CC BY
20
УДК 621.319.53
УПРАВЛЕНИЕ В ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ CONTROL IN TESTING SYSTEMS OF ELECTRONIC INDUSTRY
А. В. Никонов, Г. В. Никонова
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
A. V. Nikonov, G. V. Nikonova
Omsk State Technical University, Omsk, Russia
Аннотация. Актуальность темы заключается в преодолении параметрической неопределенности параметров тест-сигналов испытательных систем. Цель - обеспечить достоверность, глубину и надежность контроля изделий электронной техники УВЧ диапазона. Задача - поиск универсального подхода к преодолению неопределенности амплитудных и временных параметров тест-сигналов нано- и субнаносе-кундного диапазона. Решается задача построения модели самонастраивающейся адаптивной подсистемы управления, показывающей ее поведение в ходе подстройки и учитывающей изменение во времени параметров аппаратуры. Результатом является структура самонастраивающейся адаптивной системы управления и данные по ее исследованию. Выводы указывают на возможность применения в испытательных комплексах предложенной самонастраивающейся адаптивной системы автоматического управления. При изменении статических и динамических характеристик аппаратуры и параметров тест-сигналов во времени, система управления отслеживает эти изменения и изменяет параметры регулятора, сохраняя оптимальность настройки по заданному критерию.
Ключевые слова: диапазон УВЧ, тестовый сигнал, изделия электронной техники, система управления.
DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-4-53-61
I. Введение
В испытательных системах электронной промышленности подсистема управления задает различные режимы анализа, результаты которого записываются в ОЗУ в каждом такте тест-последовательности (ТП). Кроме этого, результаты записываются в ОЗУ при наличии сбоя, а также записываются в каждом такте с остановкой при первом сбое. Для обеспечения всестороннего и глубокого контроля изделий электронной техники испытательные системы реализуют сложные алгоритмы со сложной аппаратной и программной поддержкой.
В то же время современные системы работают в нано- и субнаносекундном диапазоне временных интервалов на частотах до 1-5 ГГц и установкой уровней тест сигналов с шагом несколько милливольт. При этом погрешность установки параметров тест-сигналов должна быть менее 1-5 %, что обеспечит достоверность, глубину и надежность контроля. Поэтому необходимо рассмотреть сложность процесса управления в испытательных системах и затем оценить, насколько они соответствуют предъявляемым требованиям.
В ряде систем для каждого выхода формируется информация по данным тест-программ, на основе которой создаются сигналы, воздействующие на генератор тест-последовательности (ГТП), форматтер, выходной драйвер и коммутатор. В подсистеме контроля также формируется информация для установки значений эталонных сигналов и сигналов для компараторов. Такой подход существенно упрощает подготовку тест-программ и обеспечивает возможность контроля функционально сложных сверхбольших интегральных схем (СБИС). При этом имеется выигрыш относительно систем, имеющих ограниченное число коммутируемых по выходам управляющих каналов и совмещающих в одном канале информацию о входных воздействиях, а также об ожидаемых сигналах-откликах [1-4]. Также исключается неизбежное двойное снижение частоты функционального контроля при работе с контактами объекта типа «вход/выход».
Указанный подход в управлении испытательной системой позволяет в каждом такте фиксировать информацию о входных воздействиях, сигналах управления, ожидаемой (эталонной) информации и информации о результатах контроля. Это позволяет иметь совокупную информацию о состоянии СБИС в момент отказа при анализе результатов контроля, что повышает оперативность анализа.
В испытательной системе компании Teradyne заложена возможность запрограммировать повторение тест-последовательности 64000 раз. Быстродействующая память системы перезагружается по ходу работы и может хранить 256 описаний форм сигналов. Каждое описание содержит данные по синхронизации тест-векторов по форматам сигналов. В тестовом цикле можно использовать любое из описаний. Кроме этого, возможно строить вложенные циклы, передавать параметры между подпрограммами. Используются маски (программируемые кодовые комбинации), позволяющие определить положительный или отрицательный результат прохождения отдельных испытательных комбинаций.
В универсальной системе, выполняющей всесторонние испытания СБИС [5], функциональными испытаниями управляет быстродействующий процессор тестовых кодов, который позволяет сжимать функциональные тест-программы и вновь развертывать их при выполнении испытаний, а также переключаться в различных циклах на разные источники тест-кодов. Предусмотрено управление средствами измерения напряжений, токов и временных интервалов.
Процессор тестовых кодов осуществляет управление и подачу команд и сигналов на плату контактной электроники. Каждый канал обслуживает локальная память порядка 64 кбайт. Этот процессор восстанавливает все возбуждающие сигналы и команды запрета, сравнения и маскирования по данным, предварительно сжатым и записанным в его памяти.
Для длинных тест-программ, не содержащих повторяющиеся команд или блоков, непрерывное поступление тест-кодов обеспечивается только увеличением объема последовательной памяти. Установка поддерживает обнаружение ошибок в логических состояниях, ошибок в третьем состоянии, а также режим маскирования (блокировка ошибок) в течение всего времени испытаний. Фактическое обнаружение ошибок происходит только в интервалы времени, заданные в одной из фаз компаратора.
В универсальных комплексах для испытания СБИС с полными независимыми поконтактными наборами ресурсов [2] контроль операций на всех контактах осуществляется с помощью набора управляющих ресурсов, включающих быстродействующий котроллер испытаний, систему контроля внешних условий работы и блок измерений параметров тестовых сигналов и сигналов-откликов. Быстродействующий контроллер с тактовой частотой порядка 40 МГц управляет всеми испытательными функциями, критичными к временным параметрам. Он последовательно считывает тест-векторы из памяти в 106 элементов, инициирует автокалибровку генератора синхронизации и выполняет задачи исследования характеристик приборов.
Большие возможности системы обусловлены применением 32-разрядной мультипроцессорной компьютерной системы с использованием кэш-памяти инструкций и данных, и буфером динамической трансляции для поддержания виртуальной памяти. Компьютер системы жёстко связан с испытательной аппаратурой и содержит отображение всех аппаратных средств в физическом адресном пространстве памяти. Так обеспечивается немедленный доступ системного компьютера ко всем испытательным ресурсам.
Для контроля сверхскоростных СБИС в испытательных ресурсах используется быстродействующая GaAs элементная база [6]. Применение такой элементной базы ужесточает условия эксплуатации за счет ухудшения температурных условий, деградации полупроводниковых кристаллов испытательной аппаратуры и большой нестабильности амплитудных и временных параметров тест-сигналов.
В развитых тестерах испытательного оборудования для СБИС [2], кроме системного контроллера на первом уровне управления, на втором уровне управления используются испытательные станции, позволяя работать независимо от системного контроллера после загрузки в станцию соответствующих тест-программ. В этих тестерах имеются секции контактной электроники в каждой из испытательных станций, обеспечивающих формирование напряжений тест-сигналов для любой технологии испытуемых СБИС. Испытание быстродействующих объектов требует принятия специальных мер для обеспечения нормальных и расширенных условий эксплуатации.
Разработка универсальных и специализированных испытательных систем еще в большей степени увеличила сложность и набор функций управления [2, 7]. Эти системы позволяют выполнять как функциональные, так и внутрисхемные испытания, испытывают аналоговые и цифровые схемы (в том числе схемы памяти) в реальном масштабе времени. Каждый контакт тестера снабжается запоминающим устройством с произвольной выборкой. Для испытания памяти предусмотрены блоки управления, способные генерировать неограниченное количество тест-кодов. Кроме того, такие тестеры содержат сложные генераторы синхронизации, позволяющие эмулировать работу любого промышленного микропроцессора. Процессор прогона тест-программ загружает коды управляющих и выходных сигналов в быстродействующий контроллер с большой разрядностью командного слова (64-96 бит). Этот контроллер выполняет подачу тест-кодов и контроль выходных сигналов объекта контроля.
Указанный быстродействующий контроллер позволяет работать как с объектами со структурированной логической конфигурацией, так и со специализированными, в том числе с микропроцессорами и их шинами. В состав котроллера входят генераторы, триггеры, возбудители/усилители считывания и сканирующие устройства, с помощью которых тестер может формировать широкую гамму тест-сигналов, контролировать соответствующие им входные сигналы.
Универсальность тестера обусловлена поддержкой каждого цикла устройством синхронизации (под циклом понимается подача тест-сигналов и регистрация результирующих сигналов-откликов объекта). Тестер должен точно воспроизвести полный шинный цикл для любого микропроцессора на его же тактовой частоте. Формирование тест-сигналов и регистрация результатов происходит на каждом периоде тактового сигнала в наносе-кундном диапазоне каждые 100 нс.
Максимальное число контактов испытательной станции, обслуживаемых тестером на максимальной частоте, часто превышает 256. Используется распределенная структура управления: с помощью запоминающего устройства (ЗУ) управления параметрами из основной памяти в подпрограммные ЗУ передаются сразу несколько функциональных параметров. ЗУ управления параметрами в поцикловом режиме определяет, в каком виде и на какой конкретный контакт должна поступать функциональная информация из подпрограммного ЗУ.
В системных контроллерах и тест-станциях применяют быстродействующие микропроцессоры. Перед началом тестирования системный контроллер загружает в программную память тест-станций те тест-программы, которые будут управлять поступлением тест-векторов на объект. Микропроцессор каждой тест-станции выполняет тест-программу непосредственно из памяти без участия системного контроллера.
Использование отдельных микропроцессоров способствует быстрому переключению с тестирования одного объекта на другой. Каждая тест-станция содержит собственные средства для тестирования в статическом режиме, поэтому системный контроллер производит только переключение сигнала более дорогостоящего синхронизатора между тремя тест-станциями.
Такие системы позволяют тестировать до нескольких типов специализированных объектов одновременно, по одному на каждой тест-станции. Контроллер станции может подключить синхронизатор к первой тест-головке, где выполняется программа функционального тестирования. В то же самое время вторая тест-головка может выполнять тест статического режима, используя собственные ресурсы. Когда завершается программа, выполнявшаяся на первой тест-головке, контроллер переключает синхронизатор на вторую тест-станцию, которая может выполнять динамический функциональный контроль. Параллельно с этим на третьей тест-головке может осуществляться подготовка нового теста, и т. д.
В [8] блок формирования контрольных последовательностей сигналов служит для преобразования импульсов логических уровней, поступающих с выхода генератора слов, и подачи их в определенное время внутри такта на выводы объекта контроля и компаратора. Он также устанавливает состояние на выводах контролируемой схемы до и после подачи контрольных сигналов. Режим работы системы позволяет довести сигналы до выводов СБИС в определенное время и поддерживать требуемые уровни напряжений на входах в течение всего цикла контроля.
Количество формирователей контрольных последовательностей сигналов соответствует максимальному числу выводов объекта. Формирователи формируют последовательности сигналов по фазе, реализуют блокировку драйверов, компараторов и другие заданные программой режимы работы системы и задают результаты контроля, сигналы фаз и тактовые импульсы. Расширитель сигналов усиливает по мощности сигналы, участвующие в формировании запрограммированных последовательностей. Память ошибки используется для накопления, хранения и передачи в ЭВМ результатов контроля дефектных СБИС. Система управления и устройство согласования обеспечивают прием и передачу информации в ЭВМ, распределение информации по устройствам блока и управление их работой в автоматическом и автономном режимах.
Для организации самоконтроля аппаратуры, подсистема управления испытательного комплекса координирует работу блока самоконтроля, позволяющего взаимодействовать с объектом контроля без использования ЭВМ, а также проводить с помощью аппаратных средств поиск неисправностей в работе различных частей системы.
Таким образом, оценка технических возможностей испытательных систем и потенциальной пригодности заложенных в них способов установки временных соотношений и амплитудных параметров должна производиться с учетом направленности задач, решаемых системой:
- адаптироваться к классу измерительных задач по параметру «точность»;
- управляться по необходимому параметру в ходе измерительной ситуации;
- выполнять конкретные измерительные операции при формировании и измерении параметров тест-сигналов;
- функционировать с высокой точностью в широкой полосе частот в УВЧ диапазоне.
II. Постановка задачи
Можно сделать вывод, что для сложных больших мультиструктурных систем, какими являются испытательные системы для изделий электронной техники, в управлении необходимо разработать универсальный подход к преодолению параметрической неопределенности параметров тест-сигналов, возникающих при реализации сложных управляющих алгоритмов работы таких систем. Самонастройка должна выполняться за конечное время при конечном числе итераций. Число реализаций такого переборного процесса не должно быть чрезмерно большим и сохранять свойство универсальности.
В качестве первого способа можно предложить следующее: зная характеристики сигнала, нужно разработать программу, которая произведет необходимую настройку. Во втором способе можно применить самонастраивающуюся систему, которая не требует полной информации о тест-сигнале, но автоматически настраивается, обеспечивая заданные параметры.
Для настройки на тип тест-сигнала и подстройки параметров можно применить компенсационный метод с использованием моделей как аналогов тест-сигнала. Входное воздействие подавать и на регулирующий элемент для тест-сигнала, и на его модель. Структура модели с настраиваемыми параметрами подобна реальному тест-сигналу. Реальный тест-сигнал сравнивается с сигналом выхода модели, и в соответствии с принятым критерием отклонения осуществляется настройка параметров модели. Автоматическая настройка производится из условия минимума отклонения. Такая система будет адаптивной. Недостаточность информации о реальном сигнале компенсируется в результате настройки параметров модели объекта.
В алгоритме идентификации тест-сигнала нужно использовать получение последовательно уточняемых оценок - выполнять рекуррентное оценивание. В виртуальном измерительном устройстве нужно вводить изменяемую часть, на которую воздействует контур самонастройки. Самонастраивающуюся адаптивную систему управления необходимо представить схемой, согласно которой будет корректироваться собственный сигнал управления РУПр(^). При этом должны отрабатываться как изменения параметров системы, так и случайные дестабилизирующие факторы. В общем виде структура управления в испытательной системе может быть представлена как аналоговой, так и дискретной моделью.
Аналоговая модель системы управления представлена в [9]. Эта модель отражает ядро отдельного процесса и является прототипом, позволяющим представить систему управления аналоговой моделью. Функционирование системы управления рассматривается как итерационный процесс для замкнутого контура, имитирующего умственную деятельность человека. В модели используется дискретное минимальное приращение, на которое изменяется состояние управляемого объекта. По окончании переходного режима достигается состояние равновесия, при котором модель по выходному параметру у(Г) соответствует заданным требованиям, определяемым входной моделью х(0, с погрешностью не более g(t). Зафиксировав рассогласование параметра управляемого объекта с моделью не более заданного, система регулирования останавливается.
В [9] принято, что объект управления (ОбУ) является инерционным звеном первого порядка, выполняющим предписания управляющего блока, которые будут выполняться с большим или меньшим запаздыванием. Дискретная модель системы управления предложена в [10]. Для выполнения этапов работы системы необходимо устанавливать различные оптимальные значения для ряда параметров. Поэтому дискретная модель включает три составляющие и учитывает факторы:
- изменение значения параметра управляемого объекта Р(0 при воздействии управляющего сигнала;
- воздействие на объект управления сигнала управления РсОм№;
- требования к управляемому объекту в связи со старением, изменением параметров, и деградацией аппаратуры испытательной системы, а также по восприятию дестабилизирующих воздействий РАО(0.
В [10] первая составляющая дискретной модели учитывает изменение во времени значения параметра управляемого объекта Р(0. Вторая составляющая дискретной модели учитывает воздействие на ОбУ сигнала управления на каждом временном шаге Дt. Третья часть дискретной модели учитывает воздействие на ОбУ из-за факторов старения, износа и восприятия внешних дестабилизирующих воздействий РАО(0.
Приближения значения РЕд(1) от оценочной дискретной модели к значению Р(^) = Р(г) значения параметра управляемого объекта, реализует блок сравнения. В [10] также представлены математические выражения, на основании которых формируется значение РЕд(/). Фактически, данные от дискретной модели системы управления совпадают с непрерывной моделью с погрешностью, допустимой для практического применения.
В адаптивной системе управления дискретная модель позволяет интеллектуальному регулятору установить оптимальные параметры системы в зависимости от режима её работы. Но при этом необходимо обеспечить соответствие параметров системы управления непрерывно меняющимся свойствам управляемого объекта. В [10] исследована применимость в системе управления ПИД-регуляторов с автоматизированной настройкой,
использующих периодически вводимое в систему воздействие. Система управления использует компенсационный метод с использованием моделей-аналогов управляемого объекта.
Система в [10] является адаптивной, но и должна быть самонастраивающейся. Недостаток информации об управляемом объекте восполняется по результатам настройки параметров модели объекта. Самонастраивающаяся система управления, за счёт собственной подсистемы оценки уходов параметров аппаратной части, должна доопределять значения своих же параметров. Система должна корректировать собственный сигнал управления и учитывать в нем как изменение параметров аппаратной части, так и случайные дестабилизирующие воздействия.
Поэтому необходимо разработать алгоритм управления для блока, состоящего из регулятора и работающего совместно с ним рекурсивного устройства оценки параметров самой системы. Рекурсия позволит использовать рекуррентные формулы, вычисляя значения функции управления через свои же значения на предыдущем временном шаге. Так можно заменить действительные данные параметров аппаратуры системы на значения, полученные, от устройства оценки, и по этим значениям построить закон управления в испытательной системе.
Размещение полюсов определит параметры обратной связи и обеспечит конкретный вид управления, реализуемый конкретным алгоритмом.
III. Теория
Согласно структуре в [10], величина Р(t)=x с выхода управляемого объекта приводится к опорному значению Рвф. Значение величины Р(/) в процессе подстройки должно иметь оптимальное значение в переходном и установившемся режимах. Показано, что, представляя объект управления как апериодическое звено, для опорной модели самонастраивающейся адаптивной системы управления в установившемся режиме используется выражение (1):
(1 + pr0 )• Pb (t) = Pn (t)-K0, (1)
где т0 - начальное значение постоянной времени системы; Р1Л(0 - на сколько нужно изменить параметр регулируемого объекта, чтобы он соответствовал опорному значению; K0 - крутизна характеристики управляющего элемента объекта.
Для модели самонастраивающейся адаптивной системы управления, показывающей ее поведение в ходе подстройки и учитывающей изменение во времени параметров системы, необходимо использовать величины К (коэффициент передачи цепи управления), постоянная времени т системы, а также чувствительность к помехе с амплитудой Z , согласно выражению (2):
[1 + рт(t)] • P (t) = K (t) • [PCONT (t) + Z (t) • PNO (t)], (2)
где РЛО(0 - дестабилизирующий фактор.
Схема системы управления, соответствующая показанной модели, позволит получать дискретные оценки параметров системы К, ти Z во времени.
Для построения модели системы, работающей в условиях неопределённости и использующей дискретные оценки параметров системы во времени, в уравнения (1) и (2) введем обозначения: 1+рт(0=А; 1+рт0=А0 и K(t)=B; K0=B0. Внесем условие: для работы системы управления как адаптивной самонастраивающейся системы необходимо, чтобы она приходила в состояние устойчивого равновесия быстрее, чем при управлении регулируемым объектом с минимально возможной инерционностью. Поэтому введём постоянную времени идеальной системы TIDE(t), которая обеспечит работу системы управления с максимальным быстродействием.
В ходе работы система управления должна увеличить значение Т) для обеспечения устойчивости режима слежения за параметром управляемого объекта. Для этого в системе нужно иметь некоторую функцию наблюдения АМР, которая за счёт своей передаточной функции как апериодического звена первого порядка обеспечит устойчивости режима слежения. Устойчивое состояние системы управления при максимальном быстродействии в режиме слежения будет при условии:
Pb (t) = P/n (t)• AmfKо.
Вхождение в режим слежения и управление в стационарном режиме будет удовлетворять условию: АА0=1, или АА 0=PC0NT= 1. Изменение параметра управляемого объекта должно соответствовать добавке по цепи управ-
ления, включающей влияние сигнала помехи Z(t)PNO(t) и сигнала PCONT(t). Так, учитывается изменение параметра объекта, сигнала помехи и сигнала от регулятора. Поэтому можно записать выражение (3):
А • х - B • [Z (t)Pn (t)] - B • Pynp (t) = 0. (3)
Запишем формулу (3) как неопределённое уравнение:
Ах - By _ B • Pcont (t)_ BAAo. (4)
Значения неизвестных величин х и y из (4) соответствуют моменту времени, когда подсистема оценки интерпретирует значения величин А, В, AMF и А0.
Влияние дестабилизирующего фактора учитывается наблюдателем состояния с функцией наблюдения, которая изменяется в зависимости от помехи, и изменяется коэффициент передачи Z(t), и коэффициент K(t) при регулировке параметров тест-сигнала: AMF = Z(t)K(t). Согласно свойствам систем регулирования, в режиме синхронизма можно записать следующее уравнение:
xPeq coNT(t) + yP(t) = FPB(t), (5)
где Peq CONT(t) - эквивалентный сигнал с выхода регулятора; AMFK0 = F. Отсюда сигнал управления определяется выражением:
P (t)_ fpb (t)-yP(t) (6)
eqcont v ' ~ х '
В формуле (6) в х заключена информация о P(t), в y заключена информация о PNO(t) и в PCONT(t) заключена информация о воздействии на управляемый объект, в зависимости от значений и К, и т и Z.
IV. Результаты экспериментов
Структурная схема самонастраивающейся адаптивной системы управления, составленная с использованием выражений (2) и (5), на основе которых
^PEQ CONT (t) = FPb(S) - y P(t), (7)
показана на рис. 1.
РЖ)
by the formula
(7)
PN0(t)
-
Evaluation algorithm block
Z(t)PNo(t)
F=KoZZt • 1
■m X
PeqconT^
y : ! mT^c
by the formula (2)
Kt ■■ [ PqCOT + +ZZ t ■ Pot
by the formula
(5)
Рис. 1. Структура синтезированной адаптивной системы управления
Результаты моделирования показали, что в сравнении со схемой ПИ-регулятора, схема адаптивной системы регулирования параметров тест-сигнала обладает лучшими динамическими характеристиками. Уменьшается время нестационарного процесса и меньше время вхождения в режим синхронизма в условиях случайных дестабилизирующих факторов. Алгоритм оценки параметров тест-сигнала промоделирован при различных значениях коэффициентов передачи для х, у и 2. Значение опорного сигнала произвольно изменялось относительно нулевого среднего значения при конкретных величинах Р(/), Рмо(0 и РсОш{0.
Моделирование показывает, что сигнал выхода оценочной модели РЕд с0т({) повторяет изменения скорости сигнала Р(0, а разностный сигнал приближается к нулю. Это означает, что значения коэффициентов функции наблюдения АМР приведены к параметрам системы.
Но изменение во времени разностного сигнала между оценкой скорости сигнала РЕд с0щ{() и реальным значением скорости сигнала Р(/) при действии помехи зависит от коэффициентов передачи по цепям прямой и обратной связи, а также по цепи дестабилизирующего фактора. Выбор значений этих величин обеспечит быстрые и устойчивые переходные характеристики оценочной модели, что отражает рис. 2. Это подтверждается сравнением диаграмм входного сигнала (У2), эмулируемого сигнала (У8) и сигнала помехи (У4).
550.00т
275.00т
0.00т
Си 0и 16и 24 и 32и 40и
УШ
Т
70.00т 0.00т -70.00т
-О.Оби 7.94и 15.94и 23.94и 31.94и 39.94и
550.00т
225.00т
-100.00т
Рис. 2. Переходные характеристики оценочной модели в адаптивной системе управления
Поскольку разностный сигнал имеет характер переходного процесса, то это требует некоторого времени приближения к нулю. То есть регулятор должен иметь меньшее быстродействие, чем процедура оценки. Тогда значения оцениваемых параметров аппаратной части испытательной системы, поступающие в адаптивный регулятор, будут близки к реальным значениям параметров, имеющимся до момента их отработки регулятором.
V. Обсуждение результатов
Обоснование построения самонастраивающейся адаптивной системы управления отражено на рис. 1. Согласно этому рисунку, параметры оценочной модели для скорости изменения параметров тест-сигнала приводятся к заданной скорости изменения параметров опорного сигнала, что является оптимизированной реализацией работы системы управления в переходном и установившемся режимах. Необходимые изменения вносятся по итогам работы с оценочной моделью. Адаптивный самонастраивающийся регулятор корректирует управляющее воздействие на соответствующем управляющем элементе в системе так, чтобы отработать изменения параметров аппаратной части и случайные дестабилизирующие воздействия.
CEGG.gR тетрегашге= 27
-Г"
В ходе исследования работы системы управления рассмотрена отработка скачка опорного сигнала. Сигнал помехи имитируется как в виде детерминированного, так и в виде случайного воздействия с различными параметрами. Модель дает оптимальные значения параметров системы управления, устанавливаемые с помощью последовательной оценки.
По сравнению с ПИ-регулятором, при отработке перепада опорного сигнала улучшаются следующие характеристики:
- уменьшается колебательный процесс при вхождении в синхронизм, за счет чего увеличивается надежность испытательной системы;
- уменьшаются отклонения параметров тест-сигнала при воздействии помехи, что увеличивает достоверность испытаний;
- быстрый спад колебательного процесса в переходном режиме уменьшает время установления параметров в системе;
- проявляется потенциальное преимущество в скорости работы системы управления с ПИ-регулятором без самонастройки, но такая система уступает по времени установления переходного процесса;
- уменьшается вероятность появления переходного процесса типа «звон» при отработке скачка;
- условия устойчивости работы системы управления с самонастройкой обеспечиваются выбором значений коэффициентов функции наблюдения АМр. Подстройкой этих коэффициентов можно определять вид переходного процесса;
- самонастраивающаяся адаптивная система имеет лучшие характеристики по времени нестационарного процесса и по времени переходного процесса, когда изменение параметров тест-сигнала должно выполняться произвольным образом или при хаотичных воздействиях помехи. Испытательная система остается работоспособной при неопределенности ее собственных параметров.
VI. Выводы и заключение
Показана возможность применения в испытательных комплексах самонастраивающихся адаптивных систем автоматического управления. При изменении статических и динамических характеристик аппаратуры и параметров тест-сигналов во времени, самонастраивающаяся система управления отслеживает эти изменения и управляет параметрами регулятора, сохраняя оптимальность настройки по заданному критерию. Устройство оценки в такой системе управления должно быть более быстродействующим, чем сама система управления.
Для предложенной структуры самонастраивающейся адаптивной системы управления построена модель, позволяющая найти оптимальные значения параметров, устанавливаемые с помощью последовательной оценки как при наличии дестабилизирующих факторов, так и при неопределенности параметров аппаратуры испытательной системы.
Результаты моделирования подтверждают достоверность характеристик самонастраивающейся системы адаптивного управления параметрами тест-сигналов. Такая система обеспечивает высокую надежность работы в условиях неопределенности внешних воздействий и при самопроизвольном изменении параметров отдельных аппаратных блоков. Этим обеспечивается точность поддержания параметров тест-сигналов, а также заданных динамических и статических характеристик испытательной системы.
Список литературы
1. Chowdhary S., Shashidhar P. K., Bentur M., Begumpur S. Implementation of FPGA for Decision Making for IC'S Library // International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology (IJRASET). 2017. Vol. 5, Issue XI. Р. 3080-3094.
2. Nikonov Aleksandr V. Analysis of architectures of control equipment designed for testing ultra-high-speed integrated circuits / 2014 IEEE Conference Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics), Omsk, Russia, 2014. DOI: 10.1109 / Dynamics.2014.7005687.
3. Patent 7 493 542 US B2. Arrangement for testing integrated circuits / Farkas G., Gappisch S. Pub. Date: Feb. 17, 2009.
4. Patent 2003217341 US A1. Architecture and desidn of universal IC test system / Rajsuman R., Sauer R., Yamoto H. Pub. Date: Nov. 20, 2003.
5. Grochowski A., Bhattacharya D., Viswanathan T. R. , Laker K. Integrated Circuit Testing for Quality Assurance in Manufacturing: History, Current Status, and Future Trends // IEEE. 1997. V. 44, no. 8. P. 610-633.
6. Kuzuhara M., Tanaka S. GaAs-based high-frequency and high-speed devices // SAP International. 2003. P. 4-11.
7. Sanchez E., Reorda M. S. Nanotechnologies Testing. DOI: 10.1002/9783527800728.
8. Engin N., Kerkhoff H. G., Tangelder Ronald J.W.T., Speek H. Integrated Design and Test of Mixed-Signal Circuits // Journal of Electronic Testing. 1999. Vol. 14, Issue 1-2. P. 75-83.
9. Guerreiro N., Santos M., Teixeira P. Analogue and Mixed-Signal Production Test Speed-Up by Means of Fault List Compression // Circuits and Systems. 2013. Vol. 4. P. 407-421.
10. Никонов А. В., Милых А. В. Реализация системы управления производственным процессом по дискретной модели // Динамика систем, механизмов и машин. 2016. № 4. С. 114-117.
УДК 621.376.6
ОРТОГОНАЛЬНЫЕ ФАЗОКОДИРОВАННЫЕ СИГНАЛЫ С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ
ORTHOGONAL PHASE-CODED SIGNALS WITH ADDITIONAL DIFFERENTIAL PHASE SHIFT KEYING
П. И. Пузырёв, С. А. Завьялов
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
P. I. Puzyrev, S. A. Zavyalov
Omsk State Technical University, Omsk, Russia
Аннотация. В данной работе рассматриваются ортогональные фазокодированные сигналы с дополнительной относительной фазовой манипуляцией кодовых слов. Добавление относительной фазовой манипуляции кодовых слов к фазокодированному сигналу позволило уменьшить вероятность битовой ошибки при сохранении возможности некогерентного детектирования. При небольших частотных сдвигах наименьшей вероятностью битовой ошибки обладает относительная двоичная фазовая манипуляция 1-го порядка 2-ОФМ-1. Однако относительная двоичная фазовая манипуляция 2-го порядка 2-ОФМ-2 при незначительном проигрыше 2-ОФМ-1 в АБГШ канале обладает наименьшей чувствительностью к ошибке частотной синхронизации. Дополнительная относительная фазовая манипуляция позволяет уменьшить количество ортогональных сигналов при сохранении вероятности битовой ошибки либо уменьшить вероятность битовой ошибки при сохранении занимаемой полосы частот.
Ключевые слова: фазокодированные сигналы, ортогональные сигналы, относительная фазовая манипуляция, фазоразностная модуляция, некогерентный прием.
DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-4-61-69
I. Введение
Одним из способов уменьшения вероятности ошибки при передаче данных по радиоканалу является увеличение ансамбля ортогональных, биортогональных или симплексных сигналов. При увеличении ансамбля ортогональных сигналов кривая вероятности битовой ошибки Pb от Eb/No стремится к пределу Шеннона [1, 2]. С другой стороны, увеличение ансамбля приводит к увеличению занимаемой полосы. При этом скорость увеличения занимаемой полосы увеличивается быстрее, чем информационная скорость. Однако существует ряд применений, когда не требуется высокая скорость передачи данных, а объем информации мал. К таким радиосистемам относятся охранные системы автономных объектов, съем показаний приборов учета, радиомаяки, метеорологические станции и т.д. В низкоскоростных радиосистемах, как правило, существует избыточность пропускной способности канала. В этом случае применение сигналов с низкой спектральной эффективностью является оправданным, т.к. это позволяет дополнительно повысить достоверность приема и увеличить дальность связи. Под спектральной эффективностью подразумевается отношение информационной битовой скорости R к ширине спектра сигнала W.
