Точность и помехоустойчивость систем радиоавтоматики. Устройства радиоавтоматики, страница 8

            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.