Следящие измерители с цифровой обработкой на начальном этапе развития микроэлектроники выполнялись на интегральных микросхемах со средним уровнем интеграции. После появления сверхбольших интегральных схем цифровая обработка стала реализоваться в программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС) или программным путем в цифровых сигнальных процессорах, содержащих вычислительное ядро, память и периферийные интерфейсы. При обработке широкополосных сигналов, требующих использования быстродействующей элементной базы, дискриминаторы и модуляторы строятся с использованием ПЛИС. При этом сглаживание выполняется программным путем. При обработке низкочастотных сигналов возможна полностью программная реализация измерителей.
При программной реализации следящий измеритель содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) сигнала и интерфейс 1 для ввода данных в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) процессора (рис. 4.2, а). После ввода данных интерфейс 1 вырабатывает прерывание, запускающее программу обработки данных в процессоре. Результат измерения выдается потребителю через интерфейс 2.
Особенность цифровой
обработки сигнала в реальном времени заключается в том, что время выполнения
программы обработки должно быть меньше интервала временной дискретизации (рис.4.2, б). Поэтому выполнение программы
завершается переходом процессора в режим ожидания. После получения новых данных
вырабатывается сигнал прерывания, режим ожидания прекращается, и снова
повторяется программа обработки сигналов. При наличии в процессоре двупортового
ОЗУ ввод новых данных в память может выполняться и во время работы программы.
Интервал временной дискретизации в цифровой системе определяется периодом
выдачи данных АЦП.
При высоких частотах дискретизации цифровая система близка по своим свойствам к непрерывной аналоговой системе и проектируется с использованием методов проектирования непрерывных систем. При низких частотах дискретизации цифровая система действует как импульсная система.
4.2. Сглаживающие фильтры следящих измерителей
Следящий измеритель
является системой с обратной связью и проектируется как замкнутая система
автоматического регулирования. При малых рассогласованиях дискриминатор
является линейным устройством с коэффициентом передачи .
Значение этого коэффициента зависит от вида измеряемого параметра и способа
построения дискриминатора.
Динамические свойства измерителя (длительность и качество переходного процесса, величина ошибок) определяются в основном свойствами сглаживающего фильтра.
В общем виде передаточная
функция разомкнутого контура измерителя, содержащего дискриминатор,
сглаживающий фильтр и модулятор с коэффициентом передачи , имеет вид
(4.1)
где –
порядок астатизма;
и
–
полиномы.
Если рассмотреть функцию
передачи по ошибке
,
то порядок астатизма можно определить по индексу первого отличного от нуля коэффициента ошибок
(4.2)
Например, если
то
и система не имеет статической ошибки,
зависящей от значения параметра
, но имеется ошибка,
обусловленная скоростью его изменения.
При
и отсутствуют составляющие ошибки,
зависящие от параметра
и его скорости, но имеется
ошибка, зависящая от ускорения параметра.
Порядок астатизма определяется
числом интеграторов, содержащихся в передаточной функции
Поскольку астатизм существенно влияет на величину ошибок следящего измерителя, в составе сглаживающего фильтра, как правило, содержится один или больше интеграторов.
Рассмотрим способы реализации интеграторов в сглаживающем фильтре.
В качестве интегратора можно использовать электрический двигатель, имеющий передаточную функцию (выходной сигнал – угол поворота вала)
,
(4.3)
где –
коэффициент усиления двигателя.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.