测力环曲线回归(最小二乘法与图表法)
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分析最小二乘法在工作测力仪二次曲线回归中的应用摘要:随着我国科学技术的不断发展,最小二乘法作为一种数学优化技术在工作测力仪二次曲线回归中也得到了广泛应用。
本文主要介绍应用最小二乘法分析拟合质量流量计的工作曲线,从而有效完善流量计的使用操作参数。
文章首先根据已经存在的工作曲线,通过拟合的方式找出设定流量和工作时间二者的变化规律,然后根据得出的规律拟合找到流量计的设定流量稳定时间曲线。
并且根据该结果指导流量计实际的工作参数设定调整。
关键词:最小二乘法工作测力仪二次曲线回归测力仪又叫测力计,主要是用来测量拉力和压力的一种仪器。
工作测力仪是测力仪中的一种,主要包括百分表测力仪、管形测力仪以及机械式拉力表几种类型。
每种类型的测力仪都有各自的优点和缺点,因此,在对其相关的数据进行测量的时候,测量值也会受到一定程度的影响。
比如说机械式拉力表,其本身具有线性较好的特点,因此在求测量值的时候可以采用直线拟合,而测力环由于本身线性不好,在求其测量值的时候就应该先用其他的拟合方法求其回归方程,然后在通过该方程求出测量值。
一、最小二乘法的工作原理最小二乘法最早提出是在1795年,由高斯在他那星体运动轨道预报工作中提出的。
最小二乘法是一种数学优化技术。
它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。
利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据,并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。
后来,经过一段时间的发展,最小二乘法就成为了估计理论的奠基石。
最小二乘法凭借着自身结构简单,编制程序也不困难等诸多优势,在我国目前很多领域都有广泛的应用,受到了人们的高度重视。
最小二乘法的表示方式有很多种,如果采用标准符号来表示的话,其可以表示为:ax=b(2-43)上述式子中的解是最小化,通过下式中的伪逆可求得:此即最小二乘法的一次完成算法,现代的递推算法,更适用于计算机的在线辨识。
虽然最小二乘法是一种最基本的辨识方法,其应用范围也比较广泛,但是在使用过程中仍然存在一些缺点,一方面是当模型噪声是有色噪声的时候,最小二乘估计不是无偏、一致估计;另一方面随着数据的增长,将出现所谓的“数据饱和”现象。
最小二乘法拟合曲线在工程中的应用摘要:应用MATLAB数值逼近的方法到工程实际中。
本文介绍了MATLAB中最小二乘法相关函数的使用方法。
关键字:最小二乘法MATLAB曲线拟合工程应用1引言:工程实验中常遇到一些相关数据的分析处理,并要求拟合曲线以便反映数组规律和扩大应用范围。
工程实验中,常常会取得一些相关数据,这些数据往往来自与施工密切相关的测量或试验中,比如用拉伸法测暈金属丝杨氏模暈实验中金属丝长度与舷码总质暈存在线性关系,又如预应力千斤顶与油表的配套校验中,油表读数与千斤顶实际张拉力又有一种关系,这些原始数据一般是5组以上。
2方法原理介绍现实中通过测量或试验取得的各组数据其本身不可避免地带有测试误差,如果构造一个较为简单的插值法P(x)来逼近真实函数f(x),当个别数对误差影响较大时就会引起插值函数发生严重波动,从而影响逼近精度,因为插值法要求插值函数通过插值节点,即P(x7) = f(x y),j = 0,1,这时候,为尽可能减小测试误差对逼近精度的影响,我们可以用另一种方法构造一个经验公式,使得该公式在每一个节点上所求得的结果与原测试结果的差的平方和最小,即曲线拟合的误差最小,精度最高,这就是最小二乘法原理,用定义表述为:设有n对数据石、x t (j = 0,1,••- ,n),通过这些数据找一个m次P(x) = a0 +a1x+ ••• + a m x m (m < n),适当选取系数使得詆%"…,%)= -力]'为最小值,则称p(x)为最小二乘拟合多项式,或称x、yZ间的经验公式。
3仿真结果分析比较(1)求解张拉千斤顶与油表读数的回归方程预应力千斤顶与油表的配套校验中,分级张拉数据可达到5〜20组,而张拉力与油表读数实际为线性关系,一般只需两组数据便可确定其关系式,但数据越多,回归方程越真实,越精确。
此时采用最小二乘法可使每一组数据参与回归。
经验公式:y=ax+b某千斤顶校验数据见下表(z7)MATLAB 程序:x=[0 100 300 500 700 900 1100]; y=[0 11 11.2 18.4 25.1 32.2 39.0]; plot(x,y;o,);xlabelC标准压力值(kN)*);ylabelf 油表读数(MPa)');4035200 400600800 1000 1200标准压力值(kN)从图中可以看出第二组数据偏离直线,误差较大,回归时舍君亥组数据,取n=6组。
最小二乘法和总体最小二乘法线性回归中的估值漂移及其判定摘要线性回归分析研究的是建立一个能反映因变量Y与一个或多个自变量X之间关系的线性回归方程,利用这个方程,来分析因变量和自变量之间的相互关系以及回归系数等的相关情况。
经典最小二乘法(LS法)和总体最小二乘法(TLS法)都可以用于解算线性回归方程。
实验表明,LS法和TLS法在进行线性回归分析时,均可能出现回归参数显著地偏离其真值的情形,即回归参数估值漂移。
本文对LS法和TLS法线性回归中的估值漂移及其判定方法进行了研究。
通过LS法线性回归分析的算例和仿真实验,说明了线性回归分析中存在回归系数估值漂移的现象,以及仅用复相关系数和复判定系数判断线性回归有效性的局限性。
通过一元至五元线性回归的仿真实验,讨论了判定线性回归系数估值漂移指标和判定回归系数有效性的基本条件。
对LS法解算线性回归特别是回归系数有效性的确定具有更高的可靠性。
通过TLS法线性回归分析的算例和仿真实验,说明了在三种误差模型下((1)因变量和自变量同时含有误差的情形;(2)仅因变量含有误差的情形;(3)仅自变量含有误差的情形),TLS法解算线性回归方程中同样会出现回归系数估值漂移现象,通过一元至五元线性回归的仿真实验,确定了判断一元至五元线性回归系数估值漂移指标。
算例和仿真实验还说明了在三种误差模型下TLS法在解算线性回归方程中存在的观测值验后方差因子偏小,回归系数估值的相对真误差与相对均方误差两者存在显著差异的问题,以及用TLS法解算线性回归方程的观测值估值和回归系数估值缺乏足够精度,可靠性低的问题,并对相关问题进行了讨论。
对TLS法解算线性回归特别是回归系数有效性的确定具有更高的可靠性。
关键字:最小二乘法,总体最小二乘法,线性回归,估值漂移,回归有效性THE ESTIMATED VALUE DRIFT OF LINEAR REGRESSIONBY LS&TLS METHODABSTRACTLinear Regression Analysis is used to establish a linear model to reflect correlation between the dependent variable and one or more independent variables, as well as between the regression coefficients, etc. The classical Least Squares method (LS method) and the Total Least Square method (TLS method) can be used to set up linear regression models or equations. However, many experiments show that the results by either LS method or TLS method can significantly deviate from the true values of the regression parameters.Using the Least square method through the example and the simulation experiment of the linear regression, the problem of the estimated value drift of regression coefficients is illusitrated, and the results only with multiple correlation coefficients and multiple decision coefficients to judge whether the valuation deviates from the truth are unreliable. Through one to five dimensional linear regression simulation experiments, the drift index of the estimated value is concluded, and the judgement conditions are drawn, and relative valuations such as observations of variance are discussed and analysed.Through the example and the simulation experiment of the Total least square mathod in three kinds of random error model, the problem that posterior variance of observations is too small and the obvious difference between the relative true error and the relative mean squareerror of the regression coefficient are shown, furthermore, the reason is discussed and analised.KEY WORDS:TLS method, LS method, Linear Regression, the Estimated Value Drift, Regression Validity目录第一章绪论 (1)1.1 研究背景和选题意义 (1)1.1.1 研究背景 (1)1.1.2 选题意义 (3)1.2 研究内容、方法和组织结构 (3)1.2.1 研究内容 (3)1.2.2 研究方法 (4)1.2.3 组织结构 (4)第二章参数的估值漂移和检验方法 (6)2.1 参数估值的相对真误差和估值漂移 (6)2.2 判定参数估值漂移的初步方法 (6)2.3 有关系数的确定 (7)第三章最小二乘法线性回归的估值漂移及其判定 (9)3.1 线性回归的计算 (9)3.2 估值漂移算例 (10)3.3线性回归仿真实验 (16)3.3.1仿真实验说明 (16)3.3.2仿真实验一 (17)3.3.3仿真实验二 (22)3.4三元线性回归估值漂移的讨论 (26)3.5最小二乘法线性回归中回归系数估值漂移的判定 (27)第四章总体最小二乘法线性回归的估值漂移 (30)4.1 总体最小二乘法及误差模型 (30)4.2 三元线性回归估值漂移算例 (31)4.3三元线性回归仿真实验 (37)4.3.1仿真实验一 (37)4.3.2仿真实验二 (44)4.4总体最小二乘法线性回归估值漂移总结 (48)4.5 总体最小二乘法精度评定的分析 (51)第五章总结与展望 (52)5.1 论文总结 (52)5.2 论文展望 (53)参考文献 (54)致谢 (58)攻读硕士研究生学位期间发表学术论文和参与科研项目 (59)第一章绪论1.1 研究背景和选题意义1.1.1 研究背景1.LS法估值漂移线性回归分析[1]研究的是建立一个能反映因变量Y与一个或多个自变量X之间关系的线性回归方程,来分析因变量和多个自变量之间的相互关系,以及回归系数的相关情况[2]等。
CBR试验常见问题探讨魏善文 敬爱玲 陶世英(沈阳高等级公路建设总公司,沈阳110034)摘 要 阐述CBR试验的基本原理和技术要求,在此基础上讨论CBR试验中常遇到的问题及基本解决方法,以利于实际操作。
关键词 承载比 CBR 回弹模量 承载板1 前言目前随着我国高等级公路建设的迅猛发展,人民对高速公路的认识不断提高,同时对路基土和路面材料的试验检测提出了更高的要求,CBR也提到检测中来,本文简要论述了我们在使用CBR过程中遇到的常见问题及解决方法。
CBR又称加州承载比,是由美国加州公路局首先提出来,用于评定路基土和路面材料的强度指标,在国外多采用CBR作为路面材料和路基土的设计参数。
随着国内试验检测技术的完善及对公路质量重视程度的日益增强,CBR试验越来越被设计及施工单位所重视,并已成为设计及施工参考依据之一。
现有许多大型公路工程,如锦朝高速公路、锦阜高速公路工程,业主都对此试验做了要求。
由于我国现行设计规范,对路面、路基的设计参数多采用回弹模量指标,从而对CBR试验接触较少,基于此,笔者认为有必要就试验中遇到的一些问题及应注意的事项,与大家共同讨论。
2 CBR试验的基本原理及技术要求2.1 试验原理(1)CBR试验只适用于在规定的试桶内制件后,对各种土和路面基层、底基层材料所进行的试验,试样的最大粒径宜控制在25mm以内,最大不得超过38mm。
(2)试验时,按路基施工时的最加含水量及压实度要求在试桶内制备试件,为了模拟材料在使用过程中的最不利状态,加载前饱水4昼夜,在浸水过程中及贯入试验时,在试件顶面施加荷载板以模拟路面结构对土基的附加应力;贯入试验中,材料的承载能力越高,对其压入一定贯入深度所需施加的荷载越大。
(3)所谓CBR值,就是试料贯入最达到2.5mm 或5mm时的单位压力与标准碎石压入相同贯入量时标准荷载强度(7MPa或10.5MPa)的比值,用百分数表示。
2.2 试验技术要求(1)试验采用风干试料按四分法备料(2)做击实试验,求试料的最大干密度和最佳含水量(3)按最佳含水量制备试件(4)试件饱水4昼夜(5)做续入试验:加荷使贯入杆仪1~1.25mm min的速度压入试件,记录不同贯入量及相应荷载。
DOI:10.16660/ki.1674-098X.2018.28.071利用EXCEL分析工作用测力环的线性回归方程①王蓁丽(福建省计量科学研究院 福建福州 350003)摘 要:工作用测力环是用于各种型号路面材料强度试验仪、承载比试验仪、电动应变无侧限压力仪、土基试验仪等公路仪器标准力值的试验。
本文通过利用EXCEL来分析基于最小二乘法的测力环线性回归方程,最小二乘法是分析测力环回归方程的最佳方法,可为公路工程试验检测提供较高准确度的数据处理方法,并利用EXCEL可大大提高数据处理效率。
关键词:测力环 最小二乘法 线性回归方程中图分类号:U41 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2018)10(a)-0071-02①作者简介:王蓁丽(1985—),女,汉族,福建福州人,本科,助理工程师,研究方向:力学计量。
常见的测力环是由线性和重复性较好的金属弹性体与百分表组成,当金属弹性体受力产生变形后由百分表测读,通常用于路面材料强度试验仪、承载比试验仪、电动应变无侧限压力仪、土基试验仪等公路仪器标准力值的试验。
计量机构通常是依据JJG 455-2000《工作测力仪》检定规程对测力环进行校准的,使用标准测力仪对测力环的各个校准点进行逐一校准,分别测得相应校准点的百分表读数。
本文以公路工程试验中常见的土工承载比试验所使用的测力环为例,根据测力环的校准数据,通过利用EXCEL基于最小二乘法对测力环的校准数据进行线性分析,求出线性回归方程的斜率与截距。
1 测力环的应用测力环应用于公路工程试验中常见的土工承载比试验,承载比试验在土工试验中是一个重要而且相对复杂的试验。
承载比(CBR)又称加州承载比,是California Bearing Ratio的缩写,由美国加利福尼亚公路局首先提出来,用于评定路基土和路面材料的强度指标。
在国外多采用CBR作为路面材料和路基土的设计参数,我国以前路基路面的设计规范中,对路面、路基的设计参数主要采用回弹模量指标,近些年来参考了国内外的实际情况,将CBR指标列入JTJ 013—95《公路路基设计规范》和JTJ 033—95《公路路基施工技术规范》,作为路基填料选择的依据。