Диссертация (Разработка двухканальной системы измерения положения лопастей вертолета), страница 11

Производит обработку видеокадров с целью полученияинформации о положении торца лопасти в пикселях. Параметр thresh в setting.ini,упомянутый выше, отвечает за порог бинаризации.На выходе в директории result создаются два файла blades1.avi и blade2.avi.В них содержатся видеокадры с результатами распознавания 1 и 2 лопасти,соответственно. Выходом является файл blades.csv (рисунок 4.14), созданный вкорне директории эксперимента.100Рисунок 4.14. Файл с результатами оптических измеренийФайл содержит в себе следующие данные (таблица 4.6).Таблица 4.6 Описание столбцов файлаAномер кадраBфлаг наличия первой лопасти в кадре (1 – да/0 – нет)Cотклонение торца первой лопасти в пикселях от начала кадраDфлаг наличия второй лопасти в кадре (1 – да/0 – нет)Eотклонение торца второй лопасти в пикселях от начала кадраМодуль StartRNK.

Предназначен для комплексирования информации отдвух каналов, вычисления коэффициентов модели пересчета тензометрическихизмерений в линейное отклонение торца лопасти. Настройки этой программыхранятся в файле settingRNK.ini (таблица 4.7).101Таблица 4.7. Описание параметровСекция RNKZEROCAMуровень нуля в пикселяхKOEFFCAM коэффициент для перевода отклонений торца лопасти из пикселейв миллиметрыРезультат работы данной программы выводится в файл (рисунок 4.15) вкорне директории эксперимента result.csv (Таблица 4.8).Рисунок 4.15. Файл с результатамиФайл содержит в себе следующие данные (таблица 4.8).Таблица 4.8. Описание столбцов файлаAкомплексные измерения, ммBоптические измерения, ммCневязка между комплексными и оптическими измерениями, мм1024.3.

Выводы1. Определены параметры аппаратных составляющих ПАК, обеспечивающиесогласованную работу оптического и тензометрического каналов измерения;2. Разработан программно-аппаратный комплекс, обеспечивающего реализациюпредложенных алгоритмов для оптического и тензометрического каналовизмерения.1035. ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХКАНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НАЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ5.1. Оценка точности оптической системы на основе обработки изображенийРеализацияоптическихизмерений,полученныхвысокоскоростнойвидеокамерой, позволяет оценить положения торца исследуемой лопасти в секторе,ограниченном полем зрения видеокамеры. В частности, на каждом обороте винтаможет быть получено по крайней мере одно измерение.Представим оптические измерения положения торца лопасти случайнойвеличинойсгауссовскимзакономраспределения,соследующимихарактеристиками: mои – математическое ожидание,  ои – среднеквадратическоеотклонение. Примем, что среднеквадратическое отклонение  ои определяется восновном ошибками, связанными с неточным измерением положения торцалопасти на изображениях, и реальными отклонениями торца лопасти во времядвижения: ои 2   л 2 .  ои (5.1)где  ои – среднеквадратическая ошибка измерения оптической системы,л – среднеквадратическое отклонение торца лопасти.Здесь размерности среднеквадратических отклонений приняты вмиллиметрах.Откуда из (5.1) получается лл   ои 2   ои 2 .(5.2)Как было показано в разделе 3.4, оптические измерения положения торцалопасти основаны на выделении (обнаружении) изображения лопасти на отдельных104кадрах, определении положения торца лопасти сначала на изображении, а затем ввыбранной пространственной системе координат.

В случае правильного обнаружениялопасти ошибки измерений определяются ошибками в определении положения ееторца на изображении. На рисунке 5.1 представлен видеокадр, на котором выделенучасток границы лопасти и фона.Рисунок 5.1. Увеличенный фрагмент границы лопасти и фонаАнализ выделенного фрагмента показывает, что основная проблема точногоопределения края (границы объекта) связана с размытием его яркости. Бинаризацияизображения с различными порогами приводит к смещению координат положенияграницы, что затрудняет однозначное измерение положения торца.

При этом областьразмытия также не является определенной, т. к. зависит от положения лопасти иусловий освещенности. Для решения указанной проблемы предлагается выделитьмаксимально возможную область размытия границы Δmax на изображениях и принять1056   / ои   max .(5.3)Анализ серии кадров (50 кадров) с изображениями лопасти показал, чтообласть размытия границы лопасти и фона составляетmax  5 пикселей,(5.4)откуда значение среднеквадратического отклонения (без учета калибровкивидеокамеры) / ои  0,8 пикселя.(5.5)Для оценки реального среднеквадратического отклонения в миллиметрахнеобходимо учитывать результаты калибровки измерений.С учетом калибровки [разд.3] получим искомое значение  ои (мм): ои   / ои  kc  0,8  0,716  0,5 мм,(5.6)где kc = 0,716 – коэффициент перевода отклонений лопасти из пикселей вмиллиметры, полученный экспериментально.5.2. Оценка подобия траекторий движения лопастейВ процессе исследований было высказано предположение, что две однотипныелопасти, установленные на одном винте, должны иметь сходные траекториидвижения (в направлении, параллельном оси винта) на любом из возможных режимовработы на экспериментальной установке.

Проверка этого предположения позволитподтвердить надежность получаемых оценок положения лопасти с помощьюоптического канала измерений. Таким образом, цель экспериментов – проверкаадекватности оптических измерений и оценка устойчивости результатов. Сутьэкспериментальных исследований состоит в измерении и сопоставлении положенийторцов двух лопастей в идентичных условиях работы винта.106Было проведено два эксперимента (эксперимент № 1 и № 2), в каждом изкоторых проведены измерения траекторий движения торцов обеих лопастей.Эксперименты отличаются длительностью и количеством участков с разнымшагом лопастей.Эксперимент № 1.

На рисунках 5.2 и 5.3 представлены графики отклоненийторцов лопастей № 1 и № 2. На горизонтальной оси находится номер измерения(измерение проводятся с шагом в 5 миллисекунд).Рисунок 5.2. График отклонений торца лопасти № 1 (с тензометрическимидатчиками)107Рисунок 5.3. График отклонений торца лопасти № 2 (без тензометрическихдатчиков)Эксперимент 2. На рисунках 5.4 и 5.5 представлены графики отклоненийторцов лопастей № 1 и № 2.Рисунок 5.4. График отклонений торца лопасти № 1 (с тензометрическимидатчиками)108Рисунок 5.5.

График отклонений торца лопасти № 2 (без тензометрическихдатчиков)На каждом графике были выбраны участки с постоянным режимом работывинта (шаг лопастей, частота оборотов) и рассчитаны математические ожидания(МО) и среднеквадратические отклонения (СКО).Для эксперимента № 1 эти данные представлены в таблице 5.1 (количествоизмерений 37000), для эксперимента № 2 – в таблице 5.2 (количество измерений65000).Таблица 5.1. МО и СКО на участках (эксперимент № 1)ДиапазонТяга,измеренийкгЛопасть № 1Лопасть № 2Лопасть № 1Лопасть № 26000-70000-35,31-31,471,131,3814000-1500016-19,93-15,470,980,7718000-1900035-7,85-3,730,760,922000-23000565,139,641,031,2828000-29000606,178,331,961,08МО, ммСКО, мм109Таблица 5.2.

МО и СКО на участках (эксперимент № 2)ДиапазонТяга,измеренийкгЛопасть № 1Лопасть № 2Лопасть № 1Лопасть № 24000-50000-30,09-28,711,371,3111000-1200027-18,63-17,240,680,6616000-1800050-9,29-8,390,680,6123000-2400072-1,281,310,550,7428000-29000942,474,530,841,1133000-3400012111,0412,171,440,9739000-4000014424,7226,050,991,0744000-4500016228,429,491,460,99МО, ммСКО, мм(шаг измерения 5мс.)На рисунках 5.6 и 5.7 представлены графики зависимости МО отклоненияторца лопасти на участках (приведенных в таблицах 5.1 и 5.2 соответственно) оттяги для двух экспериментов.15МО Отклоения торцалопасти, мм1050-5 0102030405060-10Лопасть №1-15Лопасть №2-20-25-30-35-4070Тяга, кгРисунок 5.6. Эксперимент № 1110Рисунок 5.7. Эксперимент № 2На рисунках 5.8 и 5.9 представлены графики зависимости СКО отклоненияторца лопасти на участках (приведенных в таблицах 5.1 и 5.2 соответственно) оттяги для двух экспериментов.СКО отклонения торцалопасти в мм2,521,5Лопасть №11Лопасть №20,500102030405060Тяга, кгРисунок 5.8.

Эксперимент № 170СКО отклонения торца лопастив мм1111,61,41,210,8Лопасть №10,6Лопасть №20,40,20020406080100120140160180Тяга, кгРисунок 5.9. Эксперимент № 2По результатам экспериментов можно сделать следующие выводы.1. Характер траекторий движения лопастей № 1 и № 2 (рисунки 5.6 и 5.7)сходен во всем диапазоне изменения тяги винта, так как максимальныеразличия в МО не превышают в эксперименте № 1 4,5 мм, а в эксперименте№ 2 2,6 мм.2. Отличиетраекторийдвижениялопастей(присхожестихарактератраекторий) могут быть связаны с различиями балансировки лопастей.3. Изменения СКО (во всем диапазоне тяги от 0 до 162 кг) не превышают 2 мм,что, с точки зрения предъявляемых требований, пренебрежимо мало.Таким образом, устойчивость результатов, полученных в проведенныхэкспериментах, подтверждает надежность оптических измерений.1125.3.

Комплексные измеренияРеализация комплексных (оптических и тензометрических) измеренийдолжна обеспечивать выполнение поставленных требований [разд. 1.1] в частичастоты, точности, диапазона измерений, а также системы координат.Цель данных экспериментов – оценка работоспособности разработаннойдвухканальной системы измерений, а также сопоставление экспериментальныхданных и предъявляемых требований. Для выполнения поставленной целинеобходимо провести измерения положения торца лопасти на различных режимахработы винта.Было проведено два эксперимента, в каждом из которых был участокраскрутки винта, участок с выходом на заданные обороты с нулевым шагомлопастей, несколько участков с разным шагом лопастей и участок остановки винта.Основные решаемые задачи: расчет коэффициентов модели пересчета (1.11)на основе оптических измерений и получение измерения отклонения торца лопасти(комплексные измерения), основанных на пересчете тензометрических измерений[разд.