiàng)后就在該點(diǎn)位置上補(bǔ)上一個(gè)與預(yù)測(cè)值相等的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

　　3 克服隨機(jī)誤差的軟件處理方法

　　在實(shí)際的被測(cè)信號(hào)中，往往含有各種噪聲和干擾，它們來(lái)自被測(cè)信號(hào)本身、傳感器、電磁干擾或A/D變換器的量化效應(yīng)等，其振幅和相位隨時(shí)間的變化是不規(guī)則的，因此它們對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響屬于隨機(jī)誤差的范疇。這里利用微處理器功能，對(duì)測(cè)量的結(jié)果采用一定的軟件處理方法，可以減小測(cè)量中的隨機(jī)誤差。對(duì)于某被測(cè)量n次獨(dú)立的、無(wú)系統(tǒng)誤差的等精密度測(cè)量，得到n個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)x1，x2，…,xn，則被測(cè)量最可能的估計(jì)值為全部測(cè)量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值，這稱之為算術(shù)平均值原理，即

按算術(shù)平均值原理等精密度重復(fù)測(cè)量可使隨機(jī)誤差對(duì)最后結(jié)果的影響減小到最低限度。

　　本系統(tǒng)在計(jì)算電壓、電流有效值、諧波含量、電壓調(diào)制參數(shù)時(shí)，皆盡量提高采樣頻率、增加測(cè)試周期，盡可能地減小隨機(jī)誤差。