Giáo trình Đo lường và điều khiển xa (dùng cho sinh viên ngành điện kĩ thuật)

Nội dung text: Giáo trình Đo lường và điều khiển xa (dùng cho sinh viên ngành điện kĩ thuật)

1. ~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ P()1− P n−1 Vì từ mã có n phần tử sai có thể nằm ở bất kỳ phần tử nào trong từ mã, nên xác suất để từ mã có 1 sai là: 1 n−1 P(1) = Cn P()1− P Tương tự, xác suất để trong từ mã có 1 phần tử bị sai: 1 1 n−1 P(1) = Cn P (1− P) Vậy xác suất để từ mã có i = 1÷ n chỗ sai là: n i 1 n−i PS + PN = ∑Cn P (1− p) (4) i=1 Để tính PN , cần biết cấu tạo của mã trong trường hợp chung có thể tính gần đúng như sau: Nếu mã có m phần tử mang tin thì có 2m từ mã dùng. Khoảng cách mã nhỏ nhất của các từ mã này là: d min = S + r +1 Vậy để từ mã này lẫn sang từ mã khác thì số sai trong từ mã phải bằng hay lớn hơn khoảng cách d min . Xác suất để trong từ mã có sai ≥ d min là: n i i n−i P()i ≥ d min = ∑Cn P (1− p) i=dmin Nhưng không phải tất cả các từ mã có sai ≥ d min đều bị nhận lầm ( 1 số trong chúng 2m sẽ được phát hiện là sai ). Xác suất nhận lầm phải tỷ lệ với tỷ số 2n 2m : số từ mã đúng. 2n : số từ mã trong bộ mã đấy khi chiều dài từ mã là n. Ta xét cho trường hợp ghạn trên là: tất cả các từ mã có sai ≥ d min đều biến thành từ mã dùng và bị nhận lầm, thì xác suất lầm có thể tính gần đúng bằng biểu thức sau: 2m P ≈ P (i ≥ d ) N 2n min 1 P ≈ P(i ≥ d ) N 2n−m min 1 P ≈ P(i ≥ d ) N 2 K min Hay có thể viết: 70 === Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ===
2. ~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ Thuật toán lặp lại có tích lũy tận dụng được những phần tử không bị sai, do đó nâng cao độ cxác so với thuật toán lặp lại không tích lũy. Nhưng tbị loại này lại phức tạp hơn. Đánh giá khả năng chống nhiễu và tốc độ truyền tin của thuật toán truyền tin lặp lại: Gọi Pđ là xác suất nhận đúng PS là xác suất nhận sai của truyền tin 1 lần. PN là xác suất nhận nhầm Hãy xác định Pđ , PS , PN khi dùng thuật toán lặp lại a lần? Từ mã có thể được nhận đúng với các trường hợp sau: -Ngay lần truyền thứ nhất với xác suất Pđ -Lần thứ nhất phát hiện sai và lần thứ hai được nhận đúng. Xác suất của sự kiện này là PS Pđ lần thứ nhất và hai lần phát v(1). Vậy xác suất Pđa sẽ bằng tổng các xác suất trên. P = p + P P + P 2 P + + P a−1P đa đ S đ S đ S đ 2 a−1 = Pđ (1+ PS + PS + + PS ) Phần trong dấu ngoặc là 1 cấp số nhân với công bội PS 〈1. Do đó có thể viết. a 1− PS Pđa = Pđ . (6) 1− PS Tương tự ta có: a 1− PS PNa = PN (7) 1− PS 2 v(1) phiện sai, còn lần thứ 3 được nhận đúng, vậy xác suất của sự kiện đó là PS Pđ . a Xác suất của sự kiện cả a lần lặp lại đều phát hiện sai là: PSa = PS .a (8) Và ta có: Pđa + PSa + PNa = 1 Ta thấy rằng: a tăng thì Pđa càng lớn hơn Pđ . Để tăng Pđa có thể tăng a hay giảm PS . Để giảm PS cần dòng mã phát hiện sai và sửa sai thay cho mã phát hiện sai. Về lý thuyết: a là vô cùng, nhưng a lớn mà thời gian truyền có hạn nên a phải chọn hữu hạn. Trong trường hợp này nếu 1 tin, sau khi truyền a lần mà vẫn nhận sai và phát hiện sai, thì từ đó bị xóa đi và truyền tiếp tin sau. 72 === Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ===
3. ~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ lại của phía phát. Vì các tin nhận được đều được truyền theo kênh ngược về phía phát, nên hệ thống này có tên là hệ thống kênh ngược tin tức. -Loại 2: hệ thống TT có kênh ngược quyết định. Trong hệ thống này việc xử lý tin tức được được tiến hành ở phía thu và trong kênh ngược chỉ truyền đi các qđịnh về việc xử lý đúng hay sai. Vì thế hệ thống này có tên là H T có kênh ngược qđịnh. Nếu nhận được qđịnh “đúng” thì phía phát truyền tin tiếp theo. Nếu nhận được qđịnh “sai”, thì nhắc lại tin vừa phát. Trong đo lường đkhiển xa thường dùng hệ thống có kênh ngược quyết định vì nó đơn giản và tốc độ truyền tin cao. Sơ đồ cấu tạo của 1 hệ thống TT có kênh ngược quyết định: Kênh NT Mã hóa Điều thuận Giải Dịch ĐT chế điều chế mã Kênh Dịch mã Giải điều ngược Điều chế Mã hóa ngược chế ngược ngược ngược Nhờ có kênh ngược mà phía thu có thể báo cho phía phát biết được tin được nhận là đúng hay sai. Trong thực tế, kênh ngược chỉ cần truyền đi 2 tín hiệu biểu hiện đúng hay sai, hoặc là chỉ cần truyền 1 tín hiệu “đúng”, còn nếu không nhận được tín hiệu đó thì có nghĩa là tín hiệu nhận được là sai và cần lặp lại. Để đơn giản cho thiết bị dịch mà người ta thường dùng mã phát hiện sai. Ta có biểu thức: a 1− PS Pđa = Pđ 1− PS I: trạng thái phát a hiện sai P = p Sa S II: trạng thái nhận tin II II a: số lần lặp lại 1 - pS 1 - pS I pS I pS 74 === Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ===
4. ~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ CHƯƠNG 9. THIẾT BỊ MÃ HÓA VÀ DỊCH MÃ 9.1 Thiết bị mã hóa: Biến đổi các thông báo rời rạc thành từ mã. 1 a) Thiết bị mã hóa Cn : Mã có cấu tạo như sau:trong nhóm mã có chiều dài n, chỉ có 1 phần tử 1, còn lại đều là 0. Thay đổi vị trí phần tử 1 ta được các phần tử mã khác nhau. Do đó nếu chiều dài 1 của từ mã là n thì số từ mả trong bộ mã sẽ là N = Cn = n từ mã. b) thiết bị biến đổi mã: Đây cũng là bộ mã hóa, nhưng đầu vào là mã thường , còn đầu ra là chống nhiễu. Ví dụ sau đây là bộ biến đổi mã thường thành mã kiểm tra chẵn như sau: 0 1 0 0 Từ mã thường vào Cộng Mod2 Đk ghi 1 2 3 4 5 01001 Ghi Từ mã kiểm tra Phát xung chẵn Thiết bị này có nhiệm vụ là thêm 1 bít phụ vào mỗi tổ hợp mà nhị phân thường đưa vào thiết bị để sao cho số các con số “1” trong tổ hợp mã là 1 số chẵn. Thiết bị mã hóa này gồm bộ ghi dịch ( hay bộ PHÂN PHốI ) và bộ cộng modul 2. Từ mã thường cần được mã hóa được ghi vào từ ô 1 đến ô n của bộ ghi dịch ( theo phương pháp mã song song ), đồng thời nó cũng được đưa vào bộ cộng modul 2. Kết quả phép cộng sẽ đồng thời được ghi vào ô n+1, đó là bít phụ cần thêm vào từ mã. Sau khi từ mã và phần phụ kiểm tra chẵn đã được ghi vào bộ dịch, bộ ghi dịch sẽ dịch chuyển n+1 bước để đưa từ mã ra đầu ra của nó. 76 === Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ===
5. ~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ phát đi; đến xung thứ 8, bộ p phối cho xung vào bộ và 1 để đưa từ mã m4 m3m2 m1 vào bộ nhớ bằng trigơ đếm, đồng thời từ mã ghi trong bộ ghi dịch cũng được đưa đến các bộ cộng mod 2 ( từ1÷ 3 ), kết quả được đưa vào bộ giải mã, ứng với từ mã nào trong tổ hợp mà nhận được bị sai, thì đầu ra tương ứng của bộ giải mã sẽ có mức logic “1” còn các đầu ra khác có mức logic “0”. Ví dụ: từ mã có phần tử thứ 5 ( m3 ) bị sai, thì ở đầu ra 5 của bộ giải mã có mức logic “1”. Đến xung thứ 9, bộ phân phốihối cho xung vào mạch và 2, tín hiệu từ bộ giải mã được đưa vào bộ nhớ để thực hiện sửa sai, nếu có sai thì từ gỏ tương ứng sẽ lật trạng thái. Đến xung thứ 10 bộ p phối cho xung vào đầu điều khiển đọc của bộ nhớ, từ mã trong bộ nhớ được đưa ra ngoài. Đồng thời bộ phân phốihối đưa xung xóa ghi dịch, sau đó bộ phân phối lại quay về ô 1 phát xung đưa vào bộ ghi dịch và đưa vào xóa bộ nhớ. Quá trình làm việc tiếp theo chu kỳ mới. d)Ttbị bđổi mã thường thành mã chu kỳ: Ví dụ cho đa thức sinh P(x) = x 4 + x +1, ta có sơ đồ mã hóa như sau: Các ô ghi phần dư K1 1 2 3 4 Mod X0 Mod X X X X chia 2 cộng 2 G(x) K2 H Mạch đếm thời gian Quá trình trình tạo mã chu kỳ như sau: Cho từ mãG(x). Nhân G(x).x K G(x).x K Chia được phần dư R(x) P(x) Mã chu kỳ F(x) = G(x).x K + R(x) Vậy tbị mã hóa phải là bộ chia đa thức. Quá trình làm việc như sau: Lúc đầu K 2 ở vị trí 1, K1 ở vị trí đóng. Từ mã G(x) đi vào bộ chia, đồng thời qua mạch đếm thời gian và K 2 để ra ở đầu ra của bộ chia. Trong quá trình làm việc đó, 78 === Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ===
6. ~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ 2 Sơ đồ dịch mã C3 : D1 D3 R1’ 110 R1 R2’ 101 R2 D2 D5 R ’ 011 3 R3 D4 D6 R1’’ R2’’ R3’’’ Giả sử từ mã nhận được là 110, có 2 xung đưa vào R1 '' và R2 '' . Bình thường R'〉〉R" nên thực tế không có dòng qua R' . Khi có 2 xung vào R1"vàR2 "→ D1D2 D3 D4 khóa có dòng qua R1 'và ta lấy được điện áp ra trên đó ứng với thông báo A. Còn D5 D6 vẫn thông nên không có dòng qua R2 'vàR3 ' nên không có thông báo B và C. Ứng với từ mã khác cũng tương tự 80 === Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ===
7. ~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ Ao: thành phần 1 ch AK : biên độ của điều hòa bậc K. 2π ω = : tần số góc. T ϕk: góc pha ban đầu của điều hòa bậc K. T: chu kỳ của hàm F(t). K: 1, 2, 3, Tần số của điều hòa bậc 1 f1 bằng nghịch đảo của chu kỳ T: 1 f = (3). 1 T Tần số của diều hòa bậc K: f K = K. f1 . Tập hợp các sóng diều hòa do khai triển Fuariê làm thành phổ của tín hiệu. Biết phổ của tín hiệu, có thể xác định được sai số cho phép khi truyền tín hiệu đó qua các mạch điện có dải thông hạn chế như bộ lọc, khuếch đại chọn lọc 1 Nếu truyền tín hiệu trong khoảng tần số từ 0÷ thì hầu như tín hiệu hình chuông τ truyền hết năng lượng, còn tín hiệu hình tam giác thì gần 1 nửa năng lượng bị tổn thất, do đó tín hiệu thu được sẽ bị méo nhiễu. (năng lượng của tín hiệu tỷ lệ với diện tích giới hạn bởi hình bao của phổ tín hiệu với trục hoành ). Như vậy tín hiệu hình chhuông là tốt nhất. Nhưng thiết bị tạo ra xung hình chuông 1 phức tạp. Nên trong thực tế hay dùng xung chữ nhật. Từ hình ta thấy: 0 ÷ : năng τ lượng tối đa của tín hiệu đã được truyền đi → m có ít. Mặt khác, phần thiết bị lại đơn giản. Phần năng lượng bị mất do dải thông bị hạn chế không lớn lắm. Để đảm bảo thu chính xác dạng của tín hiệu thì dải thông của mạch điện phải bao trùm hết phổ của tín hiệu. 2 Trong thực tế: thường chọn dải thông ∆f = (1÷ 2)τ như vậy những tần số f 〉 là τ không truyền đi. Mặt khác, các thiết bị lại nhạy với biên độ xung hơn là dạng xung nên việc chọn như trên cũng thỏa mãn. 82 === Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ===
8. ~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ b) Theo thời gian: chia liên tục thời gian và làm các khoảng ∆t . - ∆t càng nhỏ thì lượng tử hóa càng cxác: x'(t) ≈ x(t) , nhưng số lần biến đổi lớn. - ∆t lớn thì sai số lớn. lượng tử hóa theo thời gian thỏa mãn định lý Kochenhicop: bất kỳ hàm liên tục nào có phổ bị giới hạn bởi tần số f m thì nó hoàn toàn được xác định bởi cá giá trị tức thời của 1 nó lấy tại các thời điểm cách nhau có nghĩa là: 2 f m ∝ sin 2πf (t − K∆t) x(t) = ∑ x(K∆t) m . K =0 2π. f m (t − K∆t) Trong đó k: bậc của hàm điều hòa. → Hàm x(t) tương tự hàm x’(t). sin x Vì hàm có giá trị =1 tại x=0, ngoài giá trị đó ra, hàm tắt rất nhanh → hàm liên x tục. Ban đầu tương ứng với tập các hàm điều hòa có biên độ lớn nhất bằng giá trị tức thời 1 của hàm liên tục tại các thời điểm cách nhau ∆t = . 2 f m 1 Như vậy: nếu chọn ∆t = . Thì có thể khôi phục lại x(t) từ x’(t). 2 f m Tuy nhiên định lý này cũng có hạn chế đối với các hàm có phổ vô cùng lớn, nên không thể chọn giá trị f m thích hợp. Tuy nhiên trong đo và điều khiển xa, các tín hiệu cần truyền đều biến thiên chậm và có phổ tập trung, do đó vẫn áp dụng được định lý. 10.4 Tin tức, các đặc trưng, đơn vị đo: a) Đặc trưng: Tin tức có hai dạng: +Tin tức ở dạng tĩnh: tin tức được ghi trên giấy, băng, đĩa +Tin tức ở dạng động: là tin tức trong qua trình truyền như âm thanh, lời nói, điện thoại, các tín hiệu điều khiển b) Các tính chất cơ bản: 84 === Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ===
9. ~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ Hay: I(xi ) = log a P(xi ) P( xi ): xác suất xảy ra sự kiện xi . Biểu thức trên thỏa mãn các điều kiện yêu cầu nên được gọi là lượng tin riêng của xi . Tổng quát: một nguồn thông báo x thường có các thành phần x1 , x2 , , xn với các xác suất tương ứng P(x1 ), P(x2 ), , P(xn ) . Vậy lượng tin tức trung bình của nguồn thông báo sẽ bằng: n I(x) = −∑ P(xi )loga P(xi ) (công thức Shenon). i=1 1 Khi xác suất các thành phần bằng nhau: P(x ) = . i n Thì : 1 1 I(x) = −n .log = log n . Lúc này lượng tin tức đạt giá trị lớn nhất. n a n a đơn vị đo tin tức: phụ thuộc cơ số a. a thường chọn =2, 10, e. trong truyền tin chọn a = 2. -Đơn vị đo tin tức: bit. ( logarit cơ số 2 ). Bit: binary digit: con số nhị phân. 1 -Trở lại vi dụ đồng xu sấp, ngữa: xác suất mỗi trường hợp = → đồng khả năng vơi 2 số khả năng n = 2 . Lượng tincủa thí nghiệm đó bằng: I(x) = log 2 2 = 1. Vậy bit là lượng tin của 1 thông báo có 2 khả năng đồng xác suất. d) Giá trị của tin tức: phụ thuộc vào chủ quan người nhận tin. 10.5 Entropi – số đo lường không xác định: Lượng không xác định của thông báo tỷ lệ nghịch với xác suất xuất hiện của nó. Xác suất xuất hiện càng nhỏ thì lượng không xác định càng lớn. Do đó độ không xác định của thông báo cũng được xác định = biểu thức tương tự như lượng tin tức: n H (x) = −∑ P(xi )loga P(xi ) . i=1 86 === Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ===
10. ~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ Từ đây ta thấy rằng: trong trường hợp đồng xác suất, entropi tỷ lệ với số lượng thông báo n có trong nguồn. -Entropi của hệ thống các sự kiện có khả năng nằm trong phạm vi 0 và 1. H (x) = −P(x )log P(x ) − P(x )log P(x ) 1 2 1 2 2 2 = −P(x1 )log 2 P(x1 ) − [][]1− P(x1 ) log 2 1+ P(x2 ) P(x ) = 0 P(x ) = 1 Biểu thức trên = 0 khi 1 hoặc 1 . P(x2 ) = 1 P(x2 ) = 0 1 Entropi đạt cực đại khi P(x ) = P(x ) = . 1 2 2 H(x) P(x) 0 0.5 1  1  Lúc này H (x) max = −log 2   = 1đị vị nhị phân.  2  Như vậy có thể định nghĩa đơn vị nhị phân là entropi của hệ thống các sự kiện độc lập có 2 khả năng. Ví dụ : xác định Entropi của hệ thống được mô tả bằng các đại lượng ngẫu nhiên gián đoạn x có phân bố như sau: P(x ) = P(x ) = P(x ) = P(x ) = 0,01 1 2 3 4 P(x5 ) = 0,96 Giải: n H (x) = −∑ P(xi )log 2 P(xi ) i=1 5 Ta có : = −∑ P(xi )log 2 P(xi ) i=1 = −4× 0,01log 2 0,01− 0,96log 2 0,96 =0, 322 đvị nhị phân. 10.7 Ưu khuyết của phương pháp thống kê đo lường tin tức: 88 === Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ===
11. ~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ Đơn vị đo: đơn vị NP Giây Hay: b i t giây Như vậy trong kênh nhị phân: C chính là = số ký hiệu được truyền đi trong 1 giây, nếu độ rộng xung càng nhỏ thì S càng lớn→ C càng lớn. Dung lượng của kênh còn được biểu diễn trên 1 ký hiệu (xung): Đối với kênh nhị phân: C= 1 đvị NP Ký hiệu×giây Có nghĩa là trong kênh nhị phân, 1 ký hiệu (1 hay 0) tối đa có thể mang 1 lượng tin tức = 1 đvị nhị phân ( bit ). Nếu ở đầu vào của kênh có nguồn tin tức mà Entropi trên 1 ký hiệu = dung lượng của kênh, thì người ta bảo rằng nguồn tin và kênh phù hợp nhau. Nếu dạng lượng kênh lớn hơn trị số entropi trên 1 ký hiệu của nguồn tin thì chúng không phù hợp nhau. Lúc này kênh truyền chưa được dùng hết khả năng của nó. Vậy: Nếu kênh có khả năng thông lượng C ( đvị NP/S ) còn nguồn tin có entropi H ( đvị . NP/thông báo ) thì tốc độ trung bình truyền tin trong kênh không thể vượt quá C/H ( thông báo/S ) . Ví dụ 1: 1 nguồn có 2 tin A, B với xác suất P(A)=P(B)=0, 5 Entropi của nguồn: H = −()0,5log 2 0,5 + 0,5log 2 0,5 = 1 đơn vị NP thông báo H biểu thị lượng tin tức chứa trong 1 thông báo ( A;B ) dòng kênh nhị phân có C=1 đvị NP/giây, vận tốc trung bình truyền tin: C 1 = = 1 thông báo/S H 1 Ví dụ 2: một nguồn tin có 2 tin A và B với xác suất: P(A) = 0, 1 P(B)=0, 9 H = − 0,1log 0,1+ 0,9log 0,9 = 0,5 đviNP ()2 2 tbáo Dùng kênh nhị phân có C= 1 đvị NP → vận trung bình truyền tin: 90 === Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ===
12. ~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ P=0, 5 → Cn = 0 −3 P=10 → Cn ≈ 1 → (Pn → 0 → Cn → 1) Tốc độ truyền tin lý thuyết ( thông lựợng ) được Shenon biểu diễn ở 1 dạng khác:  P  C = ∆f log1+ th  đviNP   S  Pn  ∆f : dải tần của kênh. Pth : c/s trung bình của tín hiệu. Pn : c/s trung bình của nhiễu trắng. P Từ biểu thức đó ta thấy rằng, muốn tăng C phải tăng tỷ số th Pn Bài tập 1: có 1 tập gồm K thông báo, biết rằng mỗi thông báo chứa 3 bit tin tức. Hãy tìm số thông báo K. Cho các thông báo có đồng xác suất. H = log K = 3 Giải: 2 → K = 23 = 8 Bài tập 2: cho 1 bộ chữ cái A, B, C, D. Xác suất xuất hiện các chữ cái đó là PA = PB = 0,25, PC = 0,34, PD = 0,16 . Hãy xác định lượng tin tức của 1 ký hiệu khi thông báo được tạo thành từ bộ chữ cái đó. Giải: Lượng tin tức của 1 ký hiệu của thông báo chính = entropi của bộ chữ cái đã cho. n H = −∑ Pi log2 Pi = −(2×0,25log2 0,25 + 0,34log2 0,34 + 0,16log2 0,16 = i=1 2×0,5 + 0,529174 + 0,423017 =1, 952191 bit/ký hiệu Bài tập3: khi truyền 100 thông báo, mỗi thông báo có 6 chữ cái, ta thu được các số liệu thống kê sau: Chữ A gặp 80 lần. Chữ B gặp 50 lần. A và B đồng thời cùng xuất hiện gặp 10 lần. Hãy xác định entropi điều kiện xuất hiện chữ A khi trong thông báo có chữ B và entropi điều kiện xuất hiện chữ B Khi trong thông báo có chữ A. Giải: Tổng số chữ cái đã truyền đi n=6. 100=600. 92 === Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ===
13. ~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ CHƯƠNG 11: ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐO – ĐIỀU KHIỂN XA. 11.1 Độ tin cậy là chỉ tiêu quan trọng nhất của hệ thống đo, điều khiển xa: Mục đích cuối cùng của HT đo điều khiển xa là mệnh lệnh điều khiển được truỳên đi chính xác và kịp thời. Để đảm bảo yêu cầu đó, phải áp dụng các biện pháp chống nhiễu hay còn gọi là các biện pháp nâng cao độ tin cậy về tin tức. Trong các chương trước, ta thấy rằng vấn đề mã hóa và truyền tin cũng giúp cho việc nâng cao độ tin cậy. Tuy nhiên, dù có loại mã có tính chống nhiễu cao, có thuật toán truyền tin thích hợp cũng chưa đủ đảm bảo 1 độ tin cậy cao, truyền tin chính xác, mà cần phải đảm bảo các thiết bị làm việc bình thường, không hỏng. Vì vậy cần áp dụng các biện pháp đảm bảo độ tin cậy về thiết bị. Vì vậy ở đây ta chỉ đề cập đến độ tin cậy của thiết bị. Để đánh giá chất lượng 1 hệ thống đo đkhiển xa cần có 3 chỉ tiêu sau: +Tính chống nhiễu. +Độ tin cậy. +Giá thành. Hệ thống đo ĐK xa gồm rất nhiều phần tử, làm việc trong 1 khoảng cách lớn, chịu nhiều ảnh hưởng của ngoại cảnh, do đó khả năng xảy ra hỏng hóc là rất lớn. 11.2 Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá độ tin cậy: 1 Hỏng hóc, cường độ hỏng hóc: Có nhiều nguyên nhân gây ra hỏng hóc: -Làm việc quá tải, do tác động của môi trường, do sai sót khi vận hành. -Các nguyên nhân gây mang tính ngẫu nhiên → do đó hỏng cũng có tính ngẫu nhiên. -Hỏng gồm 2 loại chính: +Hỏng đột ngột: trước khi xảy ra hỏng, phần tử đó đang họat động tốt, sau thời điểm đó xảy ra hỏng → phần tử mất khả năng làm việc. +Hỏng dần dần: hỏng xảy ra từ từ, trong quá trình đó phần tử vẫn làm việc nhưng chất lượng kém đi → tạo ra quá trình giả hóa. -Về mặt tương quan, hỏng gồm có hỏng độc lập và hỏng phụ thuộc. -Để định lượng hỏng người ta dùng khái niệm cường độ hỏng λ(t) . λ(t) là cường độ hỏng, là số lần hỏng trên 1 đvị thời gian ( thường lấy giờ, năm) 94 === Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ===
14. ~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ Quảng thời gian trung bình theo xác suất được gọi là thời gian làm việc tin cậy trung bình: 1 T = λ : ( lần/giờ ) tb λ → ta tìm được xác suất làm việc tin cậy tại thời điểm t=Ttb : −λTtb −1 P(Ttb ) = e = e = 0,37 Như vậy tại t=Ttb xác suất làm việc tin cậy còn lại rất thấp. Đối với các hệ đo điều khiển xa, độ tin cậy cho phép: [P(t)] ≥ 0, 9. Do đó ta cần quan tâm đến quảng thời gian vận hành cho phép Tcp đó là quảng thời gian mà độ tin cậy của hệ thống ≥ độ tin cậy cho phép. Sau khoảng thời gian tcp hệ thống phải được bảo dưỡng định kỳ. −t λ ln[P(t)] Ta có thể viết:[]P()t = e cp → t = cp λ 11.3 Độ tin cậy của hệ thống: Khi tính toán độ tin cậy của thiết bị ta cần xác định được sơ đồ thay thế. Sơ đồ thay thế là sơ đồ logic hiểu theo nghĩa, độ tin cậy trong các phần tử sẽ được nối tiếp, nếu lỏng 1 phần tử sẽ dẫn đến hỏng cả hệ thống, còn nếu hỏng 1 phần tử nào đó mà hệ thống vẫn làm việc bình thường thì phần tử đó được coi là nối song song với phần tử khác. Để có được sơ đồ thay thế cxác, phải phân tích kỹ chức năng nhiệm vụ của từng phần tử. 1) Độ tin cậy của sơ đồ nối tiếp: Giả sử có n phần tử, mà mỗi p tử có độ tin cậy là Pi (t) . Độ tin cậy của hệ thống được xác định: n Pht (t) = ∏ Pi (t) → Pi (t) ≤ 1 i=1 Ta thấy rằng: độ tin cậy của hệ thống không thể nhỏ hơn độ tin cậy của phần tử có độ tin cậy thấp nhất Pi (t) min . Trong sơ đồ nối tiếp, muốn nâng cao độ tin cậy của hệ thống, phải nâng cao độ tin cậy của từng phần tử. 96 === Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ===
15. ~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~ -Đảm bảo họat động tin cậy. -Thỏa mãn trong thời gian thực. TTCN khác các hệ thống TT cổ điển bởi phương pháp và kỹ thuật của nó. ¤ ¤ ¤ ¤ ¤ ¤ ¤ ¤ ¤ ¤ ¤ 98 === Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ===