CC BY
176
Metrology and information-measuring devices
Романченко А. Ф.
Romanchenko A.F.
доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Сервис транспортных систем» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный университет экономики и сервиса», Россия, г. Уфа
V
Мухамадиев А.А.
Mukhamadiev A.A.
кандидат технических наук, доцент, докторант кафедры «Информационноизмерительная техника»
ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет», Россия, г. Уфа
УДК 621.317
ФОРМИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПРИ КОМПЛЕКСНОЙ ОБРАБОТКЕ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА
В статье рассматривается формирование информационных характеристик первичных преобразователей при комплексной обработке выходного сигнала. Актуальность статьи обусловлена перспективностью коммутационных режимов функционирования первичных преобразователей в системах управления и регулирования, обеспечивающих частотный (импульсный) выходной сигнал с высоким уровнем помехозащищенности. На первичные преобразователи могут воздействовать одновременно несколько входных сигналов, каждый из которых несет определенную информацию, при этом входные воздействия часто имеют различный физический характер, и реакция первичных преобразователей на их воздействие может различаться. Оптимизация характеристик информационной системы первичных преобразователей, при действии нескольких входных воздействий, может быть обеспечена за счет комплексной обработки ряда характеристик выходного импульса с выделением за цикл преобразований информации одновременно обо всех входных воздействиях.
Получена структурная схема преобразования входных воздействий при комплексном воздействии на стационарные и нестационарные характеристики. Рассмотрены четыре режима коммутации энергетического состояния и показаны выходные импульсы первичных преобразователей при различных вариантах коммутации энергетического состояния. Разработана принципиальная схема комплексной обработки выходного сигнала, позволяющая выделить информацию, содержащуюся в каждой составляющей входного воздействия, при этом необходимо учесть, что происходит двухканальное преобразование информации.
Комплексная обработка характеристик выходного импульса, при коммутационном режиме функционирования, обеспечивает повышение пропускной способности информационной системы на базе формирования многоканального преобразования одновременно нескольких входных воздействий.
Ключевые слова: сигнал, первичный преобразователь, преобразование, коммутация, помехи, энергетическое состояние.
FORMATION OF INFORMATION CHARACTERISTICS OF PRIMARY CONVERTERS FOR COMPLEX OUTPUT SIGNAL PROCESSING
The article deals with the formation of the information characteristics of primary converters in integrated processing of the output signal. Relevance of articles due to the prospect of switching modes of operation of the
Electrical and data processing facilities and systems. № 3, v. 10, 2014
103
Метрология и информационно-измерительные устройства
primary converters in systems and control, providing a frequency (pulse) output signal with high noise immunity. On the primary converters may affect multiple input signals, each of which carries a certain information, wherein the input effects often have different physical nature, and the reaction of the primary converters of their effects may vary. Optimizing the characteristics of the information system of converters under the influence of several input actions can be achieved through a comprehensive treatment of a number of characteristics of the output pulse with the release of, for a series of transformations, the information at the same time on all inputs.
Received a block diagram of the conversion of input effects on the combined action of stationary and nonstationary characteristics. Considered four modes of switching energy state and shows the output pulses of primary converters in different types of switching energy state. A principal scheme of the complex output signal processor allows you to select the information contained in each component of the input exposure when it is necessary to take into account what is going on a two-channel conversion information.
Complete machining characteristics of the output pulse at the switching mode of operation, provides increased bandwidth information system based on generating a multi-conversion at the same time multiple input actions.
Key words: signal, the transducer, conversion, commutation, noise, energy state.
При использовании первичных преобразователей (ПП) в системах управления и регулирования перспективными являются коммутационные режимы их функционирования [1, 2], обеспечивающие частотный (импульсный) выходной сигнал с возможностью обеспечения высокого уровня помехозащищенности [3].
В процессе эксплуатации на информационную систему ПП могут воздействовать одновременно несколько входных сигналов, каждый из которых несет полезную информацию для потребителя.
Причем данные входные воздействия часто имеют различный физический характер и реакция ПП на их воздействие может различаться.
Оптимизация характеристик информационной системы ПП, при действии нескольких входных воздействий, может быть обеспечена за счет комплексной обработки ряда характеристик выходного импульса с выделением за цикл преобразований информации одновременно о всех входных воздействиях.
X
о X
о 01 Y
X о \-
си Y О
1- 01
о о
X с а
а X
о о
Y
~| Ух
lyzy
J
Рис. 1. Структурная схема преобразования двух разнородных по физической природе входных воздействий при комплексной обработке выходного сигнала
Широко распространен случай, когда на вход информационной системы ПП одновременно воздействуют (см. рис. 1) два входных контролируемых сигнала Ах и Az, имеющие различную физическую природу. В процессе преобразования информационной системой данные входные воздействия участвуют в формировании выходного импульса изменения энергетического состояния информационной системы ПП (с использованием ключа «Кл») и, следовательно, влияют на контролируемые характеристики выходного импульса. Причем вследствие
различий в физическом характере воздействий Ах и Az, что приводит к физическим особенностям их преобразования ПП, влияние их на соответствующие характеристики выходного импульса будет различным.
При преобразовании входных сигналов на выходе системы комплексной обработки (рис. 1) выходных сигналов Ay, t1, t2, t0 ПП необходимо иметь данные об изменении входных сигналов Ах и Az за один цикл преобразования (длительность t0 выходного импульса).
104
Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 3, т. 10, 2014
Metrology and information-measuring devices
Функционирование информационной системы ПП может быть организовано таким образом, что одна из характеристик Ay, t1, t2, t0 выходного импульса не будет зависеть [3] от изменений Ах или Az. Тогда возникает ситуация, при выделении информации по характеристикам выходного импульса, при которой характеристики выходного импульса содержат информацию о входных воздействиях Ах и Az в разных пропорциях, а одна из характеристик выходного импульса вообще не содержат информации об одном из входных воздействий. В этом случае может быть сформировано двухканальное преобразование информации ПП.
Общая пропускная способность информационного канала Jk будет складываться из двух составляющих:
J = J + J, (1)
где Jx - пропускная способность ПП по входной координате х; Jz - пропускная способность ПП по входной координате z.
Следует иметь в виду, что влияние входных воздействий Ах и Az на характеристики выходного импульса также может быть комплексным. Входные воздействия могут влиять как на уровень у0 установившегося энергетического состояния системы ПП, так и на ее динамические свойства (постоянная времени т), которые определяют отклики y1(t) и y2(t) информационной системы ПП на входные воздействия при коммутировании энергетического состояния, лежащие в основе формирования выходного импульса с характеристиками Ay, t1, t2, t0 (см. рис. 2).
Рис. 2. Структурная схема преобразования входных воздействий при комплексном воздействии на стационарные
и нестационарные характеристики у0 и т
Вследствие различий в физическом характере воздействий Ax и Az их влияние на изменение стационарных значений энергетического состояния Ay0 ПП и постоянной времени At ПП будет различным. Следовательно, и передаточные функции W^), W2^), W^), W4^) преобразования изменений Ax и Az в соответствующие вариации Ay0 и At будут удовлетворять условиям:
w,(p)*w<(p\
Причем под влиянием изменений Ax и Az соответствующие изменения Ay0' и Ay0", At' и At" могут быть как в одном, так и разных направлениях (суммироваться или вычитаться) при формировании результирующих значений характеристик Ay, t1, t2, t0 выходного импульса ПП.
В общем случае комплексная обработка, при выделении полезной информации одновременно о нескольких входных воздействиях, может осуществляться при всех возможных режимах коммутации (см. рис. 3). Однако все основные выводы по особенностям преобразователя информации, с целью ее комплексной обработки, можно сделать на основе детального рассмотрения четырех режимов изменения энергетического состояния информационной системы ПП:
а) Ay-const, t1-var, t2-var, t0-var;
б) t1-const, Ay-var, t2-var, t0-var;
в) t2-const, Ay-var, t1-var, t0-var;
г) t =t , Ay-var, t -var, t -var.
Рассматриваемые четыре варианта режима коммутации энергетического состояния вбирают в
Electrical and data processing facilities and systems. № 3, v. 10, 2014
105
Метрология и информационно-измерительные устройства
Рис. 3. Выходные импульсы ПП при различных вариантах коммутации энергетического состояния ПП
себя все компоненты формирования выходного импульса, которые присутствуют при других режимах коммутации, что позволяет при анализе выбранных вариантов сделать вывод по всему комплексу проблем.
Рассмотрим вариант «а» коммутации энергетического состояния.
Выбор режимов функционирования информационной системы ПП осуществляется из условия независимости длительности t0 выходного импульса от одной из входных координат х или z.
Пусть выполняется, например, условие
5’h _ _ ch Z ~
где S*z - чувствительность ПП по длительности tj импульса относительно входного воздействия z; S*2 - чувствительность ПП по длительности t2 импульса относительно входного воздействия z, при котором длительность t0 импульса зависит только от входного воздействия х. В то же время составляющие tj и t2 выходного импульса зависят не только от х, но и входного воздействия z.
Это позволяет, при известных показателях чувствительности S^, S%, SX, где: SX - чувствительность ПП по длительности t0 импульса относительно входного воздействия х; S‘% - чувствительность ПП по длительности tj составляющей импульса относительно входного воздействия х; S‘x - чувствительность ПП по длительности t2 составляющей импульса относительно входного воздействия х, - за один цикл преобразований (длительность t0 импульса) контролировать значения второго входного сигнала z наряду со значением входного сигнала х.
Действительно, по значению длительности t0 импульса восстанавливается значение входной контролируемой координаты х:
t0 = SX x
Затем вычисляется значение tj* интервала времени, которое должно было быть при действии входного сигнала х, если бы не действовал сигнал z на входе ПП:
tj* = S% x,
и определяется та разница Atj между регистрируемым значением tj и тем значением tj*, которое вычислено из условия z=0:
Atj = tj - tj*. (2)
Значение второго входного сигнала z вычисляется из соотношения
Если в результате вычислений выясняется, что Atj = 0, то очевидно, что на вход ПП воздействует только один входной контролируемый сигнал х (z=0).
При комплексной обработке характеристик выходного импульса на выходе ПП удается выделить (рис. 4) информацию, содержащуюся в каждой составляющей входного воздействия.
Если рассматривать входное воздействие z как помеху, то схема выделения значения помехи при комплексной обработке выходного сигнала ПП позволяет повышать точность информационной системы ПП за счет введения компенсационных сигналов, с целью устранения влияния помехи на точность выделения полезного сигнала на выходе ПП.
Следует отметить, что по схеме, аналогичной представленной на рис. 4, может быть выделен полезный сигнал z при комплексной обработке характеристики выходного импульса в виде интервала t2 Во всех рассмотренных случаях преобразования информационной системой ПП входных воздействий х и z с выделением на выходе ПП сигналов yx(t) и y (t), однозначно связанных с входными контролируемыми координатами, целесообразно рассматривать протекающие в информационной
106
Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 3, т. 10, 2014
Metrology and information-measuring devices
Рис. 4. Принципиальная схема комплексной обработки выходного сигнала
системе ПП как двухканальное преобразование информации (см. рис. 5).
Рис. 5. Схема двухканального преобразования в информационной системе ПП при комплексной обработке выходного сигнала
При этом каждый из информационных каналов ПП обладает своей определенной пропускной способностью Jx и J Общая пропускная способность информационного канала, при комплексной обработке выходного импульса (выходного сигнала ПП), будет существенно выше, чем при классическом преобразовании ПП одной входной координаты при стационарном режиме его функционирования.
Комплексная обработка характеристик выходного импульса ПП, при коммутационном режиме функционирования, обеспечивает повышение пропускной способности информационной системы ПП на базе формирования многоканального преобразования одновременно нескольких входных воздействий.
Список литературы
1. Романченко А.Ф. Информационно-измерительные системы нестационарного энергетического состояния [Текст] / А.Ф. Романченко. - Уфа: УТИС, 2000. - 173 с.
2. Романченко А.Ф. Принцип высокоскоростного преобразования информационных потоков первичными преобразователями [Текст] / А.Ф. Романченко // Вестник АН РБ. - 2005. - Т. 10. - № 2.
- С. 12-15.
3. Романченко А.Ф. Формирование информационных характеристик первичных преобразователей с фильтрацией помех за счет организации преобразования сигнала [Текст] / А.Ф. Романченко, А.А. Мухамадиев // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2013. - Т. 9. -№ 3. - С. 93-96.
References
1. Romanchenko A.F. Informacionno-izmeriter-nye sistemy nestacionarnogo jenergeticheskogo sosto-janija [Tekst] / A.F. Romanchenko. - Ufa: UTIS, 2000.
- 173 s.
2. Romanchenko A.F. Princip vysokoskorostnogo preobrazovanija informacionnyh potokov pervichnymi preobrazovateljami [Tekst] / A.F. Romanchenko // Vestnik AN RB. - 2005. - Т. 10. - № 2. - S. 12-15.
3. Romanchenko A.F. Formirovanie informacionnyh harakteristik pervichnyh preobrazovatelej s fil'traciej pomeh za schet organizacii preobrazovanija signala [Tekst] / A.F. Romanchenko, A.A. Muhamadiev // Jelektrotehnicheskie i informacionnye kompleksy i sistemy. - 2013. - Т. 9. - № 3. - S. 93-96.
Electrical and data processing facilities and systems. № 3, v. 10, 2014
107
