Визуальная линейная аппроксимация с помощью gnuplot

Сжатие данных и ассоциативная память

Способность нейросетей к выявлению взаимосвязей между различными параметрами дает возможность выразить данные большой размерности более компактно, если данные тесно взаимосвязаны друг с другом. Обратный процесс — восстановление исходного набора данных из части информации — называется (авто)ассоциативной памятью. Ассоциативная память позволяет также восстанавливать исходный сигнал/образ из зашумленных/поврежденных входных данных. Решение задачи гетероассоциативной памяти позволяет реализовать память, адресуемую по содержимому.

Neural Network Toolbox — это пакет расширения MATLAB, содержащий средства для проектирования, моделирования, разработки и визуализации нейронных сетей.

Нейросетевые технологии позволяют решать такие задачи, решение которых классическими формальными методами затруднено или не возможно. Пакет обеспечивает всестороннюю поддержку типовых нейросетевых парадигм и имеет открытую модульную архитектуру. Пакет содержит функции командной строки и графический интерфейс пользователя для быстрого пошагового создания нейросетей.

ИБП вида off-line

Пассивный ИБП этого вида является источником резервного действия. Его устройство коммутации при нормальных параметрах качества сетевого напряжения обеспечивает непосредственное подключение нагрузки к питающей сети. В случае кратковременного пропадания напряжения на входе ИБП коммутирующее устройство переводит питание потребителей на аварийный (резервный) режим. Источником электрической энергии в этом случае является встроенный аккумулятор.

Вам будет интересно:Мультиварка с функцией скороварки Moulinex CE 501132: описание, характеристики, отзывы

Его напряжение постоянного тока инвертором преобразуется в модифицированную синусоиду напряжения переменного тока, которое через контакты электромагнитного реле коммутатора поступает для питания нагрузки. Для подзарядки аккумуляторной батареи (АКБ) служит выпрямитель напряжения внешней питающей сети. Для ее защиты от высокочастотных помех, возникающих при работе импульсного инвертора, в ИБП предусмотрен фильтр. Его элементы также защищают устройства нагрузки от кратковременных скачков превышения сетевого напряжения.

При выборе инвертора для электростанции на своем объекте у клиентов Центра Альтернативной Энергетики «АльтЦентр» часто возникает вопрос, в чем отличие инверторов с чистой и модифицированной синусоидой?

Рассмотрим типы выходных сигналов с инверторов и метод их получения. Начнем с самого простого.

Данный сигнал получается на выходе самого простого инвертора, состоящего из коммутатора и трансформатора. В коммутаторе задается частота переключения постоянного тока, к примеру, +12В, -12В с частотой 50Гц, а в трансформаторе происходит повышение величины напряжения до 220В. На выходе получается переменное напряжение 220В с частотой 50Гц.

Такие инверторы практически не выпускаются, так как данный сигнал негативно влияет на работу оборудования и способен вывести его из строя.

В отличие от простого меандра имеет режим короткого замыкания в коммутаторе, в результате имеем паузу в нулевом значении напряжения, создающую определенную ступеньку в форме сигнала.

В коммутаторе задается частота переключения постоянного тока, к примеру, +12В, 0В и -12В с частотой 50Гц, а в трансформаторе происходит повышение величины напряжения до 220В, на выходе получается переменное напряжение 220В с частотой 50Гц  форме модифицируемой синусоиды.

При использовании дополнительных задержек на различных уровнях напряжения можно получить многоступенчатую форму сигнала или аппроксимированную синусоиду, что тоже является модифицированной, но максимально приближенной к идеальной синусоиде формой сигнала.

Несмотря на близкую приближенность к идеальной синусоиде, и расширенное использование, данная форма сигнала все равно не подходит для многих типов устройств, так как для них любая ступень  в форме питающего сигнала наводит помехи в работе и приводит к перегреву и выходу из строя оборудования.

Инверторы с модифицированной или аппроксимированной синусоидой можно применять для питания простых устройств типа лампочек, нагревателей или для устройств, имеющих импульсный блок питания, компьютеры, цифровая техника, и другие устройства нетребовательные к качеству питающего тока.

Получается только на выходе инверторов с другим способом преобразования. В данных инверторах постоянный ток сначала повышается до 300В, а потом через два канала высокочастотного коммутатора по мостовой схеме с частотой 50Гц получается две синусоиды с напряжением от -300В до +300В и сдвигом по времени на 180 градусов. Их наложение дает на выходе инвертора переменное напряжение 220В с формой идеальной синусоиды.

Инверторы с идеальной синусоидой формы выходного сигнала необходимы для питания устройств, требовательных к питающему напряжению. К ним относятся, насосы отопительного оборудования, холодильники, асинхронные двигатели, дроссели и т.д.

Топологии для формирования синусоидального сигнала

следующим образом

Плюсы:

• Минимально возможное количество силовых транзисторов, а значит потери в 2 раза меньши и стоимость устройства тоже ниже
• Сквозной ноль. Это упрощает процесс сертификации, особенно CE и ATEX. Связано это с тем, что сквозной ноль позволяет системам защиты по входу (например, УЗО) срабатывать так же при возникновение аварии в выходных цепях после преобразователя
• Простая топология, что позволяем максимально уменьшить стоимость изделия при мелко-
  и средне серийном производстве

Минусы:

• Необходимость двухполярного источника питания. Как видите на схему инвертора надо подавать ±380В и еще ноль
• Удвоенное количество высоковольтных конденсаторов. Высоковольтные конденсаторы большой емкости и с малым ESR на мощностях от 3-4 кВт начинают составлять от 20 до 40%
  стоимости компонентов
• Применение электролитических конденсаторов в «делителе». Они сохнут, подобрать конденсаторы с одинаковыми параметрами практически нереально, а если учесть, что параметры электролитов меняются в процессе эксплуатации, то и бессмысленно. Заменить на пленку можно, но дорого

Плюсы:

• Очень высокая надежность. Она в основном обусловлена качеством системы управления силовыми транзисторами и не зависит от деградации компонентов
• Входная емкость требуется в разы, а то и на порядок меньше. Необходимо лишь обеспечить расчетное значение ESR. Это позволяет использовать пленочные конденсаторы при сохранение себестоимости. Пленочные конденсаторы — не сохнут, лучше ведут в суровых температурах, рабочий ресурс на порядок выше, чем у электролитов
• Минимальные пульсации напряжения на транзисторах, а значит можно применить транзисторы на меньшее напряжение
• Простота и понятность алгоритмов работы. Это приводит к значительному уменьшению времени на разработку изделия, а также на его пуско-наладочные работы

Минусы:

• Увеличенное количество силовых транзисторов, а значит необходимо более серьезное охлаждение. Увеличение цены на транзисторах, но за счет меньшего количества конденсаторов это скорее даже плюс
• Повышенная сложность драйвера, особенно при требованиях к наличию гальванической развязки

Небольшой итог

Формирование синусоидальной формы сигнала с помощью ШИМ

курильщика

Расчет значений для формирования синуса

n — значение скважности в данной дискретной точке
A — амплитуда сигнала, то есть максимальное значение скважности. У нас это 1000
pi/2 — 1/4 периода синуса попадает в pi/2, если считаем 1/2 периода, то pi
x — номер шага
N — количество точек

Использую для статьи старенький микроконтроллер STM32F100RBT6 (отладка STM32VL-Discovery), его частота 24 МГц.
Считаем сколько тактов будет длиться период 20 мс: 24 000 000 Гц / 50 Гц = 480 000 тиков
Значит половина периода длится 240 000 тиков, что соответствует частоте 24 кГц. Хотите повысить несущую частоту — берите камень шустрее. 24 кГц наши уши все таки услышат, но для тестов или железки, стоящей в подвале пойдет. Чуть позже я планирую перенести на F103C8T6, а там уже 72 МГц.
240 000 тиков… Тут логично напрашивается 240 точек на половину периода

Таймер будет обновлять значение скважности каждые 1000 тиков или каждые 41,6 мкс

тут

Назначение источников бесперебойного питания

Основной задачей ИБП является сохранение питающего потребителей переменного напряжения при его внезапном пропадании в сети. Они не выполняют функцию стабилизации напряжения сети, а являются аварийными источниками напряжения переменного тока с аппроксимированной синусоидой. Бесперебойники не предназначены для продолжительной работы подключенного к ним оборудования в случае аварии на линиях сетевого напряжения.

ИБП должны обеспечить работу потребителей в течение времени, достаточном для завершения процессов, которые нельзя прерывать внезапно. Во время работы ИБП с аппроксимированной синусоидой будут созданы условия для штатного отключения нагрузки. Это сохранит его работоспособность при дальнейшем использовании. Часто можно встретить ссылку на UPS-источник бесперебойного питания. UPS в ней является аббревиатурой английского обозначения ИБП.

Где купить

Инвертор — это прибор, который не относится к товарам повседневного спроса, поэтому его нельзя приобрести в простом магазине или супермаркете. Реализацией подобных изделий занимаются специализированные организации и торговые сети, ориентированные на альтернативные виды энергии, используемые для автономного электроснабжения объектов различных типов.

Если у потребителя уже установлена солнечная электростанция или ветровой генератор, то лучше всего приобрести модель того производителя, оборудование которого уже используется. Для этого необходимо найти дилера этой компании и заключить с ним договор поставки.

Если создается новая система автономного электроснабжения и пользователь самостоятельно выполняет ее комплектацию, то можно пойти несколькими путями, это:

1. Опять же найти дилера компании, производящей подобные устройства и приобрести товар у него.
2. Обратиться в торговую компанию, реализующую приборы из этой группы товаров.
3. Поискать необходимое устройство в сети интернет, где представлен достаточно широкий ассортимент подобных устройств.

Как сделать своими руками

При желании изготовить инвертор типа «чистый синус» своими руками, необходимо помнить, что это достаточно сложное электронное устройство. При самостоятельном изготовлении необходимо не только уметь работать с паяльником, а также нужно знать, как правильно монтировать микросхемы и прочие электронные комплектующие. Уметь работать с электронными приборами, с помощью которых можно отслеживать форму выходного сигнала, а также подстраивать элементы схемы, обеспечивающие соответствие формы и силы выходного сигнала, предъявляемым требованиям.

Ниже, приведена одна из схем, используя которую, можно самостоятельно собрать подобный прибор. Это достаточно простая схема, но тем не менее, она широко используется и промышленными производителями таких устройств.

В качестве генератора сигналов используется микросхема КР1211ЕУ1, а в качестве ключей — транзисторы IRL2505. Повышающий трансформатор повышает напряжение на выходе до 220 вольт, а снижение высокочастотных помех осуществляет конденсатор.

Мощность устройства, собранного по этой схеме – до 0,5 кВт, в зависимости от мощности трансформатора.

Аккумуляторы для ИБП

ИБП отличаются также по тому, какие аккумуляторы используются:

встроенные;

внешние;

смешанные.

Встроенные аккумуляторы обеспечивают работу подключенной аппаратуры в течение 10 минут. Этого времени достаточно для завершения работы компьютера или включения портативного генератора.

Внешние аккумуляторы обеспечивают питание электроприборов в течение нескольких часов (в зависимости от емкости). Их можно заменить при выходе из строя или добавить, если емкость оказалась недостаточной. Напряжение их может быть различным — 12, 24, 36V или любое, кратное 12.

При использовании смешанных аккумуляторов к внутренним аккумуляторам подключаются внешние, того же напряжения. В некоторых случаях в качестве внешнего аккумулятора можно использовать автомобильный, но производители не гарантируют нормальной работы устройства.

В любом случае, ИБП надежнее обеспечивает работу электрооборудования вместе с портативным генератором. О том, как его выбрать рассказывает статья «Генератор для дома и дачи»

Принцип работы

Работа аппаратов типа «чистый синус», обеспечивающих параметры напряжения на выходе, соответствующие параметрам внешних электрических сетей, осуществляется следующим образом:

• Постоянное напряжение, подается на прибор с аккумуляторных батарей (12,0 В) и проходит предварительную обработку, в процессе которое его значение достигает значения цепи питания нагрузки (220,0 В);
• Электрическая энергия, преобразованная в требуемые значения напряжения, поступает на мостовой инвертор, где напряжение постоянного тока преобразуется в переменное.

Форма выходного сигнала близка к чистой синусоиде, что достигается путем использования транзисторов, управляемых по методу многократной широтно-импульсной модуляции;

Установленный в приборе высокочастотный фильтр низких частот придает выходному сигналу вид чистой синусоиды.

Самодельный инвертор с чистым синусом

Цена ценой, но это достаточно сложный прибор. Поэтому за самостоятельное его изготовление стоит браться только при наличии определенного опыта. Пригодятся уверенные знания схемотехники, а также навыки и опыт пайки, монтажа схем, использования измерительных приборов и настройки элементов микросхемы.

Инвертор «чистый синус»: схема

Рассмотрим эту простую, но популярную даже в промышленности схему чуть подробнее. Сигналы генерируются при помощи микросхемы КП1114ЕУ. Два транзистора IRFZ44N используются как ключи. Конденсатор служит фильтром высокочастотного шума, а трансформатор обеспечивает выходное напряжение в 220 Вольт.

В первый раз схему лучше собрать на макетной плате. Для получения чистого синуса многие элементы придется подбирать или дополнительно настраивать (ориентируясь на показания осциллографа). Неопытным схемотехникам потребуется изрядная доля терпения, поэтому лучше заранее найти специалиста, у которого можно будет попросить совета или помощи.

Принцип работы

Инвертор — это прибор для преобразования напряжения. Например, он может преобразовать постоянный ток с напряжением в 12 Вольт (полученный при помощи солнечной панели) в переменный с напряжением в 220 Вольт (подходит для питания бытовых устройств). Без этого небольшого устройства практически невозможно полноценное использование энергии гелиопанелей и ветряков для домашних нужд.

Инверторы бывают разные. В зависимости от конструкции прибора и его предназначения он выдает выходной сигнал разной формы:

• синусоида;
• квазисинусоида;
• импульсный.

Увидеть форму можно, если подключить к цепи специальный измерительный прибор — осциллограф. Он как бы разворачивает сигнал во времени: по оси Х мы видим временной интервал, а по оси У — уровень напряжения.

Самое качественное напряжение, близкое по параметрам к внешней электросети, выдает инвертор «чистый синус». Принцип его работы заключается в следующем:

• При подаче энергии с аккумулятора на инвертор, она изменяется с 12 Вольт на 220 Вольт.
• Преобразованная электроэнергия попадает на мостовой инвертор, где постоянный ток превращается в переменный.
• Высокочастотный фильтр низких частот определяет форму чистой синусоиды у напряжения на выходе.

Плюсы и минусы

К достоинствам инверторов типа «чистый синус» можно отнести их следующие свойства:

1. Синусоида на выходе близка к форме кривой напряжения бытовой сети 220 Вольт промышленного способа производства электрической энергии.
2. Форма выходного сигнала позволяет подключать к приборам данного типа различные технические устройства, работа которых зависит от качества напряжения питающей сети.
3. Использование инверторов типа «чистый синус» увеличивает сроки эксплуатации бытовых приборов и технических устройств, чувствительных к качеству напряжения.
4. Улучшаются условия эксплуатации подключенной нагрузки: снижается шум при работе циркуляционных насосов и их нагрев, работа различных источников света и электронных устройств, не происходит «зависание» компьютера и электронных гаджетов.

Основным недостатком инверторов «чистый синус» является их высокая стоимость, в сравнении с приборами, выдающими выходной сигнал иной формы.

Пример реализации

Для примера реализации воспользуемся набором значений, полученных в соответствии с уравнением прямой

y = 8 · x — 3

Рассчитаем указанные коэффициенты по методу наименьших квадратов.
Результат сохраняем в форме двумерного массива, состоящего из 2 столбцов.
При следующем запуске программы добавим случайную составляющую к указанному набору значений и снова рассчитаем коэффициенты.Реализация на Си

123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS#include #include // Задание начального набора значенийdouble ** getData(int n) {  double **f;  f = new double*;  f = new double;  f = new double;  for (int i = 0; i    f = (double)i;    f = 8 * (double)i — 3;    // Добавление случайной составляющей    f = 8*(double)i — 3 + ((rand()%100)-50)*0.05;  }  return f;}// Вычисление коэффициентов аппроксимирующей прямойvoid getApprox(double **x, double *a, double *b, int n) {  double sumx = 0;  double sumy = 0;  double sumx2 = 0;  double sumxy = 0;  for (int i = 0; i    sumx += x;    sumy += x;    sumx2 += x * x;    sumxy += x * x;  }  *a = (n*sumxy — (sumx*sumy)) / (n*sumx2 — sumx*sumx);  *b = (sumy — *a*sumx) / n;  return;}int main() {  double **x, a, b;  int n;  system(«chcp 1251»);  system(«cls»);  printf(«Введите количество точек: «);  scanf(«%d», &n);  x = getData(n);  for (int i = 0; i    printf(«%5.1lf — %7.3lf\n», x, x);  getApprox(x, &a, &b, n);  printf(«a = %lf\nb = %lf», a, b);  getchar(); getchar();  return 0;}

Типы ИБП и их характеристики

Все ИБП предназначены для обеспечения работы электроприборов при исчезновении напряжения 220V. Но они отличаются по принципу работы. Сравнение источников бесперебойного питания поможет лучше защитить дом от перебоев электроэнергии.

ИБП off-line

Эти приборы чаще всего используют в качестве источников резервного питания. Время автоматического перехода на работу от аккумуляторов достигает 10 миллисекунд. Иногда этого недостаточно и компьютер успевает отключиться. Кроме этого, эти ИБП при выходе напряжения за заданные параметры переходит на работу от аккумуляторов. Поскольку аккумуляторы рассчитаны на определенное количество циклов заряд-разряд, это приводит их к преждевременному выходу из строя. И хотя ИБП этого типа стоят дешевле, но с учетом возможной замены аккумуляторов обойдутся дороже, чем ИБП других типов.

К ним также можно отнести инверторы 12-220V, рассчитанные на работу от автомобильных аккумуляторов.

Использовать их целесообразно при редких отключениях энергии и отсутствии проблем с напряжением в сети. А также ИБП типа off-line, при условии достаточной мощности аккумуляторов можно взять с собой на природу или на дачу для зарядки ноутбука или питания небольшого кипятильника и ЖК телевизора. После возвращения домой ИБП необходимо включить в розетку для заряда аккумулятора. Разряженный аккумулятор хранить не рекомендуется.

ИБП line-interactive (линейно-интерактивный)

Эти ИБП отличаются от off-line встроенным стабилизатором напряжения и меньшим временем срабатывания — 3-5 миллисекунд. При отклонении напряжения сети больше допустимых стабилизатор пытается изменить выходное напряжение без перехода на питание от аккумулятора. Это экономит его ресурс.

ИБП line-interactive предназначены для обеспечения бесперебойной работы компьютеров, аварийного освещения и маломощной бытовой техники. Конечно, можно через него подключить стиральную машину или электроотопления, а аккумуляторы использовать емкостью, позволяющей продолжать это несколько часов или дней, но стоимость многократно превзойдет стоимость портативного генератора. Подробнее о том, как выбрать портативный генератор написано в статье «Генератор для дома и дачи«.

ИБП online

Еще более сложными, дорогими, но надежными являются ИБП online, или с двойным преобразованием. В этих приборах поступающее напряжение 220V заряжает аккумулятор, после чего снова преобразовывается в переменное напряжение 220V. Эти ИБП стоят дороже, чем ИБП line-interactive, но обеспечивают стабильное напряжение и защищают от грозовых разрядов и высокочастотных помех, приходящих по сети. Благодаря тому, что происходит постоянное преобразование напряжения аккумулятора в переменное 220V, время перехода на питание от аккумулятора отсутствует, но сам аккумулятор постоянно работает в режиме заряд-разряд и изнашивается быстрее, чем в ИБП других типов.

Эти ИБП используют для защиты особоважного оборудования, например, серверов или медицинских приборов. Использовать их в быту нет необходимости

Прогнозирование

Способности нейронной сети к прогнозированию напрямую следуют из ее способности к обобщению и выделению скрытых зависимостей между входными и выходными данными. После обучения сеть способна предсказать будущее значение некой последовательности на основе нескольких предыдущих значений и/или каких-то существующих в настоящий момент факторов. Следует отметить, что прогнозирование возможно только тогда, когда предыдущие изменения действительно в какой-то степени предопределяют будущие. Например, прогнозирование котировок акций на основе котировок за прошлую неделю может оказаться успешным (а может и не оказаться), тогда как прогнозирование результатов завтрашней лотереи на основе данных за последние 50 лет почти наверняка не даст никаких результатов.

Как сделать своими руками

При желании изготовить инвертор типа «чистый синус» своими руками, необходимо помнить, что это достаточно сложное электронное устройство. При самостоятельном изготовлении необходимо не только уметь работать с паяльником, а также нужно знать, как правильно монтировать микросхемы и прочие электронные комплектующие. Уметь работать с электронными приборами, с помощью которых можно отслеживать форму выходного сигнала, а также подстраивать элементы схемы, обеспечивающие соответствие формы и силы выходного сигнала, предъявляемым требованиям.

Ниже, приведена одна из схем, используя которую, можно самостоятельно собрать подобный прибор. Это достаточно простая схема, но тем не менее, она широко используется и промышленными производителями таких устройств.

В качестве генератора сигналов используется микросхема КР1211ЕУ1, а в качестве ключей — транзисторы IRL2505. Повышающий трансформатор повышает напряжение на выходе до 220 вольт, а снижение высокочастотных помех осуществляет конденсатор.

Мощность устройства, собранного по этой схеме – до 0,5 кВт, в зависимости от мощности трансформатора.

Плюсы и минусы

Если вы планируете превратить свое жилище в умный дом или поэкспериментировать с отдельными источниками альтернативной энергии, то рано или поздно вы придете к проблеме выбора инвертора для вашей системы. Иначе вы просто не сможете запитать бытовые приборы от сгенерированной и накопленной энергии.

Плюсы использования устройства с чистым синусом:

• Параметры выходного напряжения близки параметрам внешней электросети.
• Возможность безопасного подключения сложных устройств, которые требовательны к качеству напряжения.
• Улучшаются условия использования сетевой нагрузки: меньше шумов, перепадов напряжения и так далее.
• Бытовые приборы и устройства, питаемые от инвертированной энергии, дольше служат.

К минусам прибора можно отнести лишь его высокую стоимость по сравнению с инверторами, выдающими выходное напряжение другого вида. Но с этим недостатком можно бороться, если сделать прибор самостоятельно. Составляющие элементы стоят значительно дешевле готового устройства.

Технические характеристики ИБП

Выбор ИБП производится на основе его технических характеристик. К техническим характеристикам, определяющим качество выполнения требований, предъявляемых к изделиям этого назначения относятся:

• мощность на выходе источника с подключенной нагрузкой, измеряемая в вольт-амперах (ВА) или ваттах (Вт);
• диапазон выходного напряжения с подключенной нагрузкой, измеряемый в вольтах (V);
• время переключения, определяющее время перехода питания нагрузки в резервном режиме от АКБ, измеряемое в миллисекундах (ms);
• диапазон входного сетевого напряжения, в пределах которого ИБП способен стабилизировать выходное напряжения без перехода на резервный режим питания от АКБ;
• коэффициент нелинейных искажений, определяющий в процентном соотношении отличие формы выходного сигнала от чистой синусоиды;
• время работы в автономном резервном режиме питания от АКБ при подключенной нагрузке, определяемое электрической емкостью внутреннего аккумулятора;
• срок службы собственных АКБ, зависящий от технологии их изготовления.

При выборе ИБП не последнюю роль играет и цена бесперебойника. Она напрямую зависит от схемотехнических решений, примененных разработчиком при создании выбранной потребителем модели, и составляет от двух до десятков тысяч рублей.