CC BY
70
УДК 004.02
Доросинский А.Ю. , Зуев В.Д.
ОАО «НИИЭМП», Пенза, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ДАННЫХ ПРИ ОЦЕНКЕ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ УГЛА
Современные помехоустойчивые телеметрические системы контроля углового перемещения объектов строят преимущественно на основе преобразователей «угол-параметр-код» (УПК) которые играют роль
датчиков углового положения.
Данные преобразователи состоят из первичного и вторичного датчика являющихся нелинейными элементами, в качестве которых широкую популярность приобрели синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ) и АЦП сигналов первичного датчика (АЦП ВТ).
Несмотря на то, что данные элементы работают в паре, они являются законченными функциональными устройствами с определенным набором информационных характеристик подлежащих проверке и анализу. Поскольку речь идет об измерительных преобразователях, то особое значение занимают точностные характеристики данных преобразователей. И если оценка точностных характеристик СКВТ как аналогового датчика сводится к оценке точности воспроизведения выходных сигналов, то АЦП ВТ являясь аналого-цифровым устройством имеет целый комплекс параметров подлежащих контролю поскольку в большинстве случаев рассматривается как ЦПУ несмотря на отсутствие входного воздействия непосредственно в виде угла поворота.
В целях систематизации и практического использования всю совокупность точностных характеристик и параметров ЦПУ можно объединить в несколько групп, соответственно отражающих: поведение угла,
сущность квантования, структурные, конструктивные и технологические особенности построения, точность по входной и выходной величинам. Вариант классификации точностных характеристик и параметров ЦПУ представлен на рисунке 1.
В рамках данной работы была проведена систематизация методов оценки точности ЦПУ с точки зрения получения информации, классификация которых представлена на рисунке 2. Исходя из классификации видно, что существуют два основных пути оценки точности ЦПУ: детерминированный и вероятност-
ный .
При детерминированной оценке точности, которая является преобладающей в документации, в качестве показателя точности приоритетными, как правило, являются:
- информационная емкость;
- погрешность квантования Е1;
- погрешность воспроизведения уровней квантования Е2;
- полная погрешность преобразования Е.
Целью испытаний, в этом случае, является установление того факта, что погрешность не выходит за границы расчетного кванта.
Такой упрощенный подход связан с тем, что, для ЦПУ, например с временным или пространственновременным кодированием, это ограничение снимается, причем число недостоверных разрядов кода может быть различным.
Точностные характеристики и параметры ЦПУ
1 группа
2 группа - Дискретность преобразования
- Погрешность квантования
Диапазон изменения угла
Закон распределения вероятности угла
Погрешность стыковки ЦПУ с валом объекта
Рисунок 1 - Классификация точностных характеристик и параметров ЦПУ
В связи с этим многие методы испытаний ЦПУ, как правило, были направлены на установление факта отсутствия превышения заданного значения погрешности. При этом результат измерений представляется в единицах как угла, так и цифрового эквивалента.
Методы анализа данных о точности ЦПУ
Вероятностный
Оценка параметров закона распределения погрешности
Энтропийный
Оценка количества информации как разности априорной и апостериорной неопределенностей расчитанных относительно интервала квантования
Через энтропийную погрешность
Посредством
дискретного
усреднения
Рисунок 2 - Методы анализа данных при оценке точности ЦПУ
Таким образом, детерминированный подход обеспечивает минимаксную оценку точности ЦПУ, которая является весьма приближенной и малоинформативной.
При вероятностной оценке точности преобразования [1] определяются параметры закона распределения погрешности, что является достаточно субъективным, поскольку оценка точности ЦПУ по средней квадратической погрешности является недостаточно определенной, а также, из-за несоответствия принятого и реального законов распределения значений угла.
Исходя из этого, в рамках вероятностного подхода были развиты методы оценки точности преобразователей с позиций теории информации [1] известные как энтропийные.
Среди них можно выделить методы, основанные на связи между количеством информации при аналогодискретном преобразовании и случайными погрешностями и методы оценки количества информации как разности априорной и апостериорной неопределенностей рассчитанных относительно интервала квантования .
Поскольку АЦП ВТ является измерительным преобразователем, входящим в состав УПК, для оценки его точностных характеристик проверяются те же параметры что и для ЦПУ в целом. Для оценки точности АЦП ВТ, наибольшее распространение получил детерминистический подход, где целью испытаний является лишь установление того факта, что инструментальная погрешность не превышает заданного значения погрешности.
Невозможность применения вероятностных или энтропийных методов обуславливается в первую очередь отсутствием соответствующих технических средств которые позволили бы сформировать на входе АЦП ВТ соответствующее входное воздействие.
Таким образом, все вышесказанное обозначает актуальность создания многофункционального имитатора СКВТ способного моделировать сигналы СКВТ не только удовлетворяющие необходимым точностным параметрам, но и сигналы, имеющие различные статистические характеристики, что позволит развивать вероятностные методы контроля параметров АЦП ВТ, которые на данный момент используются на практике лишь применительно к частным случаям.
Также применение многофункциональных имитаторов СКВТ позволит повысить эффективность и информативность детерминированного подхода при оценке точности АЦП ВТ, а также позволит снять ограничения накладываемые в первую очередь на наиболее информативную составляющую погрешности преобразования - погрешность воспроизведения уровней квантования Е2, которая, отображает, многие особенности построения АЦП ВТ, их разработки, производства и применения в аппаратуре. Другими словами многофункциональный имитатор СКВТ даст возможность проводить работы по выявлению общих закономерностей формирования погрешностей цифрового преобразования угла, рассмотрению количественного и качественного состава этих погрешностей, анализу законов распределения вероятностей их значений, обоснованию и выбору параметров - критериев точности ЦПУ.
Кроме того, применение имитатора с большими функциональными возможностями позволит повысить достоверность статистических моделей, адекватные реальному процессу преобразования, что позволит установить различные закономерности проявления точности ЦПУ в процессе их разработки, изготовления и эксплуатации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Домрачев В. Г., Мейко Б.С. Цифровые преобразователи угла: Принципы построения, теория точности, методы контроля. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 328 с.
2. Доросинский А.Ю. Классификация точностных характеристик и параметров аналого-цифрового преобразования сигналов вращающегося трансформатора / Доросинский А.Ю., Торгашин С.И., Юрков Н.К. //
Материалы Международной научно-практической конференции «Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий» 2011. - С. 263 - 266.
