CC BY
76
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №6/2016 ISSN 2410-700Х_
2. Осетров А.Ю. Исследование кинетики электродных процессов на углеродистой стали под пленками композиций индустриального масла И-20А и ИФХАН-29А в растворе NaCl, насыщенном SO2 // А.Ю. Осетров, И.В. Зарапина // Инновации в сельском хозяйстве. - 2014. - №5 (10). - С. 77-80.
3. Зарапина И.В. Применение ингибированных масляных композиций в целях защиты от коррозии сельскохозяйственной техники в атмосфере, содержащей SO2 / И.В. Зарапина, А.Ю. Осетров // Инновации в сельском хозяйстве. -2016. - №1 (16). - С. 271 - 275.
4. Кардаш Н.В. Методика определения водорода, диффундирующего через стальную мембрану. / Н.В. Кардаш, В.В. Батраков // Защита металлов. - 1995. - Т. 31, № 4. - С. 441 - 446.
5. Тоя Т. Две формы водорода поверхности металла. / Т. Тоя, Т. Ито, И. Иши // Электрохимия. - 1978. - Т. 14, № 5. - С. 703 - 710.
© Зарапина И.В., Осетров А.Ю., 2016
УДК 621.373.121
Зюзин Алексей Михайлович,
ЧОУ ДПО «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО»,
г. Саранск E-mail: novsdnit@mail.ru
СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ УПРАВЛЯЕМОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА
Аннотация
За основу предлагаемого решения взят принцип формирования гармонического сигнала из линейно-изменяющегося сигнала треугольной формы.
Рассмотрены принципы построения функциональных генераторов, разработана безынерционная схема формирователя гармонических сигналов, даны рекомендации по выбору параметров формирователя, обеспечивающих минимизацию нелинейных искажений формируемого сигнала, инвариантного к изменениям частоты входного источника. Предлагаемые решения защищены несколькими патентами Российской Федерации.
Ключевые слова
Функциональный генератор, структурная схема, фазовый модулятор, сумматор, квадратурные сигналы.
Функциональными генераторами (ФГ) принято называть генераторы, формирующие несколько сигналов определенной формы (например, прямоугольной, треугольной и синусоидальной), частота которых перестраивается достаточно в широких пределах [1, 2]. Разнообразие форм сигналов ФГ расширяет сферы их применения и позволяет использовать их для тестирования, отладки и исследования самой разнообразной электронной аппаратуры в радиоэлектронике, автоматике, системах связи, измерительной технике.
Подробное описание функциональных генераторов, их классификация и принципы построения ФГ рассмотрены в работах [1-4]. Известные способы построения ФГ можно свести [3, 4] к трем основным:
1. Классический принцип построения ФГ (на основе интегратора со 100 процентной отрицательной емкостной обратной связью). Основой генератора является интегратор, построенный на операционном усилителе, и релейный элемент, который имеет гистерезисную передаточную характеристику. Сигналы прямоугольной и треугольной формы получаются вполне естественно, как результат работы релаксационного генератора [1, 2]. Для получения квазисинусоидального напряжения приходится использовать специальный нелинейный преобразователь [2, 5], создание которого является достаточно
сложной технической задачей. Следует отметить, что даже при современном уровне развития нелинейных преобразователей не удается получить синусоидальное напряжение с коэффициентом гармоник много меньше 1% в достаточно широком диапазоне частот — от долей Гц до нескольких МГц [1].
2. Способ построения ФГ, основанный на формировании линейно-изменяющегося сигнала треугольной формы из двух квадратурных гармонических сигналов, сдвинутых друг относительно друга на 90 (270) электрических градусов [6, 7]. Основой подобных ФГ являются источники квадратурных гармонических сигналов, в качестве которых могут быть применены генераторы квадратурных гармонических сигналов [8-11], либо формирователи квадратурных сигналов [12-15], либо однофазные генераторы с применением управляемых фазовращателей [16-19]. Синтезированный сигнал обладает недостаточной линейностью [20-22], поэтому применяются различные блоки коррекции для повышения линейности сигнала треугольной формы [23-26].
3. Особую группу составляют формирователи гармонического сигнала на основе управляемых фильтров [4, 27]. В [4] рассмотрен способ формирования гармонических сигналов с использованием двухстороннего ограничителя (ДО) и четырехкаскадного управляемого фильтра нижних частот (ФНЧ). На выходе ДО формируется сигнал трапецеидальной формы, амплитудные значения которого определяются напряжениями ограничения на уровне 2/3 от максимального значения сигнала треугольной формы, что позволяет исключить из спектра формируемого сигнала треугольной формы третью и кратные ей гармоники. При изменении амплитуды входного сигнала происходит автоматическое изменение уровня ограничения, что позволяет сохранять постоянным спектральный состав сигнала, поступающего на вход ФНЧ. В состав устройства также входит преобразователь «частота-напряжение (ПЧН)», который позволяет сохранять постоянные фазовые сдвиги и амплитудные значения сигналов на выходах ФНЧ при изменении частоты входного сигнала в широких пределах. Устройство обеспечивает получение на выходе фильтра сигнала с коэффициентом нелинейных искажений около 0,2% , но является достаточно сложным.
Формирователь [27] содержит в своем составе управляемый биквадратный фильтр и преобразователь «частота-напряжение», который обеспечивает получение стабильных фазовых сдвигов формируемых сигналов в широком диапазоне рабочих частот. Наличие реактивных элементов (конденсаторов) в биквадратном фильтре ухудшает быстродействие формирователя в динамических режимах, особенно при быстрых переключениях частоты.
Целью является построение достаточно простого формирователя гармонического сигнала, предназначенного для использования в управляемых функциональных генераторах и способного работать в условиях широкодиапазонного изменения частоты входного сигнала треугольной формы.
Задача заключается в разработке быстродействующего формирователя гармонического сигнала на основе аналоговых перемножителей сигналов.
Функциональный генератор (фиг.1) содержит двухканальный управляемый источник (G) сигналов, два квадратора (КВ-1 и КВ-2), фазовый модулятор (ФМ) и сумматор. Частота f формируемых сигналов
D(t) и L(t) зависит от изменения управляющего напряжения Еу .
Рисунок 1 - Структурная схема ФГ
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №6/2016 ISSN 2410-700Х_
При подаче управляющего напряжения Ef на вход источника G (рис. 1) на его первом выходе формируется (рис. 2,а) сигнал биполярной прямоугольной формы D(t) , а на его втором выходе (рис. 2,б) - линейно-изменяющийся сигнал треугольной формы L(t), который подается на третий выход ФГ, а также на вход первого квадратора КВ-1.
DU)
г~
Щ) 271
Я
/1 // // // // / / у / \ HD iV \ \ \\ \\ \ V ч /1 /1 // // // ум S У л А i\ \\ \\ Ч V ц /1 // h // / / / / V.x л л \\ \\ \\ \\ ч.Ч // // /1 / / / / / / /у \ д \\ \\ \\ \\ \ \ л // // // // / / У / У у \ \\ \\ \\ \\ \ \ \ V ч\
Рисунок 2 - Временные диаграммы.
Квадраторы КВ, сумматор и фазовый модулятор ФМ образуют (фиг.1) формирователь гармонического сигнала, который поступает на второй выход функционального генератора.
Рассмотрим процесс формирования гармонического сигнала Ы2 ) . Для нахождения аналитических выражений сигнала ) используем общее выражение для прямой у = кх + Ь , проходящей через две точки с координатами (Х1, У ) и (Х2, у2)
у(х) = у - х (У^У!+х (У^У!. (1)
(Х — Х ) (Х — Х )
(Х2 Х1) (Х2 Х1)
где Х - текущее значение угла в радианах.
Подставив в (1) координаты двух граничных точек [ Х1 = 0, у = 0; Х2 = п/2, у2 =— А ] для первого участка сигнала ), получим
Ц (Х) = —(2 А / п) • Х , при Х Е [0; п/2]. (2)
Подставив в (1) координаты двух других граничных точек [ Х1 = п/2 , у1 = — А ; Х2 = п , у2 = 0 ] для второго участка сигнала ), получим
Ц (х) = —2А • [1 — (1/п) • х], при Х е[п/2; п]. (3)
Для упрощения рассуждений примем, что амплитудные значения сигнала ) равны
нормированному значению А = А = 1. В этом случае
Ц (х) = —(2/п) • Х ; Ц (х) = —2 • [1 — (1/п) • х]. (4)
Рассмотрим работу формирователя гармонического сигнала на первом участке при Х Е [0; п/2]. На выходе первого КВ-1 и второго КВ-2 квадраторов формируются (фиг.2,в) соответствующие сигналы
^ (х) = 12(х) = [(2/п) • х]2; Я2 (х) = $2(х) = [(2/п) • х]4. (5)
Сумматор является инвертирующим, поэтому на его выходе будет сформирован сигнал
M(х) = -[ki ■ Si(х)-k2 ■ S2(x) -къ ■ E0]
(6)
где кх, к2 и к3 - коэффициенты передачи сумматора по соответствующим входам, Е0 - величина
опорного напряжения.
Для большей наглядности введем в рассмотрение «виртуальные сигналы» (рис. 3,а)
51В (*) = -кД(;) и ^ (*) = к2 ЗД).
При к = 1, Е =1 и с учетом (5) получим
м (х) = -к
2
— ■ х п
+ к
2
— ■ х п
+1,
(6)
Максимальное значение Мтах = М(0) = А = 1 будет при X = 0, а минимальное М = 0 - при X = П /2, при этом уравнение (6) примет следующий вид
0 =-к + к + 1. (7)
Из уравнения (7) найдем зависимость между коэффициентами к41 и к42
k2 = k1 - 1
(8)
Формирование гармонического сигнала Ы2 (^) происходит с помощью фазового модулятора, на первый вход которого поступает (рис. 3,б) однополярный сигнал М(?), а на другой (рис. 3,в) -управляющий сигнал О (?) с выхода управляемого источника С .
Рисунок 3 - Временные диаграммы.
Анализ кривой N (?) показывает, что сигнал по форме близок к синусоиде, причем величина погрешности (отклонение от идеальной синусоиды) будет зависеть от значения коэффициента к .
2
4
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №6/2016 ISSN 2410-700Х_
Минимизация ошибки происходит при значении коэффициента k * 1,2232 , при этом коэффициент
k2 * 0,2232 .
В результате математического моделирования с помощью блока (THD-Total harmonic distortion) программы PSIM 9 установлено, что на выходе фазового модулятора формируется гармонический сигнал N2 (t) , коэффициент искажения которого не превышает 0,1% при оптимальных значениях коэффициентов
k f= 1,2232 и k f= 0,2232.
1opt ' 2opt ?
Выводы:
1. Разработанное устройство является быстродействующим, поскольку не содержит в своем составе инерционных реактивных элементов.
2. Получены расчетные соотношения, обеспечивающие минимизацию нелинейных искажений формируемого гармонического сигнала.
3. Полученные расчетные соотношения подтверждены на математической модели в программе PSIM-9. Список использованной литературы:
1. Дьяконов В. П. Генерации и генераторы сигналов / В. П. Дьяконов. - М. : ДМК Пресс, 2009. - 384 с.
2. Ноткин Л. Р. Функциональные генераторы и их применение / Л. Р. Ноткин. - М.: Радио и связь, 1983. -184 с.
3. Дубровин В. С. Способ построения управляемых функциональных генераторов / В. С. Дубровин, В. В. Никулин // T-comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2013. - Т. 7, № 6. - С. 22-27.
4. Дубровин В. С. Способы построения управляемых функциональных генераторов / В. С. Дубровин, А. М. Зюзин // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. - 2014. - № 7-8. - С. 131-137.
5. Дворников О. Формирователь синусоидального напряжения / Олег Дворников // Современная электроника. - 2008. - № 6. - С. 42-45.
6. Пат. 101291 Российская Федерация, МПК H 03 B 27/00. Функциональный генератор / Дубровин В. С., Зюзин А. М. - № 2010137125/09; заявл. 06.09.10; опубл. 10.01.11, Бюл. № 1. - 2 с.: 1 ил.
7. Пат. 104402 Российская Федерация, МПК H 03 K 4/06. Функциональный генератор / Дубровин В. С., Зюзин А. М. - № 2011100966/08; заявл. 12.01.11; опубл. 10.05.11, Бюл. № 13. - 2 с.: 1 ил.
8. Пат. 1702514 Российская Федерация, МПК H 03 B 27/00. Генератор ортогональных сигналов / Дубровин
B. С. - № 4796503/09; заявл. 26.02.90; опубл. 30.12.91, Бюл. № 48. - 6 с.: 1 ил.
9. Дубровин В. С. Генератор ортогональных сигналов. / В. С. Дубровин. В сборнике: Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов. V Всероссийская научно-техническая конференция, 29-30 мая 2007 г.: сб. статей под ред. И. И. Сальникова. Пенза, 2007. С. 154-156.
10. Пат. 2506692 Российская Федерация, МПК H 03 B 27/00. Управляемый генератор / Дубровин В. С. - № 2012137334/08; заявл. 31.08.12; опубл. 10.02.14, Бюл. № 4. - 22 с.: 11 ил.
11. Дубровин В. С. Система стабилизации управляемого генератора на базе квазиконсервативного звена / В.
C. Дубровин // Южно-сибирский научный вестник. - Бийск, 2012. - Вып. 2 (2). - С. 30-34.
12. Дубровин В. С. Формирователь квадратурных сигналов / В. С. Дубровин // Южно-сибирский научный вестник. - Бийск, 2012. - Вып. 2 (2). - С. 35-38.
13. Пат. 127554 Российская Федерация, МПК H 03 B 27/00. Формирователь квадратурных сигналов / Дубровин В. С., Зюзин А. М. - № 2012138489/08; заявл. 07.09.12; опубл. 27.04.13, Бюл. № 12. - 2 с.: 1 ил.
14. Дубровин В. С. Управляемый формирователь квадратурных гармонических сигналов / В. С. Дубровин, В. В. Никулин // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. - 2013, № 1 (17). - С. 5-12.
15. Дубровин В. С. Безынерционная система управления формирователя квадратурных гармонических сигналов / В. С. Дубровин, В. В. Никулин, А. В. Никулин // Измерительная и вычислительная техника в технологических процессах = Вимiрювальна та обчислювальна техшка в технолопчних процессах = Measuring and Computing Devices in Technological Processes. - Хмельницкий, 2013. - № 2. - С. 98-101.
16. Пат. 1667222 Российская Федерация, МПК H 03 B 27/00. Управляемый фазовращатель / Дубровин В. С.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №6/2016 ISSN 2410-700Х_
- № 4493920/09; заявл. 13.10.88; опубл. 30.07.91, Бюл. № 28. - 3 с.: 1 ил.
17. Дубровин В. С. Применение фазовращающих цепей при построении многофазных генераторов гармонических сигналов. / В. С. Дубровин. // Электроника и информационные технологии. 2011. № 1 (10).
18. Дубровин В. С. Управляемые фазовращатели / В. С. Дубровин // Южно-сибирский научный вестник. -Бийск, 2012. - Вып. 1 (1). - С. 38-41.
19. Дубровин В. С. Фазовращатель гармонического сигнала / В. С. Дубровин. // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. - 2014. - № 9-10. - С. 192-195.
20. Пат. 81859 Российская Федерация, МПК H 03 K 4/06. Аналого-цифровой аддитивный формирователь сигнала треугольной формы / Дубровин В. С., Зюзин А. М. - № 2008146321/22; заявл. 24.11.08; опубл. 27.03.09, Бюл. № 9. - 2 с.: 1 ил.
21. Пат. 81860 Российская Федерация, МПК H 03 K 4/06. Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы / Дубровин В. С., Зюзин А. М. - № 2008146300/22; заявл. 24.11.08; опубл. 27.03.09, Бюл. № 9. - 1 с.: 1 ил.
22. Пат. 83669 Российская Федерация, МПК H 03 K 4/06. Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы / Дубровин В.С., Зюзин А.М. - № 2009103327/22; заявл. 02.02.09; опубл. 10.06.09, Бюл. № 16. - 8 с.: 5 ил.
23. Дубровин В. С. Особенности применения аддитивных формирователей сигналов в функциональных генераторах / В. С. Дубровин // Южно-сибирский научный вестник. - Бийск, 2013. - № 2 (4). - С. 41-45.
24. Дубровин В. С. Определение погрешности линеаризации синтезированного линейно-изменяющегося сигнала в среде LabView / В. С. Дубровин, М. В. Ильин // Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments : сб. тр. восьмой Междунар. науч.-практ. конф., Москва, 20-21 нояб. 2009 г. - М., 2009. - С. 226-228.
25. Дубровин В. С. Модель для оптимизации параметров синтезированного сигнала / В. С. Дубровин, Е. А. Сайгина // Труды Северо-Кавказского филиала Московского технического университета связи и информатики. - Ростов н/Д, 2011. - С. 115-118.
26. Дубровин В. С. Особенности применения корректирующих блоков для повышения линейности сигналов треугольной формы в функциональных генераторах / В. С. Дубровин // Журнал научных и прикладных исследований. - 2016. - № 2. - С. 123-128.
27. Пат. 1674332 Российская Федерация, МПК H 02 M 5/16. Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное / Дубровин В С. - № 4719322/07; заявл. 17.07.89; опубл. 30.08.91, Бюл. № 32. - 4 с.: 1 ил.
© Зюзин А.М., 2016
УДК 338.45
Кандаков Владимир Александрович
студент группы 12-ЭМ Института электроэнергетики НГТУ им.Р.Е. Алексеева, г.Нижний Новгород, РФ E-mail: volodya.kandakov@yandex.ru Усов Николай Владимирович канд. экон. наук, доцент каф. «Экономика, управление и финансы» НГТУ им.Р.Е. Алексеева, г.Нижний Новгород, РФ
E-mail: nick_us87@mail.ru
ТЕХНИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМЫХ ПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Аннотация
В шстоящей статье рассматривается вопрос целесooбрaзнoсти внедрения регулируемых приводов
