Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Текст пособия издание 2.docx
Скачиваний:
66
Добавлен:
11.11.2019
Размер:
3.55 Mб
Скачать

6.14. Суммирование погрешностей при произвольной степени корреляции и произвольных законах распределения вероятностей составляющих результирующей погрешности

Крайним случаем суммирования погрешностей является случай суммирования полностью коррелированных погрешностей. В этом случае законы распределения суммируемых погрешностей вследствие их полной корреляции совпадают между собой. Распределение суммарной погрешности подчиняется тому же самому закону. Поэтому она определяется как

(6.14.1)

По мере уменьшения корреляции суммарная погрешность становится меньше , и это уменьшение зависит от вида законов распределения суммируемых и результирующей погрешностей согласно выражениям (6.11.3), (6.12.11) и (6.13.8).

Наименьшее значение погрешности получается в случае суммирования независимых погрешностей, распределенных по нормальному закону. Для этого случая справедливо соотношение

(6.14.2)

Оно представляет собой другой крайний случай.

Зависимость числа различимых градаций А1 для первого случая и А2 для второго от соотношения двух суммируемых составляющих приведена в табл. 6.14.1. По данным этой таблицы на рис. 6.14.1 изображены кривые зависимости результирующего значения А от соотношения составляющих погрешности. Кривая 1 соответствует арифметическому суммированию погрешностей, а кривая 2 – геометрическому.

Кривая 3 на рис. 6.14.1 считается средним, наиболее типичным случаем суммирования составляющих погрешностей измерительных устройств. Кривые же 1 и 2, соответствующие арифметическому и геометрическому суммированиям погрешностей, являются границами области, в которой будут проходить кривые значений А при любых произвольных законах распределения вероятностей и различ­ной степени корреляционной связи составляющих погрешности. Так, например, при суммировании двух независимых составляющих, одна из которых распределена нормально, а другая – равномерно, кривая числа градаций А (кривая 4) вначале совпадает с кривой 3, а затем плавно переходит в кривую 2.

Для оценки величины допускаемых ошибок при арифметическом или геометрическом суммировании составляющих в последних столбцах табл. 6.14.1 приведены относительные погрешности определения значений А (в процентах) для граничных кривых 1 и 2 относительно средней кривой 3. Видно, что эти погрешности противоположны по знаку, а по абсолютной величине примерно одинаковы и достигают максимума, составляющего 17 %, при равенстве обеих суммируемых составляющих. С первого взгляда напрашивается вывод о том, что вопрос об учете корреляции и законов распределения вероятностей при суммировании погрешностей не заслуживает внимания, так как максимальное отклонение кривых 1 или 2 от кривой 3 составляет всего ±17%, т.е. допускаемая ошибка в значении определяемой суммарной погрешности не превосходит ее величины.

Таблица 6.14.1

А1

А2

, %

, %

100

101

0,89

100

1

0

-1

50

51

1,96

50

2

+2

-1

20

21

4,75

20

5

+2

-3

10

11

9,09

10

10

+5

-4,3

5

6

16,7

5,1

19,6

+9

-7,2

2

3

33,3

2,24

44,6

+14,3

-14,5

1

2

50

1,41

70,7

+16,8

-17,3

0,5

1,5

67

1,12

89,5

+14,8

-14

0,2

1,2

83

1,02

98

+9

-7,8

0,1

1,1

91

1,005

99,5

+4,7

-4,2

0,05

1,05

95

1,00

100

+2,6

-2,5

0,02

1,02

98

1,00

100

+1

-1

0,01

1,01

99

1,00

100

0

-1

Рис. 6.14.1. Зависимости результирующего значения А от соотношения

составляющих погрешности

В действительности это не так. Во-первых, указанная ошибка при суммировании двух составляющих вычислена относительно среднего, т.е. кривой 3 рис. 6.14.1. Если же эту ошибку определять относительно простого арифметического суммирования, то она при суммировании двух составляющих может достигать 41%, т.е. почти половины определяемой погрешности.

Во-вторых, при суммировании большого числа составляющих ошибка результата увеличивается с ростом числа этих составляющих. Например, при суммировании примерно одинаковых п составляющих относительная ошибка при арифметическом суммировании по сравнению с ошибкой при геометрическом суммировании возрастает раз.

Таким образом, если при суммировании всего двух составляющих ошибка в определении результирующей погрешности может достигать ее величины, то при суммировании 1020 составляющих результирующая погрешность может быть завышена в 24 раза, а при суммировании 50 составляющих – в 37 раз.

Поэтому в настоящее время в подавляющем большинстве случаев оценка измерительных систем и приборов производится путем арифметического сложения максимальных значений всех погрешностей. Это приводит к неправильной их оценке, отличающейся от действительной от 2 до 7 раз, и тем более неправильной, чем сложнее рассматриваемое устройство. Поэтому при анализе сложных измерительных устройств вопрос об учете корреляционных связей и законов распределения вероятностей составляющих действительно имеет существенное значение.

Формула (6.11.3) для суммирования независимых составляющих погрешности с учетом энтропийных коэффициентов каждой из составляющих и суммарного распределения решает этот вопрос для любых законов распределения и любого числа составляющих.

Используя метод, основанный на исходных положениях теории информации, можно всегда произвести достаточно точное суммирование составляющих и определить действительное энтропийное значение результирующей погрешности измерительного устройства, не прибегая к грубейшему методу арифметического сложения максимальных значений составляющих.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица П. 1. Процентные точки распределения Стьюдента

k

Значения t, удовлетворяющие равенству при различных значениях 

0,45

0,4

0,35

0,3

0,25

0,2

0,15

0,1

0,05

0,025

0,01

0,005

0,0005

1

0,158

0,325

0,510

0,727

1,000

1,376

1,963

3,078

6,314

12,706

31,821

63,657

636,619

2

0,142

0,289

0,445

0,617

0,816

1,061

1,356

1,886

2,920

4,303

6,965

9,965

31,598

3

0,137

0,277

0,424

0,584

0,765

0,978

1,250

1,638

2,353

3,181

4,541

5,841

12,941

4

0,134

0,271

0,414

0,569

0,741

0,941

1,190

1,533

2,132

2,776

3,747

4,604

8,610

5

0,132

0,267

0,408

0,559

0,727

0,920

1,156

1,476

2,015

2,571

3,365

4,032

6,869

6

0,131

0,265

0,404

0,553

0,718

0,906

1,134

1,440

1,943

2,447

3,143

3,707

5,959

7

0,130

0,263

0,402

0,549

0,711

0,896

1,119

1,415

1,895

2,365

2,998

3,499

5,405

8

0,130

0,262

0,399

0,546

0,706

0,889

1,108

1,397

1.860

2,306

2,896

3,355

5,041

9

0,129

0,261

0,398

0,543

0,703

0,883

1,100

1,383

1,833

2,262

2,821

3,250

4,781

10

0,129

0,260

0,397

0,542

0,700

0,879

1,093

1,372

1,812

2,228

2,764

3,169

4,587

12

0,128

0,259

0,395

0,539

0,695

0,873

1,083

1,356

1,782

2,179

2,681

3,055

4,318

14

0,128

0,258

0,393

0,537

0,692

0,868

1,076

1,345

1,761

2,145

2,624

2,977

4,140

16

0,128

0,258

0,392

0,535

0,690

0,865

1,071

1,337

1,746

2,120

2,583

2,921

4,015

18

0,127

0,257

0,392

0,534

0,688

0,862

1,067

1,330

1,734

2,101

2,552

2,878

3,922

20

0,127

0,257

0,391

0,533

0,687

0,860

1,064

1,325

1,725

2,086

2,528

2,845

3,850

25

0,127

0,256

0,390

0,531

0,684

0,856

1,058

1,316

1,708

2,060

2,485

2,787

3,725

30

0,126

0,256

0,389

0,530

0,683

0,854

1,055

1,310

1,697

2,042

2,457

2,750

3,646

60

0,126

0,254

0,387

0,527

0,679

0,848

1,046

1,296

1,671

2,000

2,390

2,660

3,460

0,126

0,253

0,385

0,524

0,674

0,842

1,036

1,282

1,645

1,960

2,326

2,576

3,291

Таблица П. 2. Процентные точки -распределения

k

Значения , удовлетворяющие равенству при различных значениях 

0,999

0,995

0,99

0,98

0,975

0,95

0,90

0,80

0,75

0,70

1

0,000002

0,00004

0,00016

0,00063

0,00098

0,00393

0,0158

0,0642

0,102

0,148

2

0,00200

0,0100

0,0201

0,0404

0,0506

0,103

0,211

0,446

0,575

0,713

3

0,0243

0,0717

0,115

0,185

0,216

0,352

0,584

1,005

1,213

1,424

4

0,0908

0,207

0,297

0,429

0,484

0,711

1,064

1,649

1,923

2,195

5

0,210

0,412

0,554

0,752

0,831

1,145

1,610

2,343

2,675

3,000

6

0,381

0,676

0,872

1,134

1,237

1,635

2,204

3,070

3,455

3,828

7

0,598

0,989

1,239

1,564

1,690

2,167

2,833

3,822

4,255

4,671

8

0,857

1,344

1,646

2,032

2,180

2,733

3,490

4,594

5,071

5,527

9

1,152

1,735

2,088

2,532

2,700

3,325

4,168

5,380

6,899

6,393

10

1,479

2,156

2,558

3,059

3,247

3,940

4,865

6,179

6,737

7,267

11

1,834

2,603

3,053

3,609

3,816

4,575

5,578

6,989

7,584

8,148

12

2,214

3,074

3,571

4,178

4,404

5,226

6,304

7,807

8,438

9,034

13

2,617

3,565

4,107

4,765

5,009

5,892

7,042

8,634

9,299

9,926

14

3,041

4,075

4,660

5,368

5,629

6,571

7,790

9,467

10,165

10,821

15

3,483

4,601

5,229

5,985

6,262

7,261

8,547

10,307

11,036

11,721

16

3,942

5,142

5,812

6,614

6,908

7,962

9,312

11,152

11,912

12,624

17

4,416

5,697

6,408

7,255

7,564

8,672

10,085

12,002

12,792

13,531

18

4,905

6,265

7,015

7,906

8,231

9,390

10,865

12,857

13,675

14,440

Продолжение таблицы П. 2

k

Значения , удовлетворяющие равенству при различных значениях 

0,999

0,995

0,99

0,98

0,975

0,95

0,90

0,80

0,75

0,70

19

5,407

6,844

7,633

8,567

8,907

10,117

11,651

13,716

14,562

15,352

20

5,921

7,434

8,260

9,237

9,591

10,851

12,443

14,578

15,452

16,266

21

6,447

8,034

8,897

9,915

10,283

11,591

13,240

15,445

16,344

17,182

22

6,983

8,643

9,542

10,600

10,982

12,338

14,041

16,314

17,240

18,101

23

7,529

9,260

10,196

11,293

11,688

13,091

14,848

17,187

18,137

19,021

24

8,085

9,886

10,856

11,992

12,401

13,848

15,659

18,062

19,037

19,943

25

8,649

10,520

11,524

12,697

13,120

14,611

16,473

18,940

19,939

20,867

26

9,222

11,160

12,198

13,409

13,844

15,379

17,292

19,820

20,843

21,792

27

9,803

11,808

12,879

14,125

14,573

16,151

18,114

20,703

21,749

22,719

28

10,391

12,461

13,565

14,847

15,308

16,928

18,939

21,588

22,657

23,647

29

10,986

13,121

14,256

15,574

16,047

17,708

19,768

22,475

23,567

24,577

30

11,588

13,787

14,953

16,306

16,791

18,493

20,599

23,364

24,478

25,508

Продолжение таблицы П. 2

k

Значения , удовлетворяющие равенству при различных значениях 

0,50

0,30

0,25

0,20

0,10

0,05

0,025

0,02

0,01

0,005

0,001

1

0,455

1,074

1,323

1,642

2,706

3,841

5,024

5,412

6,635

7,879

10,827

2

1,386

2,408

2,773

3,219

4,605

5,991

7,378

7,824

9,210

10,597

13,815

3

2,366

3,665

4,108

4,642

6,251

7,815

9,348

9,837

11,345

12,838

16,268

4

3,357

4,878

5,385

5,989

7,779

9,488

11,143

11,668

13,277

14,860

18,465

5

4,351

6,064

6,626

7,289

9,236

11,070

12,832

13,388

15,086

16,750

20,517

6

5,348

7,231

7,841

8,558

10,645

12,592

14,449

15,033

16,812

18,548

22,457

7

6,346

8,383

9,037

9,803

12,017

14,067

16,013

16,622

18,475

20,278

24,322

8

7,344

9,524

10,219

11,030

13,362

15,507

17,535

18,168

20,090

21,955

26,125

9

8,343

10,656

11,389

12,242

14,684

16,919

19,023

19,679

21,666

23,589

27,877

10

9,342

11,781

12,549

13,442

15,987

18,307

20,483

21,161

23,209

25,188

29,588

11

10,341

12,899

13,701

14,631

17,275

19,675

21,920

22,618

24,725

26,757

31,264

12

11,340

14,011

14,845

15,812

18,549

21,026

23,337

24,054

26,217

28,300

32,909

13

12,340

15,119

15,984

16,985

19,812

22,362

24,736

25,472

26,688

29,819

34,528

14

13,339

16,222

17,117

18,151

21,064

23,685

26,119

26,873

29,141

31,319

36,123

15

14,339

17,322

18,245

19,311

22,307

24,996

27,488

28,259

30,578

32,801

37,697

16

15,338

18,418

19,369

20,465

23,542

26,296

28,845

29,633

32,000

34,267

39,252

17

16,338

19,511

20,489

21,615

24,769

27,587

30,191

30,995

33,409

35,718

40,790

18

17,338

20,601

21,605

22,760

25,989

28,869

31,526

32,346

34,805

37,156

42,312

Продолжение таблицы П. 2

k

Значения , удовлетворяющие равенству при различных значениях 

0,50

0,30

0,25

0,20

0,10

0,05

0,025

0,02

0,01

0,005

0,001

19

18,338

21,689

22,718

23,900

27,204

30,144

32,852

33,687

36,191

38,582

43,820

20

19,337

22,775

23,828

25,038

28,412

31,410

34,170

35,020

37,566

39,997

45,315

21

20,337

23,858

24,935

26,171

29,615

32,671

35,479

36,343

38,932

41,401

46,797

22

21,337

24,939

26,039

27,301

30,813

33,924

36,781

37,659

40,289

42,796

48,268

23

22,337

26,018

27,141

28,429

32,007

35,172

38,076

38,968

41,638

44,181

49,728

24

23,337

27,096

28,241

29,553

33,196

36,415

39,364

40,270

42,980

45,558

51,179

25

24,337

28,172

29,339

30,675

34,382

37,652

40,646

41,566

44,314

46,928

52,620

26

25,336

29,246

30,434

31,795

35,563

38,885

41,923

42,856

45,642

48,290

54,052

27

26,336

30,319

31,528

32,912

36,741

40,113

43,194

44,140

46,963

49,645

55,476

28

27,336

31,391

32,620

34,027

37,916

41,337

44,461

45,419

48,278

50,993

56,893

29

28,336

32,461

33,711

35,139

39,087

42,557

45,722

46,693

49,588

52,336

58,302

30

29,336

33,530

34,800

36,250

40,256

43,773

46,979

47,962

50,892

53,672

59,703

Таблица П. 3. Процентные точки -распределения

Число наблюдений

Процентные точки -распределения при различных уровнях

значимости , %

0,1

0,5

1

5

10

3

1,414

1,414

1,414

1,414

1,412

4

1,732

1,730

1,728

1,710

1,689

5

1,994

1,982

1,972

1,917

1,869

6

2,212

2,183

2,161

2,067

1,996

7

2,395

2,344

2,310

2,182

2,093

8

2,547

2,476

2,431

2,273

2,172

9

2,677

2,586

2,532

2,349

2,238

10

2,788

2,680

2,616

2,414

2,294

11

2,884

2,760

2,689

2,470

2,343

12

2,969

2,830

2,753

2,519

2,387

13

3,044

2,892

2,809

2,563

2,426

14

3,111

2,947

2,859

2,602

2,461

15

3,171

2,997

2,905

2,638

2,494

16

3,225

3,042

2,946

2,670

2,523

17

3,274

3,083

2,983

2,701

2,551

18

3,320

3,120

3,017

2,728

2,577

19

3,361

3,155

3,049

2,754

2,601

20

3,400

3,187

3,079

2,779

2,623

21

3,436

3,217

3,106

2,801

2,644

22

3,469

3,245

3,132

2,823

2,664

23

3,500

3,271

3,156

2,843

2,683

24

3,529

3,295

3,179

2,862

2,701

25

3,556

3,318

3,200

2,880

2,718

26

3,582

3,340

3,220

2,897

2,734

27

3,606

3,360

3,239

2,913

2,749

28

3,629

3,380

3,258

2,929

2,764

29

3,651

3,399

3,275

2,944

2,778

50

3,672

3,416

3,291

2,958

2,792

31

3,692

3,433

3,307

2,972

2,805

32

3,711

3,449

3,322

2,985

2,818

33

3,729

3,465

3,337

2,998

2,830

34

3,746

3,480

3,351

3,010

2,842

35

3,762

3,494

3,364

3,022

2,853

Продолжение табл. П. 3

Число наблюдений

Процентные точки -распределения при различных уровнях

значимости , %

0,1

0,5

1

5

10

36

3,778

3,507

3,377

3,033

2,864

37

3,793

3,521

3,389

3,044

2,874

38

3,808

3,533

3,401

3,055

2,885

39

3,822

3,545

3,413

3,065

2,894

40

3,835

3,557

3,424

3,075

2,904

41

3,848

3,568

3,435

3,084

2,913

42

3,861

3,579

3,445

3,094

2,922

43

3,873

3,590

3,455

3,103

2,931

44

3,885

3,600

3,465

3,112

2,940

45

3,896

3,610

3,474

3,120

2,948

46

3,907

3,620

3,483

3,129

2,956

47

3,918

3,630

3,492

3,137

2,964

48

3,928

3,639

3,501

3,145

2,972

49

3,938

3,648

3,510

3,152

2,980

50

3,948

3,656

3,518

3,160

2,987

51

3,957

3,665

3,526

3,167

2,994

52

3,966

3,673

3,534

3,175

3,001

Таблица П. 4. Значения (верхние значения) и (нижние значения) для различных степеней свободы f1 и f2

f2

f1

f2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

20

50

100

1

161

4057

200

4999

216

5403

225

5675

230

5764

234

5859

237

5928

239

5981

241

6022

242

6056

243

6209

252

6302

253

6334

254

6366

1

2

18,51

98,50

19,00

99,00

19,10

99,17

19,25

99,25

19,30

99,30

19,33

99,33

19,35

99,36

19,17

99,37

19,38

99,39

19,39

99,40

19,44

99,45

19,48

99,48

19,49

99,49

19,50

99,50

2

3

10,13

34,12

9,55

30,82

9,28

29,46

9,12

28,71

9,01

28,24

8,94

27,91

8,89

27,67

8,85

27,49

8,81

27,34

8,79

27,34

8,66

29,69

8,58

26,35

8,55

26,23

8,53

26,12

3

4

7,71

21,20

6,94

18,00

6,59

16,69

6,39

15,98

6,26

15,52

6,16

15,21

6,09

14,98

6,04

14,80

6,00

14,66

5,96

14,55

5,80

14,02

5,70

13,69

5,66

13,57

5,63

13,46

4

5

6,01

16,26

5,79

13,27

5,41

12,07

5,19

11,39

5,05

10,97

4,95

10,67

4,88

10,46

4,82

10,29

4,77

10,16

4,74

10,05

4,56

9,55

4,44

9,24

4,41

9,13

4,36

9,02

5

7

5,59

12,25

4,74

9,55

4,35

8,45

4,13

7,85

3,97

7,46

3,89

7,19

3,79

7,00

3,67

6,84

3,64

6,72

3,64

6,62

3,44

6,16

3,32

6,07

3,27

5,75

3,23

5,63

7

10

4,96

10,04

4,10

7,56

3,71

6,55

3,48

5,99

3,33

5,64

3,22

5,39

3,14

5,20

3,07

5,06

3,02

4,94

2,98

4,85

2,77

4,41

2,64

4,12

2,59

4,01

2,54

3,91

10

20

4,35

8,10

3,49

5,85

3,10

4,94

2,87

4,43

2,71

4,10

2,60

3,87

2,51

3,70

2,45

3,56

2,39

3,46

2,35

3,37

2,12

2,94

1,97

2,64

1,91

2,54

1,84

2,42

20

Продолжение таблицы П. 4

f2

f1

f2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

20

50

100

50

4,03

7,17

3,18

5,06

2,79

4,20

2,56

3,72

2,40

3,41

2,29

3,19

2,20

3,02

2,13

2,89

2,07

2,79

2,03

2,70

1,78

2,26

1,60

1,95

1,52

1,82

1,44

1,68

50

100

3,94

6,90

3,09

4,82

2,70

3,98

2,46

3,51

2,31

3,21

2,19

2,99

2,10

2,82

2,03

2,69

1,97

2,59

1,93

2,50

1,68

2,06

1,48

1,73

1,39

1,60

1,28

1,43

100

3,84

6,63

3,00

4,61

2,60

3,78

2,37

3,32

2,21

3,02

2,10

2,80

2,01

2,64

1,94

2,51

1,88

2,41

1,83

2,32

1,57

1,88

1,35

1,52

1,24

1,35

1,00

1,00

Таблица П. 5. Значения (верхняя строчка) и (нижняя строчка) (критерий Кохрена) для различных количеств (k)