CC BY
144
УДК 004.02
А. Ю. Доросинский, Ю. Л. Арзуманов, М. Ю. Михеев
СИНТЕЗ МОДЕЛЕЙ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И АЛГОРИТМОВ АНАЛИЗА ДАННЫХ В ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ АНАЛИЗА ИНФОРМАЦИИ ОБ УГЛОВОМ ПЕРЕМЕЩЕНИИ ОБЪЕКТОВ
Аннотация. Синтезированы математические модели нелинейных элементов преобразователей «угол - параметр - код» с учетом параметров, влияющих на точность. Показана взаимосвязь моделей и установлены аналитические зависимости между точностными характеристиками для удобства их анализа и учета. Обоснована целесообразность использования имитаторов сигналов синусно-косинусного вращающегося трансформатора при анализе данных о точностных и функциональных возможностях аналого-цифровых преобразователей сигналов вращающегося трансформатора. Предложены математические и информационно-структурные модели имитаторов сигналов синусно-косинусного вращающегося трансформатора. Синтезированы алгоритмы анализа данных о точностных характеристиках аналого-цифровых преобразователей сигналов вращающегося трансформатора.
Ключевые слова: модель, алгоритм анализа данных, информационный процесс.
Abstract. The authors have synthesized mathematical models of the nonlinear elements of "angle-parameter-code” transducers taking into account parameters affecting the accuracy. The article shows the interrelation of models and reveals analytical dependences between the precision characteristics that ease their analysis and accounting. The article substantiates the expediency of applying signal imitators of arotating transformers when analyzing accuracy and functional capability data of analog-digital signal converters of rotating transformers. The researchers have synthesized data analysis algorithms estimating precision characteristics of analogdigital signal converters of rotating transformers.
Key words: model, data analysis algorithm, information process.
Введение
Большинство современных телеметрических систем контроля углового перемещения, систем программного управления промышленными роботами и автоматами, а также систем дистанционной передачи угла повышенной точности в электромеханических вычислительных устройствах, предназначенных для решения тригонометрических задач и преобразования координат, используют при построении каналов оценки угла поворота преобразователи «угол - параметр - код» [1].
Выбор преобразователей «угол - параметр - код» обусловливается в первую очередь целым комплексом требований, к которым относятся: устойчивость к внешним воздействующим факторам (условия сильной вибрации, электромагнитные помехи, ударные нагрузки) за счет пространственного разнесения первичного датчика и отсчетной части, быстродействие, конструктивное исполнение и т.д.
В качестве первичных датчиков угла поворота используются электрические машины [1], как правило, сельсины и вращающиеся трансформаторы. В настоящее время наибольшее распространение в качестве первичных дат-
чиков получили вращающиеся трансформаторы, которые значительно точнее сельсинов. Причем предпочтительным является использование вращающихся трансформаторов, работающих в синусно-косинусном режиме (СКВТ) за счет обеспечения этим режимом повышенной помехоустойчивости [2].
Вторичными датчиками, которые выполняют функцию отсчетной части, являются специализированные аналого-цифровые преобразователи (АЦП) сигналов вращающихся трансформаторов (АЦП ВТ), которые изготавливаются в виде интегральных и гибридных схем.
Оба этих устройства являются элементами с ярко выраженной нелинейностью из-за чего анализ данных о точностных и технических возможностях данных устройств, а значит, и повышение тактико-технических параметров является затруднительным. В первую очередь это касается АЦП ВТ, который преобразует входной сигнал, несущий информацию об угловом перемещении в цифровой код.
Поэтому актуальными являются задачи синтеза математических моделей данных объектов, синтеза математических и информационно-структурных моделей объектов, формирующих образцовые воздействия, и алгоритмов получения и анализа данных о характеристиках АЦП ВТ.
Являясь важнейшей составной частью цифровых преобразователей угла в телеметрических системах, параметры СКВТ во многом предопределяют характеристики преобразователя «угол - параметр - код», такие как точность, быстродействие, линейность управления и т.д. Как элемент автоматики и счетно-решающих устройств, СКВТ характеризуется рядом величин, определяющих возможность его применения в той или иной схеме [3].
Наиболее важными для СКВТ являются параметры, характеризующие его точность, так как они определяют, насколько реальная машина отличается от идеализированной. Данные параметры можно условно разделить на две группы.
К первой группе относятся параметры, изменяющие неинформативную характеристику сигнала, а потому влияющие на точность лишь косвенно. В каждом конкретном случае степень их влияния определяется конструкцией и способом функционирования АЦП ВТ. В данном случае таким параметром можно считать наличие фазовых сдвигов выходных сигналов СКВТ относительно сигнала возбуждения. Ко второй группе относятся параметры, влияющие на информативные характеристики СКВТ, искажающие либо номинальное значение угла поворота входного вала СКВТ, либо амплитуду выходных сигналов СКВТ, функционально зависимую от углового перемещения. Информационная модель для данных параметров типа «объект - свойство», определяющая природу их возникновения и влияния, представлена табл. 1.
Таким образом, математическую модель СКВТ с учетом основных влияющих факторов можно представить в следующем виде:
1. Синтез математической модели СКВТ с учетом параметров, влияющих на точность
^(0) = А ( + 5^ 18ш(0 + А^) 8т(ю?1 + ф5); и2(0) = А ( + 5^ | со8(0 + А ^) 8т(ю?1 + фс),
где А - значение амплитуды сигнала возбуждения СКВТ; ю - значение угловой частоты сигнала возбуждения СКВТ; 0 - значение угла поворота вала
СКВТ; 5^ и 5у - относительные погрешности, приведенные к выходу и учитывающие погрешность отображения зависимости, наличие остаточной ЭДС и ЭДС квадратурной обмотки, а также изменение коэффициента трансформации при изменении напряжения возбуждения и температуры среды;
у У
А^ и АС - абсолютная погрешность, приведенная к входу, учитывающая асимметрию нулевых положений ротора, неравенство коэффициентов трансформации, а также изменение нулевого положения ротора при изменении напряжения возбуждения и температуры среды; и фС - фазовые погрешности по каналам синуса и косинуса, вызванные задержками выходного сигнала в цепях СКВТ относительно сигнала несущей частоты и выраженные его фазовыми сдвигами.
Таблица 1
Информационная модель параметров СКВТ, влияющих на информативные характеристики сигналов
Название параметра Свойство параметра
Асимметрия нулевых положений ротора Выражается в аддитивном отклонении угла от номинального значения
Неравенство коэффициентов трансформации
Изменение нулевого положения ротора при изменении напряжения возбуждения
Изменение нулевого положения ротора при изменении температуры среды
Погрешность отображения синусной зависимости Выражается относительным отклонением амплитуд выходного сигнала
Остаточная ЭДС
ЭДС квадратурной обмотки
Изменение коэффициента трансформации при изменении напряжения возбуждения
Изменение коэффициента трансформации при изменении температуры среды
В рамках развития единой методики предъявления требований к точностным характеристикам СКВТ была получена информационная модель, позволяющая выражать погрешности информативных параметров СКВТ относительно его входной и выходной величин, а также показана их взаимосвязь (табл. 2).
Зависимости, отражающие математические модели СКВТ, позволяющие привести погрешности информативных параметров к единицам входной и выходной величин, были получены из выражения (1). При этом суммарная погрешность СКВТ, где А0Х и А0С являются суммарными абсолютными погрешностями СКВТ по каналам синуса и косинуса, приведенными к угловым значениям, удобна для использования при предъявлении к СКВТ требований как к самостоятельному датчику угла.
Математическую модель погрешности СКВТ, где 5Л,, и 5ЛС выражают суммарные относительные погрешности СКВТ по каналам синуса и косинуса, приведенные к амплитуде выходного сигнала, целесообразно использовать при предъявлении требований к СКВТ как к формирователю функцио-
нальных сигналов для АЦП ВТ. Это оправдано, поскольку в данном случае погрешность нормируется исключительно в относительных отклонениях амплитуд сигналов СКВТ от своих номинальных значений.
Таблица 2
Информационная модель СКВТ с учетом параметров, влияющих на точность
Описание Аналитическая запись
Математическая модель СКВТ с учетом суммарной погрешности, приведенной к входной величине iU1(0) = A sin(rnt + )sin(0 + A0s); [U 2(0) = A sin(rnt + фс )cos(0 + A0c)
Математическая модель СКВТ с учетом суммарной погрешности, приведенной к выходной величине Г Ui(0) = A (1 + 5As) sin(rat + ф^) sin(0); [ U2(0) = A(1 + 8Ac) sin(rat + фс )cos(0)
Суммарная погрешность СКВТ, приведенная входной величине К «tg(0)Sy +Ay; [A0C «-ctg(0)Sy +Ay
Суммарная погрешность СКВТ, приведенная к выходной величине |И + ctg(0)A?; [&4С - tg(0)Ay
Взаимосвязь погрешностей СКВТ, приведенных ко входной и к выходной величинам |H = ctg (0)А0Х; [SAC =-tg (0)A0C
Помимо этого, суммарные погрешности СКВТ, приведенные к входной (Д0Ж и Д0С) и выходной и 5ЛС) величинам, связаны между собой аналитически. И несмотря на то, что данная аналитическая связь не имеет практической ценности, она весьма полезна, поскольку отражает характер и специфику нелинейности СКВТ как первичного датчика угла.
2. Синтез математической модели АЦП ВТ комбинированной структуры с учетом входных параметров, влияющих на точность
В большинстве своем современные преобразователи АЦП ВТ являются амплитудными, для них информативным параметром, содержащим информацию об угловом перемещении, является отношение амплитуд огибающих сигналов СКВТ по синусному и косинусному выходу [1, 3-5].
Основываясь на теоретических результатах исследования принципов функционирования АЦП ВТ, представленных в [5-7], обобщенную математическую модель для одноотсчетного АЦП ВТ можно определить выражением
N = ^
/=1
>3-/
Е hj (0)
j=1
2n-3 + Ent
2n 3arctg
U1 (0-o45°)' U2 (0-a 45°)
45°
(2)
где - знак логической операции «исключающее или»; ае 1...8 - номер октанта; п - разрядность АЦП ВТ; ^(0) - единичные функции, функционально зависимые от углового значения:
¿1(0) = 1((0)| -\и2(0)|); *2(0) = 1(0 - и2(0));
¿3(0) = 1(0 - и1(0)).
Данная модель справедлива для идеального случая функционирования, т.е. при отсутствии погрешностей, прямо или косвенно влияющих на точность преобразования. На практике для корректной оценки информационных характеристик преобразователей «угол - параметр - код» необходимо учитывать влияние паразитных параметров. Это обусловливает необходимость построения моделей, адекватных реальным режимам работы. Проведенные исследования в данной области показали, что паразитными параметрами, влияющими на работу АЦП ВТ, являются как собственные погрешности АЦП ВТ, так и погрешности СКВТ. Исследование погрешностей АЦП ВТ для реализации методов повышения точности его функционирования и проверки информационных характеристик невозможно без учета и исключения погрешностей СКВТ из результата преобразования.
Для этого в работах [3-5] были проведены исследования и получено выражение, позволяющее оценить влияние паразитных параметров сигналов СКВТ на результат преобразования АЦП ВТ:
где у е { 1,3,5,7} - нормирующий коэффициент; 5 - дельта-функция Дирака.
В большинстве случаев фазовые отклонения незначительны и их влиянием можно пренебречь, а значит, погрешность АЦП ВТ, вызванная неиде-альностью системы входных сигналов СКВТ, определяется лишь разностью относительных погрешностей коэффициентов деления для синусного и косинусного канала:
Выражения (3) и (4) удобны для предъявления требований к источникам входных воздействий АЦП ВТ, когда необходимо обеспечить требуемую точность. Наиболее актуальной данная задача является для тех случаев, когда выполняются измерения погрешности АЦП ВТ в рамках метрологического обеспечения каналов измерения углового перемещения.
3. Синтез математических и информационно-структурных моделей имитаторов СКВТ
Совершенствование преобразователей «угол - параметр - код» на предмет повышения достоверности и точности получения информации об угловом положении объекта приводит к необходимости улучшения тактикотехнических характеристик устройств, входящих в его состав, таких как СКВТ и АЦП ВТ [1].
Поскольку точность классических методов оценки параметров элементов, входящих в состав преобразователей «угол - параметр - код», составляющих основу канала получения информации об угловом положении объекта,
2 _ 2
Д0 = Ф^_Ф^8(у45° _0) + ^ _ 5Ас ,
(3)
Д0 = &45 -8Лс .
(4)
ограничена [2], актуальной является задача исследования альтернативных вариантов оценки информационных и точностных возможностей СКВТ и АЦП ВТ.
В работе [6] было установлено, что для улучшения качества данных методов необходимо применение устройств, формирующих тестовые воздействия с более широкими функциональными возможностями и уровнем точности (имитаторов).
При использовании имитатора СКВТ, формирующего тестовые воздействия для АЦП ВТ при проверке точностных и информационных характеристик последнего, необходимость в использовании первичного датчика и прочих классов объектов отпадает. Обобщенный алгоритм информационного процесса анализа данных о точностных возможностях АЦП ВТ на основе имитатора СКВТ представлен в виде ИМЬ-диаграммы деятельности на рис. 1.
Подключить к имитатору СКВТ
Оценка
X
Г ' Установить на имитаторе требуемое ^ значение угла
N /
'СМНОСТИ эна для Г " Чтение кода с АЦП ВТ
енииугла N /
Г Вычисление ошибки АЦП В Т
Рис. 1. иМЬ-диаграмма деятельности, отображающая обобщенный алгоритм анализа данных о точностных параметрах АЦП ВТ с помощью имитатора сигналов СКВТ
Данный подход является весьма привлекательным в плане обеспечения необходимой точности, поскольку совокупность современных схемотехнических и алгоритмических реализаций позволяет достигнуть требуемых параметров при формировании образцовых сигналов СКВТ. Для построения методики предъявления требований к характеристикам воспроизводимых тестовых сигналов имитатором были сформулированы и решены две проблемы:
- получение аналитической зависимости (3), согласно которой появляется возможность нормирования точностных характеристик устройств, формирующих тестовые воздействия;
- осуществление привязки погрешностей формирования тестовых воздействий к единицам угла.
Поскольку в выходных сигналах СКВТ информация об угловом перемещении заложена в отношении амплитуд выходных сигналов СКВТ [1, 5], пропорциональных функциям синуса и косинуса, было сделано предположение о целесообразности рассмотрения модулирующих тригонометрических функций как коэффициентов деления соответствующих численным значениям синуса Ks = sin(0) и косинуса Kc = cos(0).
Отклонения амплитуд выходных сигналов имитатора также целесообразно рассматривать как отклонения коэффициентов деления от номинальных значений:
(AKS = ASKS ; ^ \KS = As ;
[AKc = AK[Kc = Sic.
В табл. 3 представлены варианты вычисления суммарной угловой ошибки имитатора, выраженной в единицах угла, в зависимости от способов представления паразитных влияющих величин.
Таблица 3
Варианты вычисления суммарной угловой ошибки имитатора
Способ выражения угловой ошибки Аналитическая запись
Через относительные ошибки коэффициентов деления 5К* и 5КС по синусному и косинусному каналам ДЄ = 5К, -Шс
Через абсолютные отклонения коэффициентов деления по синусному и косинусному каналам ДК* и ДКС де=1 (Kc -Д£ск, )
Через ошибки каналов воспроизведения синуса и косинуса, выраженные в угловых единицах Д0* и Д0с Д0=1 (к2 -ДеК )
Полученные выражения можно использовать для определения ошибки воспроизведения сигналов СКВТ, выраженной в единицах угла, которые устанавливают однозначную аналитическую связь между угловой ошибкой имитатора и ошибками воспроизведения отдельных параметров с помощью технических устройств и элементов, входящих в его состав.
При проверке точности СКВТ с помощью имитатора сигналов СКВТ методом непосредственного сличения необходимо иметь аналитическую зависимость, устанавливающую однозначную связь между ошибками коэффициентов деления и суммарными абсолютными отклонениями формирования угла по каналам синуса и косинуса соответственно.
Таким образом, формулы, представленные в табл. 3, позволяют предъявить требования по точности к устройствам формирования тестовых воздействий, а значит, развить данную методику с учетом специфики их конструктивного и технологического исполнения.
В рамках данной работы были предложены две структуры имитатора сигналов СКВТ, математические и информационно-структурные модели которых представлены в табл. 4. Поскольку существует возможность формирования уровня амплитуд гармонических функций посредством их масштабирования, значит, имитатор, формирующий нелинейные сигналы, эквивалентные выходным сигналам СКВТ, можно реализовать в виде двух делителей
напряжения (ДНЙ ДНС) с коэффициентами деления Кдн = |sin(0)|,
Кдн = |cos(0)|, двух фазосдвигающих цепей (ФВ1, ФВ2) реализующих
функции КфВі = sgn[sin(0)] , КфВ2 = sgn[cos(0)] и генератора переменного сигнала (ГЧ). При этом ГЧ имитирует напряжение U0 возбуждения входной обмотки СКВТ [6].
Таблица 4
Варианты построения имитаторов сигналов СКВТ
s я а й
щ О
э & & 5 с g
Математическая модель имитатора СКВТ
Информационно -структурная модель имитатора СКВТ
е
и
н
а
М
о
&
т
В
ас
Ма
я
и
ц
ду
о
н
с
U о = A sin(o>/);
U1 = U0 КФВ1КДН ; U 2 = U 0 К ФВ2 КДНС
U0 =4 U1 + U2 ;
A г
Ui = — [cos (со/-0)-cos ((Oí + 0)];
A
U2 = — [sin (со/-0) + sin (со/ + 0)]
СТИ
ФЗЦ1 ГЧ1
ФЗЦ2 ГЧ2
Примечание. СТИ - схема формирования тактовых импульсов; ФЗЦ - фазосдвигающая цепь; БФСВ - блок формирования сигнала возбуждения; И1 и И2 -интеграторы.
Для получения малого сдвига фаз между сигналами и и и2 на выходе имитатора целесообразно применять индукционные делители напряжения. Их применение оправдано еще и тем, что в этом случае выходное сопротивление имитатора будет иметь реактивный (индукционный) характер, аналогично СКВТ, что не нарушит стандартного рабочего режима для АЦП ВТ. С помощью предложенной модели имитатора можно получить любое отношение амплитуд выходных сигналов, соответствующее определенному значению угла 0. Следует отметить, что данный имитатор предназначен для имитации статических значений угла и позволяет добиться высокой точности формирования статических сигналов СКВТ.
Для имитации динамически изменяющихся угловых значений, эквивалентных вращению вала СКВТ, наряду с формированием статических значений угла необходимо использование иного технического принципа построения имитатора. Это связано с тем, что методы построения, основанные на масштабировании и инверсии опорного сигнала, неэффективны в плане имитации динамических параметров. Поэтому предлагается альтернативное построение имитатора, основанное не на умножении, а на сложении сигналов. Такому способу построения имитатора удовлетворяет принцип балансной модуляции (модуляции с подавленной несущей составляющей) [7].
Физическая реализация имитатора, построенного на принципах балансной модуляции, может основываться на получении двух независимых гармонических составляющих, от двух генераторов переменного сигнала синхронизированных между собой по фазе.
Информационно-структурная модель подобной реализации имитатора приведена в табл. 4. В предложенной структуре имитатора устройствами, формирующими базовые гармоники, служат генераторы частоты (ГЧ1, ГЧ2), формирующие синусоидальные сигналы на выходе. Причем для получения возможности имитации различных скоростей вращения с высокой точностью необходимо, чтобы генераторы были синхронизируемыми и имели малый коэффициент гармоник.
Таким генератором, например, может служить автогенератор с фазовой автоподстройкой частоты, формирующий синусоидальные колебания из тактовых импульсов. Тактовые импульсы, в свою очередь, формируются схемой формирования тактовых импульсов (СТИ), которая формирует их в соответствии с заданным режимом работы имитатора. Поскольку формирование статического сигнала СКВТ при заданном угловом значении требует введения фазовых сдвигов в гармоники, формируемые ГЧ1, ГЧ2, в состав имитатора введены фазосдвигающие цепи (ФЗЦ1, ФЗЦ2), формирующие фазовые сдвиги ±0. При технической реализации имитатора целесообразно ФЗЦ1 и ФЗЦ2 реализовывать в составе СТИ. Интеграторы И1 и И2 необходимы для получения дополнительных сигналов, сдвинутых на 90° относительно входных. Выходные сигналы имитатора и1 и и2 формируются посредством вычитания выходных сигналов ГЧ1 и ГЧ2 и сложения выходных сигналов И1 и И2. Для получения полного набора сигналов необходимо также формирование опорного сигнала и0, имитирующего сигнал возбуждения. Поскольку данный сигнал при описанной реализации имитатора СКВТ отсутствует, его необходимо формировать искусственно, посредством блока формирования сигнала возбуждения (БФСВ).
Данный подход целесообразен в случае необходимости реализации БФСВ в аналоговом виде (например, с помощью трансформатора-построителя). При применении микроконтроллеров в составе имитатора данный блок можно реализовать в виде генератора частоты, синхронизированного от сигналов и1, и2 либо от СТИ, что более оправдано в случае программного исполнения вычислительных и управляющих операций имитатора.
Анализируя математическую модель имитатора, построенного на принципах балансной модуляции (табл. 4), можно сделать вывод о том, что переменную 0, которая обозначает имитируемый угол, можно рассматривать как некоторый функционал. Если данный функционал не изменяется во времени, то модель описывает выходные сигналы СКВТ в статическом режиме.
Здесь для имитации сигнала СКВТ необходимо ввести фазовый сдвиг для каждой из двух гармонических составляющих, имеющих одинаковую частоту, в стороны опережения и запаздывания, причем фазовый сдвиг в этом случае численно равен 0.
Существенным преимуществом данного подхода в построении имитатора СКВТ перед остальными заключается в возможности имитации вращения вала СКВТ в большом динамическом диапазоне. Поскольку вращение СКВТ предполагает изменение углового значения на валу во времени, функционал можно представить как 9 = Ш, где О - угловая частота вращения вала СКВТ. Данный подход к построению имитатора выгоден тем, что формирование фазового сдвига можно выполнить с большой точностью, что соответственно повысит точность воспроизведения сигналов самого имитатора.
Поэтому электронный имитатор сигналов СКВТ является наилучшим решением в плане задатчика образцовых сигналов, так как позволяет обеспечить все, даже самые специфические, требования к источнику входных воздействий. Кроме того, электронный имитатор при определенной схемотехнической реализации способен моделировать такие параметры входных сигналов, как вращение СКВТ с постоянной скоростью, ускорение вращения и другие необходимые для всестороннего исследования АЦП ВТ.
Таким образом, имитатор качественно изменяет и расширяет возможности контроля и анализа данных о точностных параметрах АЦП ВТ посредством получения возможности моделировать сигналы СКВТ для любых возможных режимов его работы, а также отклонений параметров от заданных значений.
Немаловажной также является и возможность управления имитатором с помощью компьютера. Это позволяет создать единый программно-аппаратный комплекс, способный проводить оценку как статических, так и динамических характеристик АЦП ВТ любой степени сложности.
Кроме того, данный подход имеет широкие перспективы как в плане автоматизации соответствующих информационных процессов, так и в плане возможности анализа данных на основе вероятностных подходов наряду с детерминистическими. Это увеличит объем информации об испытуемом устройстве АЦП ВТ и создаст необходимые условия для более детальных исследований и повышения точности наряду с другими функциональными параметрами.
4. Синтез алгоритмов анализа данных о точностных характеристиках АЦП ВТ
Стандартные методы анализа данных о точностных характеристиках АЦП ВТ не способны предоставить полноценную информацию об истинных возможностях этих изделий даже в простейших режимах функционирования и тем более не дают возможности сформулировать какие-либо действенные предложения по повышению уровня качества этих устройств [1].
Это связано с определенными трудностями, касающимися автоматизации данного процесса [1, 8], поскольку он неизбежно сопряжен с большими объемами информационных воздействий на объект, расчетов и вычислений. Отсюда актуальной является задача разработки алгоритмов, позволяющих выполнять автоматизированную оценку параметров АЦП ВТ с получением максимальной информации о его точностных возможностях.
Очевидно, что для получения возможности оценки данных параметров необходима программно-аппаратная реализация функций как выполнения многократных измерительных операций, так и операций по обработке информации с целью дальнейшего использования в функциях анализа и расчета.
В качестве основных функций, участвующих в получении данных относительно характеристик и параметров АЦП ВТ, были выделены следующие [8]:
- функция установки угла;
- функция поиска заданного кода АЦП ВТ;
- функция нахождения границ кода.
Функция установки угла воспроизводит угол с заданной точностью и выставляет временные задержки для устранения влияния переходных процессов. Диаграмма деятельности для данной функции представлена на рис. 2.
Рис. 2. ЦМЬ-диаграмма деятельности, отображающая обобщенный алгоритм установки угла
Функция чтения кода АЦП ВТ осуществляет чтение кода N раз в массив. Затем выполняется поиск заданного кода согласно диаграмме деятельности, приведенной на рис. 3.
Основным критерием поиска является нахождение зоны 100 % устойчивости кода при N чтений заданного кода. Функция нахождения границ кода производит поиск начальных и конечных координат смены значений кода по критерию 50 % повторяемости при N количестве чтений кода.
Функция должна производить поиск при условии, что зона 100 % устойчивости кода найдена. Диаграмма деятельности функции приведена на рис. 4.
Алгоритм, примененный для поиска 50 % количества совпадений выходного кода АЦП ВТ, представляет собой комбинацию методов половинного деления и метода хорд.
Рис. 3. UML-диаграмма деятельности, отображающая обобщенный алгоритм поиска заданного кода
После каждого вызова данной функции должна производиться задержка, вычисляемая в зависимости от величины изменения заданного угла относительно ранее установленного и тем самым обеспечивающая правильность получения измеряемой информации [9].
Помимо этого, при расчете погрешностей за нулевую точку отсчета целесообразно принимать середину нулевого кванта, координаты которого измерены в нормальных условиях. Таким образом, осуществляется как бы «юстировка» нуля АЦП ВТ.
Поиск нулевого кода также целесообразно выполнять по критерию 100 % повторяемости, когда находятся нижние и верхние координаты смены кода по критерию 50 % повторяемости кода, в пределах которых находится нулевой код, а затем полученное значение середины кода используется в дальнейшей коррекции измеренных значений всех задаваемых кодов.
Заключение
Таким образом, были синтезированы математические модели нелинейных элементов телеметрических систем, таких как СКВТ и АЦП ВТ, применяемые для анализа информации об угловом перемещении объектов.
Алгоритм примененный для I-поиска 50%-го количества совпадений выходного кода АЦП ВТ представляет собой комбинацию методов половинного деления и метода хорд
Чтение заданного кода Для АЦП ВТ, подлежащего проверке
Уменьшение текущего угла н половину ширины кванта
і!
і
Увеличение текущего угла на] половину ширины кванта
Установка имитатора в режим в оспр о из в еден ия угла
Л
Установка имитатора в режим воспроизведения угла
Чтение кода N раз с выхода АЦП ВТ
Л
Чтение кода N раз с выхода АЦП ВТ
Число совпаденией с заданным кодом из N считываний отлично от50%
Число совпадений с заданным кодом
из N считыван
ий менее 50%
Число совпадений с заданным кодом из N считываний отлично от50%
'Увеличение угла на величин^ приращения вычисленного ^ помощью алгоритма поиску
Число сов заданным считыван иР
\ /
падении с <одом из N более 50%
Совпало с заданным кодом 50% из N считываний
Запоминание минимального значения границы угла
Совпало с заданным кодом 50% из N считываний ___________V_____________^
Число совпадений с заданным кодом Дий менее 50%
&
Запоминание максимального значения границы угла смены кода >
меньшение угла на величину приращения вычисленного помощью алгоритма поиску
/
\ /
минимальное и \ максимальное значения ) границ смены кода /
ЧИСЛО СОЕ
заданным
считываний
падении с <одом из N более 50%
из N считыван I
____________
меньшение угла на величину приращения вычисленного Ус помощью алгоритма поиску
V
Увеличение угла на величину приращения вычисленного ^с помощью алгоритма поиску
и)
Рис. 4. иМЬ-диаграмма деятельности, отображающая обобщенный алгоритм нахождения начальной и конечной координат смены кода
№ 2 (22), 2012 Технические науки. Электроника, измерительная и радиотехника
Получены зависимости, однозначно устанавливающие связи между погрешностью СКВТ, приведенной ко входу, нормированной в угловых единицах, и погрешностью СКВТ, приведенной к выходу.
В результате исследования влияния погрешностей СКВТ на результат преобразования АЦП ВТ была получена аналитическая зависимость, которая позволила предъявить требования по точности к входному воздействию для АЦП ВТ при выполнении анализа данных о характеристиках его точности.
В рамках обеспечения информационных процессов в телеметрических системах контроля углового перемещения объектов были предложены модели имитаторов СКВТ, позволяющие проводить анализ данных о точностных характеристиках АЦП ВТ на новом техническом и функциональном уровне.
Разработаны алгоритмы анализа данных о точностных характеристиках АЦП ВТ, применение которых позволит автоматизировать и существенно повысить достоверность проведения оценки функциональных параметров АЦП ВТ.
Список литературы
1. Домрачев, В. Г. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений : справочное пособие / В. Г. Домрачев, В. Р. Матвеевский, Ю. С. Смирнов. - М. : энергоатомиздат, 1987. - 392 с.
2. Тюрин, М. В. Опыт ОАО «НИИФИ» в использовании прогрессивных материалов и технологий при изготовлении интеллектуальных датчиков, микроэлектромеханических систем для систем мониторинга и контроля технически сложных объектов / А. Г. Дмитриенко, И. В. Волохов, С. И. Торгашин, М. В. Тюрин // Математическое моделирование в машино- и приборостроении : сб. науч. тр. Пенз. гос. ун-та. - Пенза, 2010. - Спецвыпуск № 4. - С. 90-111.
3. Доросинский, А. Ю. Исследование погрешности селектора октантов, входящего в состав АЦП сигналов синусно-косинусного вращающегося трансформатора / А. Ю. Доросинский // Измерительная техника. - 2011. - № 2. -С. 29-32.
4. Dorosinsky, A. Yu. A study of the error of the octant selector component of an analog-to-digital transducer of the signals of a sine-cosine synchro resolver / A. Yu. Dorosinsky // Measurement Techniques. - 2011. - № 2. - С. 150-155.
5. Доросинский, А. Ю. Проблемы метрологического обеспечения при производстве АЦП сигналов вращающегося трансформатора / А. Ю. Доросинский // Метрологическое обеспечение измерительных систем : сб. докладов Междунар. НТК. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. - С. 263-269.
6. Доросинский, А. Ю. Методы контроля функциональных параметров АЦП сигналов вращающегося трансформатора в код / А. Ю. Доросинский // Информационно-измерительная техника : межвуз. сб. науч. тр. - Вып. 30. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2006. - С. 57-61.
7. Доросинский, А. Ю. Имитатор синусно-косинусного вращающегося трансформатора на основе балансной модуляции / А. Ю. Доросинский // Надежность и качество : сб. тр. Междунар. симпозиума. - Пенза : Инф-изд. Центр ПГУ, 2007. - Т. 1. - С. 393-395.
8. Доросинский, А. Ю. Критерии оценки информационных характеристик АЦП сигналов вращающегося трансформатора / А. Ю. Доросинский // Современные информационные технологии : сб. ст. Междунар. науч.-техн. конф. - Вып. 4. -Пенза : Изд-во Пенз. гос. технолог. академии, 2006. - С. 50-52.
9. Доросинский, А. Ю. Разработка программно-аппаратного комплекса измерения параметров АЦП сигналов вращающегося трансформатора / А. Ю. Доросинс-
кий II Современные информационные технологии : сб. ст. Междунар. науч.-техн. конф. - Вып. 4. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. технолог. академии, 2006. - С. 53-55.
Доросинский Антон Юрьевич
старший преподаватель, кафедра информационных технологий и систем, Пензенская государственная технологическая академия
E-mail: [email protected]
Арзуманов Юрий Леонович
доктор технических наук, профессор, генеральный директор - генеральный конструктор конструкторского бюро «Арматура», Научно-исследовательский институт космических систем имени А. А. Максимова - филиал Государственного космического научно-производственного центра имени М. В. Хруничева (г. Юбилейный Московской обл.)
E-mail: [email protected]
Михеев Михаил Юрьевич
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой информационных технологий и систем, Пензенская государственная технологическая академия
E-mail: [email protected]
Dorosinsky Anton Yuryevich Senior lecturer, sub-department of information technologies and systems, Penza State Technological Academy
Arzumanov Yury Leonovich Doctor of engineering sciences, professor, director general - chief designer, “Armatura” design department, Research Institute of Space Systems named after A. A. Maksimov - branch of the State Space Research and Production Center named after M. V. Khrunichev (Yubileyny, Moscow region)
Mikheev Mikhail Yuryevich
Doctor of engineering sciences, professor, head of sub-department of information technologies and systems, Penza State Technological Academy
УДК 004.02 Доросинский, А. Ю.
Синтез моделей нелинейных элементов и алгоритмов анализа данных в телеметрических системах анализа информации об угловом перемещении объектов I А. Ю. Доросинский, Ю. Л. Арзуманов, М. Ю. Михеев II Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2012. - № 2 (22). - С. S1-95.
