 |
Определение границ фазовых составляющих сплава с помощью четкой логики
|
|
|
|
Лабораторная работа №3
«Определения границ фаз в термическом анализаторе сплавов с помощью нечеткой логики»
Вариант №3+8
Выполнила:
студентка 5 курса
ФАКС, гр. ВВ-31м
Чепижная Е.Ю.
Киев-2014
Цель работы:
написать программу для обнаружения границ фаз в термическом анализаторе алюминиевых сплавов.
Краткие теоретические сведения
Термический анализ сплавов основан на изучении свойств сплавов при их затвердевании. Он позволяет получить информацию как о химическом составе сплава и процентном содержании каждого химического компонента, так и о его физических свойствах, таких как пористость, твердость и т.д. При этом важным этапом в термическом анализе является получение кривой темпа охлаждения (КТО), которая является «паспортом» сплава и несет в себе информацию как о его химическом составе, так и о его физических свойствах.
В термическом анализаторе алюминиевых сплавов «ThermEx» действует следующий алгоритм получения характеристик сплава:
а) Получение кривой охлаждения (КО) путем измерения температуры остывания сплава и первичной обработки информации.
б) Дифференцирование КО с целью получения КТО.
В) Определение границ фазовых компонентов по КТО.
Г) Классификация фаз по химическому составу.
Д) Определение химического состава и физ. свойств сплава.
Как можно видеть, правильное определение границ фаз является важным этапом для получения достоверной информации о характеристиках сплава.
Реальная КТО представлена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Кривая темпа охлаждения.
По КТО судят о наличии химических компонентов в сплаве, отличных от алюминия. Основной примесью, как правило, является кремний. На сегодняшний день известно порядка 20 химических элементов, присутствующих в алюминиевых сплавах. Термический анализ позволяет в течении 5 мин. получить информацию о химическом составе сплава, процентном содержании каждого химического компонента и о его физических свойствах.
|
|
|
На КТО фаза имеет перевернутую колоколообразную форму. Для человека-эксперта правильное определение границ фаз не представляет труда, но при попытке автоматизации процесса возникает ряд проблем.
При автоматизации процесса обнаружения фазы проверяется каждый участок подозрительный на фазу. Каждый такой участок имеет два локальных максимума и один локальный минимум.
В сплаве обычно количество фаз колеблется от 1 до 6, реже – больше шести. Поэтому задача обнаружения фаз, как с помощью четкой логики, так и с помощью нечеткой логики, фактически сводится к обнаружению второй, третьей и т.д. фаз, т.к. первая фаза присутствует всегда и анализировать ее нет смысла.
Определение границ фазовых составляющих сплава с помощью четкой логики
Для каждого анализируемого участка вычисляются параметры, по значениям которых принимается решение о том, является ли данный участок фазой или нет. Для этого находятся левый максимум, с координатами (xmax1, ymax1), правый максимум, с координатами (xmax2, ymax2) и минимум, с координатами (xmin, ymin). Затем вычисляются следующие параметры (рисунок 1.2):
S – площадь под анализируемым участком кривой, между двумя локальными максимумами;
XRATIO = x1/x2 – величина, равная отношению временных расстояний (по оси Х) между первым и вторым локальными максимумами и минимумом, соответственно;
YRATIO = max{y1/y2; y2/y1} – максимальное значение отношений разности темпов охлаждения (по оси Y) между первым и вторым локальными максимумами и локальным минимумом, соответственно.
Рисунок 1.2 - Анализируемые параметры для четкой логики.
|
|
|
Затем эти параметры сравнивались с их граничными значениями Sгр, Хгр и Yгр соответственно.
При определении границ фаз возможны два вида ошибок: ошибки первого рода – фаза распознается как шум, и ошибки второго рода – шум распознается как фаза.
Недостатком такого метода является то, что существует вероятность того, что для новой полученной кривой эти значения параметров могут незначительно отличаться от граничных значений, и решение будет выдано неправильно.
Вот почему было предложено использовать математический аппарат теории нечетких множеств, который позволил бы избавиться от этого недостатка.
1.3 Алгоритм определения границ фаз с помощью четкой логики
Алгоритм определения границ фаз с помощью четкой логики:
1. Считать из файла массив данных для КТО.
2. Определить точки начала и конца кристаллизации.
3. Определить границы первой фазы.
4. Найти следующий участок, подозрительный на фазу.
5. Определить для него значения параметров, описанных в пункте 1.2.
6. Сравнить полученные значения параметров с граничными значениями.
7. Если условие о принадлежности анализируемого участка фазе выполняется, то строятся границы этой фазы. В противном случае принимается решение о том, что анализируемый участок является шумом и пропускается.
8. Операции по пп. 4-7 повторять для тех пор, пока не будет достигнута точка конца кристаллизации.
Нахождение участка, подозрительного на фазу, удобнее всего реализовать через два файла-процедуры: первый определяет левый максимум и минимум, второй определяет правый максимум фазы. При этом эти две программы работают последовательно: сначала определяется левый максимум и минимум, потом определяется правый максимум. По окончанию работы этих программ получаем координаты трех точек: двух локальных максимумов и локального минимума, по которым легко определить значения параметров S, XRATIO и YRATIO.
|
|
|
