自确认测速度仪的设计

　　1背景

　　速度测量装置被广泛用于工业现场，采用光电编码器，霍尔传感器，测速发电机或者光纤传感器输出与被测速度相关的脉冲;该脉冲经过放大，滤波整形后输入到脉冲捕捉单元;MCU对数据进行转换，采用M法，T法，或M/T法得到实际速度值;该速度转换为0~20Ma后接入DCS系统或者控制系统中，用来作为反馈量构成闭环系统，或者作为监视量供操作人员观察统计。虽然应该广泛，但是目前通用的测速装置存在以下问题：

　　速度应该有多种属性，例如精度，误差，测量及转换延时等。传统测速装置只能输出速度数值，而无法实时给出上述信息;而这些信息对控制系统至关重要，特别是时延。当传感器测量脉冲丢失时(规律丢失或者偶然丢失)，测速装置往往给出错误的测速信息，无法根据以往的具有优良质量的数据给出恰当的速度估计;从而加重控制系统故障搜索任务。传感器作为信息获取的源头，位于控制系统的反馈环节;其数值稳定性和准确性直接影响系统的控制精度和稳定性;特别是在运动控制系统和过程控制系统向子系统多，设备多，地域广，控制分散，管理分散等方向发展的背景下，这些问题将更为突出。

　　1993年牛津大学教授Henry和Clark定义了自确认传感器的概念，并建立了理论模型。自确认传感器融合了故障诊断、计算机技术、数据重构技术等多门学科的知识;不仅可以正确检测出传感器是否发生故障，还能判断其故障类型，同时还对故障传感器的输出值进行估计，并以估计值替代实际的测量输出。本文按自确认传感器的概念设计出了自确认测速仪，通过脉冲地自动修补功能可以很好的解决因为脉冲缺失而造成的数据波动，采用带预测因子的预测算法同时解决数据预估和设备状态判断，对测速仪的网络接口和通信协议也进行了描述。该测速仪在实际工程项目和仿真平台上进行了验证，达到了预期的效果。

　　2自确认测速仪结构与功能

　　2.1自确认传感器的结构

　　自确认传感器的输出参数有：确认的测量值(ValidatedMeasurement Value,VMV)，测量值的不确认度(Validated Uncer-tainty,VU)，测量值的状态(Measurement Value Status,MVS)和其他的输出参数，如图1所示。当传感器正常工作时，VMV 就是传统传感器的输出值，当传感器出现故障时，VMV为被测量值的最佳估计值。VU 是测量值准确度的一个表征，在综合考虑所有来自传感器自身或检测现场实际情况的各种导致误差原因的基础上，对当前传感器输出值准确度的一个定量的表征。MVS反映的是当前传感器的工作状态，主要有：安全状态/清晰状态，模糊状态，迷惑状态，盲状态。根据测试系统功能和现场运行的实际要求，自确认传感器还附加输出原始测试数据(Measure-ment Value, MV)(未经故障修复的测试数据)和传感器当前发生的故障类型。