误差理论与数据处理-第一章

BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院1误差理论与数据处理主讲：吴斌[e-mail][e-mail](010)6739176613801278778BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院2人一生的课题我是谁世界和他人是什么样的？我要成为什么样的人自我认识认识世界理想价值观问题11、我是谁：你对自己的性格、能力进行一下描述。2、世界和他人是什么样的：你如何看待世界和他人？（世界是友爱的还是充满邪恶的？）3、我要成为什么样的人：你的职业生涯规划是什么？你的理想是什么？从改变行为开始掌握自己的命运！BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院4古老谚语播种行为，收获习惯播种习惯，收获性格播种性格，收获命运BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院5一般能力＝智力＋其他BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院6社会智力指个体与他人有效沟通的能力。文化智力指个体在不同文化背景下的沟通、协调等管理能力。认知智力主要由先天决定。BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院7人格是个体对他人的反应方式和交往方式总和。气质是先天的。性格在社会生活是与社会相关最密切的人格特征，包括社会道德含义。性格受先天影响，受家庭影响大，受价值观影响，是最核心的人格差异，有好坏之分，能直接反映一个人的道德风貌。人应该通过改善行为，主动完善自己的性格，进而掌握命运。BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院拆掉思维里的墙能力＝天赋*时间兴趣就是以最高级形式投入当下你所做的事电脑智商：硬件；心智模式：软件程序心态：运算结果8BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院人生成长与学习的关系为什么要读大学？为什么要学习？为什么要学习这门课？学习这门课的价值和意义在什么地方？要求是什么？9BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院问题2何为测量？测量工具？测量单位？10BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院测量的定义测量是按照某种规律，用数据来描述观察到的现象，即对事物作出量化描述。测量是对非量化实物的量化过程。早期的定义：研究地球的形状和大小，确定地面点的坐标的学科。当前的定义：研究三维空间中各种物体的形状、大小、位置、方向和其分布的学科。11BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院测量的工具测量的工具长度——刻度尺、游标卡尺质量——天平时间——计时器、秒表体积——液体或形状不规则的固体梯级的测量：量筒&量杯。12BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院电容测量仪粘度测量仪粗糙度测量仪三次元测量仪张力测量仪位移测量仪刀具测量仪光学影像测量仪,手动光学影像测量仪,全自动光学影像测量仪温湿度测量仪13BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院测量的七种单位1980年由国际计量大会（CGPM）采纳和推荐的一种一贯单位制。注：SI是国际单位制的国际通用符号。7个基本单位：长度米M质量千克（公斤）Kg时间秒S电流安[培]A热力学温度开[尔文]K物质的量摩[尔]Mol发光强度坎[德拉]cd14BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院15第一章绪论第一节研究误差的意义测量科学的地位和作用误差理论的发展简史误差的地位和作用学习要求一、测量科学的地位和作用BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院17门捷列夫(1834-1907)科学始于测量,没有测量，便没有精密的科学。门捷列夫BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院18开尔文（1824-1907）我常说的一句话是：当你能够测量你所关注的事物，而且能够用数量来描述他的时候，你就对其有所认识；当你不能测量他，也不能将其量化的时候，你对他的了解就是贫乏和不深入的。开尔文为了纪念他在科学上的功绩，国际计量大会把热力学温标（即绝对温标）称为开尔文（开氏）温标，热力学温度以开尔文为单位，是现在国际单位制中七个基本单位之一。19世纪英国卓越的物理学家BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院19钱学森(1911-2010)钱学森信息技术包括测量技术、计算机技术和通信技术，测量技术是信息技术的关键和基础。BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院20王大珩(1915-)王大珩等仪器仪表是工业生产的“倍增器”，是高新技术和科研的“催化剂”，在军事上体现的是“战斗力”。BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院21测量科学成为工业生产的“倍增器”测量科学是现代化生产的五大支柱之一，也是整个科学技术和国民经济的一项重要技术基础，它对促进生产力发展与社会进步起到重要作用。我国八个高技术领域（信息技术、生物技术、新材料技术、先进制造与自动化技术、资源环境技术、航天航空技术、能源技术、先进防御技术）都离不开计量测试与仪器仪表的技术保障作用。BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院22应用举例卫星上天离不开测控与计量技术作保障，半导体芯片工业生产需要亚微米级乃至纳米级的高精密光刻技术，纳米材料和纳米测量，精密的激光制导和光电对抗技术等，以及人民日常生活密切相关的生物基因研究也都离不开精密的计测技术。BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院23现代精密仪器设计精密加工的计算机提高精度技术疲劳测试统计分析中的误区路基路面试验检测技术采样测量系统的误差分析与改进回归分析间接及其在均匀设计中的应用误差分离技术的应用修正精密仪器总误差方法的研究挠性臂挠性偏差及其末端位移的测量实验设计与误差分析——实验研究误差理论与数学模型关系——研究（优化理论、误差极小理论）应用领域BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院认识有测量就有结果，就有误差有误差，就有分析方法——形成相关分析理论24二、误差理论的发展简史经典误差理论的萌芽期（十八世纪）:1794年，德国数学家高斯首次提出了最小二乘法原理，并于1809年在其著作《天体沿圆锥截面围绕太阳运动的理论》中发表，被称为高斯最小二乘法。同一时期，法国数学家勒让德尔也于1805年在其著作《决定彗星轨道的新方法》中应用最小二乘法处理观察结果，为测量数据处理奠定了理论基础。高斯是德国数学家，也是科学家，他和牛顿、阿基米德，被誉为有史以来的三大数学家。BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院27经典误差理论的成熟期（二十世纪前后）苏联科学家契比雪夫、克雷洛夫、马利柯夫等发表了许多卓有成效的研究成果。其中最著名的是马利柯夫在1949年出版的《计量学基础》一书，它全面系统地介绍了误差理论，成为经典误差理论的科学总结。BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院28经典误差理论的特点以统计学理论为基础，以静态测量误差为研究对象，以服从正态分布为主的随机误差估计和数据处理方法为特征，用测量误差来表征测量结果的质量。用测量误差表征测量结果产生的困惑：静态测量、正态分布，难以适应现代测量的要求。BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院29现代误差理论的形成与发展期（二十世纪末）1973年，J.E.Burns在《误差与不确定度》一文中正式提出“不确定度”一词。1980年，国际计量局（BIPM）提出了《实验不确定度建议书INC-1》。1993年，国际标准化组织（ISO）等颁布了《测量不确定度表示指南》，建立了在测量中评定和表达不确定度的一般规则，适用于不同准确度要求的测量领域。同一时期以来，误差分离与修正技术的研究与应用、动态测量误差的评定等均有了较大的发展，形成了较完整的现代误差理论体系。自70年代中期开始,进入了现代误差理论的形成与发展时期。BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院30现代误差理论的特点（5方面）由静态测量问题发展到动态测量、全过程的测量控制；由简单的误差修正发展到实时的、在线的复杂误差修正、补偿、自校准；由简单常见误差分布发展到非正态非对称复杂误差分布；BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院31现代误差理论的特点（5方面）关注测量不确定度的原理及应用的研究，解决合理评定与表示测量结果的问题；在理论上突破了以统计学理论为基础的传统研究方法，在实践上力求形成统一、实用、可靠的评定准则和方法，在水平上实现了误差理论与计算机应用技术、近代数学物理方法、测量和计量实践，以及与标准化等紧密结合，正朝着现代化、科学化、实用化和高精度的目标推进。三、误差的地位和作用BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院33误差理论是测量科学的基础准确性一致性溯源性可靠性法制性单位量值误差理论数据处理标准量具其它量具量值传递检定技术管理行政管理法制管理BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院34正确认识误差的性质、分析产生原因、清除或减小误差正确处理测量和实验数据，合理计算取得结果，以便在一定条件下得到真实值的数据（利用现有理论）正确组织实验过程，合理设计仪器或选用仪器和测量方法，得到理想结果（提高的实测方法和仪器精度）提出更加完善的评价和确定真值的有效方法（研究）找出有效的检测手段和误差补偿方法→重要应用为精确设计与实验数据处理打基础（学习上）三、误差的地位和作用-目的BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院35四、学院介绍及希望与要求7个学科部工程图学机械电子工程机械设计与理论机械制造及其自动化力学仪器科学与技术金工实习基地10硕士+3一级博士点+2博士后流动站BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院36四、学院介绍及希望与要求考研：20博士生导师、60左右硕士生导师，11年招收150名四会会用POWERPOINT讲座(PPT)会查文献，如中刊网，Google等会用E-MAIL联系与交流，人人网，开心网等会根据讲授内容，参考文献或教材，进行实践(三个软件：Excel,Matlab,Labview)——培养一种对数据分析和判断的能力，知识体系与专业结合BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院37课程的学习四会(1)经典方法（会正确进行误差分析）。通过掌握误差的基本知识以及粗大误差剔除、系统误差发现和随机误差统计分析的常用方法，能够正确分析误差的产生原因，确定误差的性质，以便正确估计误差大小，并采取措施消除或减小误差。(2)现代方法（会正确表示和评定测量结果的不确定度）。通过掌握测量不确定度的概念、两类评定、传播和合成的方法，能够对测量结果做出正确评定。BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY北京工业大学机电学院38课程的学习四会(3)会正确处理测量数据。通过掌握直接测量、间接测量