德州農(nóng)工大學(xué)的研究人員現(xiàn)已開發(fā)出一個全面的數(shù)學(xué)框架，可以幫助工程師做出明智的決定，以決定使用哪種傳感器以及它們在飛機和其他機器中的位置。

副教授Raktim Bhattacharya博士說：“在任何控制系統(tǒng)的早期設(shè)計階段，都必須做出關(guān)鍵決策，以決定使用哪種傳感器以及將傳感器放置在何處，以便對系統(tǒng)進行優(yōu)化以測量特定的物理量。”在航空航天工程系。“借助我們的數(shù)學(xué)公式，工程師可以為模型提供需要感知的信息和精度的信息，并且模型的輸出將是所需最少的傳感器及其精度。”

研究人員在6月出版的《電氣電子工程師學(xué)會控制系統(tǒng)快報》中詳細介紹了他們的數(shù)學(xué)框架。

無論是汽車還是飛機，復(fù)雜的系統(tǒng)都有需要測量的內(nèi)部屬性。例如，在一架飛機中，用于角速度和加速度的傳感器被放置在特定位置以估計速度。

傳感器也可以具有不同的精度。用技術(shù)術(shù)語來說，精度是通過傳感器測量中的噪聲或擺動來測量的。這種噪聲影響內(nèi)部特性的預(yù)測準(zhǔn)確度。但是，精度可能會因系統(tǒng)和應(yīng)用程序而有所不同。例如，某些系統(tǒng)可能要求預(yù)測中的噪聲不超過特定數(shù)量，而其他系統(tǒng)可能需要噪聲的平方盡可能小。在所有情況下，預(yù)測精度都會直接影響傳感器的成本。

Bhattacharya說：“如果要獲得兩倍的傳感器精度，則成本可能會增加一倍以上。” “此外，在某些情況下，甚至不需要很高的精度。例如，不需要昂貴的用于檢測物體的4K HD車載攝像頭，因為首先，不需要精細的功能來將人與其他汽車區(qū)分開，其次，對數(shù)據(jù)的處理需要高清晰度。高清攝像機成為一個問題。”

Bhattacharya補充說，即使傳感器非常精確，知道放置傳感器的位置也是至關(guān)重要的，因為可能會將昂貴的傳感器放置在不需要的位置。因此，他說理想的解決方案通過優(yōu)化傳感器的數(shù)量及其位置來平衡成本和精度。

為了驗證這一基本原理，Bhattacharya和他的團隊使用描述了F-16飛機模型的一組方程式設(shè)計了數(shù)學(xué)模型。在他們的研究中，研究人員的目的是估計前進速度，相對于飛機的風(fēng)向角(迎角)，飛機指向的位置與地平線之間的角度(俯仰角)和俯仰角這架飛機的價格。他們可以使用飛機上通常用于測量加速度，角速度，俯仰率，壓力和迎角的傳感器。此外，該模型還為每個傳感器提供了預(yù)期的精度。

他們的模型表明，并不需要所有傳感器來精確估計前進速度。角速度傳感器和壓力傳感器的讀數(shù)就足夠了。而且，這些傳感器足以估計其他物理狀態(tài)，例如迎角，從而無需額外的迎角傳感器。實際上，這些傳感器盡管是測量迎角的替代物，但具有在系統(tǒng)中引入冗余的效果，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。

Bhattacharya說，該數(shù)學(xué)框架經(jīng)過精心設(shè)計，因此即使它配備了多種傳感器供選擇，它也始終指示所需的最少傳感器。

他說：“讓設(shè)計人員想將每種類型的傳感器都放置在任何地方。我們的數(shù)學(xué)模型的優(yōu)點在于，它將取出不必要的傳感器，然后為您提供所需的最少數(shù)量的傳感器及其位置。”

此外，研究人員指出，盡管該研究是從航空航天工程的角度進行的，但他們的數(shù)學(xué)模型非?；\統(tǒng)，并且也會影響其他系統(tǒng)。

Bhattacharya說：“隨著工程系統(tǒng)變得越來越大和越來越復(fù)雜，將傳感器放置在何處的問題變得越來越困難。” “因此，例如，如果您要建造一個非常長的風(fēng)力渦輪機葉片，則需要使用傳感器來估算系統(tǒng)的某些物理屬性，并且需要將這些傳感器放置在最佳位置以確保結(jié)構(gòu)不會失效。這是不平凡的，這就是我們數(shù)學(xué)框架的用武之地。”