border=0


border=0

Príprava a meranie

<== predchádzajúci článok | nasledujúci článok ==>

14.1 Plánovanie experimentu

Teória experimentálneho návrhu formuluje metódy a metódy pre optimálnu organizáciu experimentovania pri štúdiu objektov rôznej fyzickej povahy. Je to aplikovaná matematická veda založená na teórii pravdepodobnosti a matematickej štatistike. Vznik vedy experimentálneho dizajnu súvisí s menom anglického vedca R. Fishera, ktorého monografia bola prvýkrát uverejnená v tejto oblasti v roku 1935.

Experimentálne štúdie zahŕňajú rôzne formy empirických znalostí: pozorovanie, porovnávanie, kontrola, meranie .

Správne vybraný plán experimentu vám umožňuje :

· Vyberte najvýznamnejšie faktory ovplyvňujúce predmet štúdia a tým zrýchlite výskumný proces, znížte jeho náklady

· Vypracovať vedecky podložený výskumný program, ktorý poskytne spoľahlivé hodnotenie výsledkov experimentu a zároveň zníži náklady na jeho vykonávanie.

Experiment je prísna sekvencia vopred určených akcií, ktorá vedie k jednej alebo viacerým veličinám, ktoré predstavujú výsledok experimentu.

Experiment musí mať vlastnosť reprodukovateľnosti , opakovateľnosti. To znamená, že pri opakovaní pokusov by mali byť jeho výsledky podobné predchádzajúcim.

Účinnosť experimentu určuje pomer priaznivého účinku získaného v dôsledku experimentu a nákladov na jeho implementáciu.

Štruktúra plánovania experimentu by mala pokrývať tieto hlavné úlohy :

· Výber účelu experimentu,

· Výber vstupných údajov,

· Výber vybavenia,

· Uskutočnenie experimentu,

· Spracovanie výsledkov,

· Analýza výsledkov.

Úloha výberu cieľa experimentu je dôležitá a určuje všetky aspekty jeho plánovania.

Pre experiment, ktorý potrebujete :

· Mať predstavu o rozsahu, charakteristike nameranej hodnoty.

· Je opodstatnené zvoliť metódu merania, ktorá je najvhodnejšia na vyriešenie úlohy.

· Vyberte merací nástroj pre túto metódu.

· Premyslieť a vypracovať racionálny postup merania pre túto metódu a prostriedky.

· Posúdiť presnosť, s akou by sa mali merania robiť.

· Vedieť, aké chyby a čo môžu vzniknúť, hľadať spôsoby, ako zabrániť chybám.

Účelom experimentu môže byť nájsť odpoveď na konkrétnu otázku, posúdiť stav fyzického systému, študovať systém, ktorého správanie je určené mnohými faktormi.

Podľa charakteru účelu experimentu sa rozlišujú tieto odrody :

· Experiment na objasnenie mechanizmu javu, v ktorom je potrebné skúmať správanie sa predmetu ako celku. Napríklad pri štúdiu metrologických charakteristík senzora je potrebné zistiť závislosť výsledkov od vplyvu rôznych destabilizačných faktorov.

· Spresňovací experiment, keď sú špecifikované iba niektoré parametre matematického modelu, zatiaľ čo mechanizmus javu nie je známy.

· Uskutočňuje sa extrémny experiment s cieľom objasniť podmienky, za ktorých skúmaný objekt spĺňa určité kritérium optimality.

· Porovnávací experiment spočíva vo výbere z množstva možných predmetov, postupov alebo metód, ktoré poskytujú najlepší účinok. Napríklad porovnanie niekoľkých metód merania rovnakej hodnoty v danom rozsahu vonkajších podmienok.

· Vykonáva sa skríningový experiment s cieľom posúdiť význam nezávislých premenných pri štúdiu zložitých procesov a vylúčiť z úvahy tie z nich, ktorých vplyv na proces nie je významný.

· Vykonáva sa kontrolný experiment s cieľom posúdiť zhodu parametrov výrobku so špecifikovanými požiadavkami na tento výrobok.

Výber vstupných údajov spočíva v určení závislých a nezávislých premenných.

Závislé premenné sú tie, ktoré sa skúmajú, tvoria reakciu systému, t. výstupný parameter. Kvôli možnej heterogenite vstupných veličín sa zvyčajne nazývajú faktory . Oblasť možných alebo prípustných hodnôt faktorov sa nazýva oblasť definície . Doména definície dvoch nezávislých premenných - faktorov je súčasťou roviny. Táto oblasť sa nazýva dvojfaktorový priestor a experiment sa nazýva dvojfaktorový priestor . Analogicky môžu byť experimenty univariačné a multivariačné .

Plánovanie experimentov je proces, v ktorom:

· Stanoví sa postupnosť pokusov,

· Stanovuje sa počet a možné hodnoty (úrovne) nezávislých premenných, ktorých vplyv sa musí zohľadniť.

· Vyhodnocuje sa presnosť nastavenia nezávislých premenných, počet opakovaných experimentov a veľkosť vzorky experimentálnych údajov

· Vykoná sa výber experimentálnych podmienok potrebných na vyriešenie problému s požadovanou presnosťou.

Zároveň sa usilujú minimalizovať celkový počet experimentov a získať jednoduchý algoritmus spracovania informácií. Pri výbere zariadenia by sa nemalo usilovať o maximálnu presnosť. Presnosť použitých prístrojov musí zodpovedať požadovanej spoľahlivosti výsledkov. Matematické spracovanie výsledkov zvyšuje presnosť konečného výsledku. V procese analýzy výsledkov sa rozhodnutia prijímajú v súlade s cieľmi experimentu, zatiaľ čo používanie počítačov zohráva stále väčšiu úlohu.

Úloha výberu počtu nezávislých premenných môže byť formalizovaná iba s prihliadnutím na apriórne informácie určené skúsenosťami a intuíciou výskumného pracovníka. Plánovanie a vedenie experimentu, berúc do úvahy všetky ovplyvňujúce faktory, môžu viesť k neprimerane vysokým výdavkom času a peňazí pri ich nízkej účinnosti. Preto sú ekonomické a metrologické aspekty experimentov vo fáze plánovania rozhodujúce.

Spracovanie výsledkov sa spravidla vykonáva pomocou štatistických metód. Na základe analýzy spracovaných výsledkov sa dospelo k záveru, že cieľ experimentu je dosiahnutý.

V teórii experimentálneho návrhu akejkoľvek zložitosti je skutočný technologický objekt prezentovaný vo forme „čiernej skrinky“. V technickej kybernetike to znamená objekt, o ktorom sú známe iba vonkajšie vplyvy na jeho vstup a výstupná reakcia objektu, ale nie je známe, čo sa deje vo vnútri objektu. „Šedé políčko“ je objekt, ktorý pozná niektoré procesy prebiehajúce vo vnútri, nemá však o ňom úplné informácie.

Objekt je opísaný nasledujúcimi parametrami: X - vstupné faktory (riadené alebo nemerané); Y - výstupný parameter (môže byť kvalitatívny a kvantitatívny); C - faktor náhodnosti alebo narušenia, ktorý nie je vhodný pre kvalitatívnu a kvantitatívnu kontrolu. Náhodné poruchy sa nazývajú zvuky . Závislosť odozvy na pôsobiaci faktor sa nazýva funkcia odozvy . Pri štúdiu mechanizmu tohto javu sa snažia získať matematický model objektu . Môže odrážať objekt alebo proces a vo všeobecnosti je to systém algebraických alebo diferenciálnych rovníc spájajúcich výstupné premenné s regulovanými vstupnými premennými v rámci stanovených limitov. Zvyčajne sa usilujú získať najjednoduchší matematický opis procesu vrátane iba najvýznamnejších vstupných premenných. Na riešenie problému získania matematického modelu objektu sa používajú dva prístupy:

Deterministický prístup, ktorý spočíva v komplexnom štúdiu fyzikálno-chemického mechanizmu procesu a vlastností látok zapojených do procesu, v podrobnom štúdiu kinetiky častíc počas procesu, materiálu, energetickej bilancie atď. Takýto prístup je však zvyčajne veľmi komplikovaný a fyzikálne procesy sa vo všeobecnosti s týmto prístupom nedajú študovať. Teoretickými metódami je často nemožné brať do úvahy všetky rôzne faktory v reálnych procesoch, preto matematické modely získané teoreticky často strácajú svoju účinnosť, keď sa aplikujú na reálne objekty.

Experimentálny štatistický prístup založený na štatistickom spracovaní procesných údajov a na systéme rovníc predstavujúcich matematický model vo forme expanzie v Taylorovom rade (ak funkcia nemá nekonečné diskontinuity). V počiatočnej fáze sú procesné štúdie obvykle obmedzené na lineárny model. Ak sa takýto model ukáže ako neadekvátny, potom obsahuje termíny párovej interakcie, a ak je to potrebné, aj kvadratické výrazy. Prítomnosť náhodného šumu vedie k tomu, že rovnica vo forme expanzie v Taylorovom rade nedáva funkčnú, ale regresnú závislosť. Metódy zisťovania Taylorových koeficientov expanzie a ich štatistický odhad sú dôležitou úlohou teórie experimentálneho návrhu. Hlavným rysom experimentálneho štatistického modelu je, že takýto model nemôže absolútne presne opísať správanie sa predmetu v žiadnom konkrétnom experimente. V praxi inžinierskeho výskumu existujú dva hlavné spôsoby akumulácie počiatočného štatistického materiálu na následné získanie matematického modelu: pasívne a aktívne experimenty .

Pasívny experiment spočíva v pozorovaní a zaznamenávaní vstupných a výstupných procesných premenných bez aktívneho zásahu výskumného pracovníka v priebehu technologického procesu, bez toho, aby do neho zavádzal úmyselné rušenie.

Aktívny experiment spočíva v zaznamenávaní premenných procesu po zavedení úmyselných porúch. Uskutočňuje sa podľa primerane zostaveného programu nazývaného plánovacia matica , kde sú uvedené rozsahy variácií kontrolovaných technologických premenných potrebných pre výskumného pracovníka.

V skutočných výrobných podmienkach často používajú pasívny experiment, pretože:

· Nie je možné uplatniť dostatočne široký rozsah variácií regulovaných premenných potrebných na identifikáciu skúmaných účinkov na pozadí silného hluku;

· Pri aktívnom experimente by sa hladiny regulovaných faktorov mali stanoviť v súlade s experimentálnym návrhom a všetky nekontrolované vstupné premenné sa musia priradiť k šumovému poli;

· Hlukové pole spolu so všetkými nekontrolovateľnými premennými sa môžu ukázať také veľké, že matematický model nebude primeraný;

· Náhodné rušenie môže byť dokonca navrstvené na kontrolované faktory, takže sa nemôžu stabilizovať na nevyhnutný čas na úrovniach stanovených v pláne. To vedie buď k zvýšeniu chyby vo všetkých výpočtoch, alebo sa údaje z aktívneho experimentu musia spracovať pomocou všeobecnej techniky regresnej analýzy, ako pri pasívnom experimente.

<== predchádzajúci článok | nasledujúci článok ==>





Prečítajte si tiež:

Meranie prúdu a napätia metódou priameho odhadu

Zapisovače grafov - prístroje na výstup merania teploty

Prístroj a princíp činnosti digitálnych meracích prístrojov

Analyzátory spektra s diskrétnou Fourierovou transformáciou

Hlavné komponenty IMS

A / D prevodníky

Inteligentné informačné meracie systémy (IIIS)

Meranie prúdu a napätia pomocou metódy porovnania meraní

Meranie fázového posunu signálu

Elektromechanické zariadenia s prevodníkmi

Klasifikácia elektrických spotrebičov

Meranie nelineárneho skreslenia

Hlavné charakteristiky meracích prístrojov

Zariadenie a princíp činnosti elektronických wattmetrov a elektromerov

Meranie ukazovateľov kvality elektrickej energie a ASKUE

Späť na obsah: Metódy a prostriedky merania elektrických veličín

Pozreté: 5499

11.45.9.23 © edudocs.pro Nie je autorom publikovaných materiálov. Poskytuje však možnosť bezplatného použitia. Došlo k porušeniu autorských práv? Napíšte nám | Spätná väzba .