23

1. Технология компьютерного моделирования и особенности ее применения к задачам анализа и проектирования измерительных систем (тестирование, анализ погрешности, параметрическая оптимизация)

Компьютерное моделирование как инструмент решения различных практических задач есть частный случай метода моделирования, который по своей сути состоит в том, что исходный объект-оригинал заменяется другим объектом-моделью, по отношению к нему решается нужная задача и затем эти результаты переносятся на объект-оригинал.

Метод моделирования включает в себя следующее:

1. Исходный объект (объект-оригинал) и сформулированную для него задачу (задачу-оригинал).

2. Рабочий объект (объект-модель) и переформулированная для этого объекта исходная задача (задача-модель).

3. Соответствие (правило), связывающее нужные (не все) свойства оригинала и модели и вытекающее из этого соответствие между решением задачи-модели и решением задачи-оригинала.

К исходному объекту-оригиналу и задаче-оригиналу подбираются объект-модель и задача-модель, связанные соответствием О↔М. Найдя решение задачи-модели мы интерпретируем его как решение задачи-оригинала с учетом соответствия О↔М.

Суть тестирования – задается множество (набор) воздействий и сравнивается фактическая реакция системы с ожидаемой («правильной реакцией»).

Тест можно формально свести к таблице стимул-реакция.

№ теста	Воздействие	Ожидаемая реакция	Фактическая реакция (эксперимент)
1	Стимул 1	Реакция_Т1	Реакция_Э1
N	Стимул N	Реакция_Т N	Реакция_Э N

Способы проведения тестирования определяются вариантами реализации воздействия и исследуемой системы:

- воздействие (реальные стимулы-сигналы, аппаратная имитация, программная имитация);

- система (реальная система в виде опытного образца или экспериментального макета, компьютерная модель (аппаратной части, программной части или их обеих).

Из-за необходимости подавать большое количество входных стимулов полный их перебор на практике становится невозможным, поэтому приходится искать способ сокращения тестов. Основные методы: метод критических (напряженных) состояний, граничные испытания, подача случайных воздействий (метод статистических испытаний). Каждый из этих методов дает лишь неполное тестирование, результаты которого в той или иной степени дают приближенное решение задачи тестирования. В любом случае абсолютно достоверное тестирование дает только метод полного перебора.

Анализ погрешности можно рассматривать как частный случай задачи тестирования, когда нас интересуют в первую очередь метрологические характеристики (погрешности и связанные с ними параметры) измерительного канала или многоканальной измерительной системы.

Сложность этой задачи в том, что для определения погрешности нужно сравнивать результаты испытаний с некими «точными результатами» при тех же входных воздействиях, которые нужно каким-то образом генерировать заранее или прогнозировать. Один из базовых способов решения этой задачи – использование «эталонной» системы, результаты которой принимаются за «точные».