Повышение качества фазовых автоматизированных систем посредством использования установленных на основе моделей свойств спектрально-импульсного преобразователя частоты тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Охременко, Александр Викторович

• Охременко, Александр Викторович
• кандидат технических наук
• 2001

Оглавление диссертации кандидат технических наук Охременко, Александр Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. АНАЛИЗ ФАЗОВЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ

СИСТЕМ.

1Л. Анализ роли преобразования частоты в процессах передачи информации в автоматизированных системах.

1.2. Анализ существующих преобразователей частоты.

1.2.1. Аналоговые преобразователи частоты.

1.2.1.1. Преобразование частоты на основе использования элементов с нелинейной передаточной характеристикой.

1.2.1.2. Преобразование частоты на основе использования линейных цепей с переменными параметрами.

1.2.1.3. Преобразование частоты на основе использования аналоговых перемножителей сища5юд>*.-'-.

1.2.2. Импульсные преобразователи частоты.

1.2.2.1. Спектрально-импульсный способ преобразования частоты на основе использования динамических особенностей фазовых спектров последовательностей прямоугольных импульсов.

1.2.2.2 Спектрально-импульсный способ преобразования частоты на основе логического перемножения последовательностей прямоугольных импульсов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение качества фазовых автоматизированных систем посредством использования установленных на основе моделей свойств спектрально-импульсного преобразователя частоты»

Эффективное функционирование автоматизированных систем (АС) контроля и управления производственными, технологическими процессами, сложными динамическими системами, объединяющие различные по характеру технологии, - во многом определяется методами преобразования и обработки информации. Особенно это имеет значение в АС, содержащих элементы телеметрии и телеуправления. К таковым относится целый класс так называемых фазовых АС, используемых, в частности, при производстве испытаний и контроля металлоизделий. Указанный класс фазовых АС характеризуется тем, что в качестве носителя информации используется фаза высокочастотных колебаний, передаваемых по проводному, высокочастотному каналам или радиоканалу связи. Неотъемлемой частью таких систем является преобразователь частоты. Используемые в современных фазовых АС преобразователи частоты являются одним из источников искажений информации о состоянии объекта контроля или управления и, тем самым, не позволяют улучшать качественные характеристики этих систем, в том числе такие, как точность и быстродействие.

Одним из возможных путей повышения качества фазовых АС является применение в системах сравнительно молодого класса помехоустойчивых спектрально-импульсных преобразователей частоты. Однако широкое использование данных устройств сдерживается отсутствием аппарата исследования и определения их характеристик, а также методов проектирования АС, содержащих эти устройства. Существующие методы и средства не позволяют решить эти задачи в полном объеме.

Объектом рассмотрения в настоящей работе являются фазовые автоматизированные системы.

Целью настоящей работы является повышение качества фазовых АС посредством уменьшения погрешностей, вносимых в информацию о состоянии объекта контроля или управления преобразователем частоты.

Предметом исследования в настоящей работе является спектрально-импульсный преобразователь частоты как структурный элемент фазовых АС и его влияние на качество последних.

Одной из основных характеристик спектрально-импульсного преобразователя частоты является погрешность по линейной передаче фазы, под которой понимается отличие фазы колебания, полученного в результате преобразования частоты, от фазы колебания на входе преобразователя. Указанная погрешность имеет две составляющие: методическую и инструментальную. Трудности определения этих погрешностей состоят в следующем.

Существующие инструментальные средства (фазометры) имеют погрешность измерения фазы порядка 0,1° и не позволяют определять указанные погрешности по линейной передаче фазы вследствие их малой величины.

Аналитическое определение погрешностей по линейной передаче фазы спектрально-импульсных преобразователей частоты сопряжено с громоздкостью математических выражений, содержащих бесконечные ряды. Расчет погрешностей по линейной передаче фазы по этим выражениям на ЭВМ на сегодняшний день оказался невозможен из-за накапливающейся вычислительной погрешности.

В работе предложен новый подход к определению погрешностей по линейной передаче фазы спектрально-импульсного преобразователя частоты, основанный на моделировании процесса преобразования.

На основе этого подхода разработаны методики определения методической и инструментальной погрешностей по линейной передаче фазы спектрально-импульсных преобразователей частоты, а также методики определения параметров передаточной функции спектрально-импульсных преобразователей частоты, используемых для анализа устойчивости и оценки качества фазовых АС.

На основе этих методик разработаны программные средства, позволяющие автоматизировать процесс исследований погрешностей по линейной передаче фазы спектрально-импульсных преобразователей частоты и определения параметров передаточной функции спектрально-импульсных преобразователей частоты.

В работе разработаны способы улучшения качественных характеристик фазовых АС на основе использования спектрально-импульсного преобразователя частоты.

На основе разработанных методик и способов повышено качество промышленной АС управления производством испытаний и контроля неуправляемых летательных объектов в условиях специализированных полигонов. Проведены экспериментальные исследования, подтверждающие эффективность применения разработанных методик и способов для повышения качества фазовых АС.

Диссертация содержит 225 страниц, 46 рисунков, 6 таблиц и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и одиннадцати приложений. Список использованной литературы содержит 99 наименований.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Охременко, Александр Викторович

Основные результаты работы и выводы

1. Впервые в практике исследований спектрально-импульсных преобразователей частоты сформулирован принцип построения модели и разработана многофункциональная модель реального преобразователя частоты.

2. Теоретически обоснован и разработан методический аппарат для исследования и определения передаточной функции по фазе спектрально-импульсных преобразователей частоты, основанный на моделировании идеального и реального процессов преобразования. Разработаны эффективные

123 программные средства как инструмент реализации указанного методического аппарата.

3. В результате проведенных исследований функциональных зависимостей методической, инструментальной и суммарной погрешностей по линейной передаче фазы спектрально-импульсных преобразователей частоты выявлены общие закономерности их поведения, в частности, периодический характер, который позволил определить минимально достаточный фрагмент передаточной функции по фазе, полностью определяющей ее свойства.

4. Разработаны программные средства для определения параметров нелинейной передаточной функции спектрально-импульсного преобразователя частоты с целью использования их в процессе анализа устойчивости и ошибки регулирования замкнутой АС.

5. Разработаны способы улучшения характеристик фазовых АС по точности и быстродействию на основе применения спектрально-импульсного преобразователя частоты.

6. Произведены экспериментальные исследования эффективности разработанных методик и способов повышения качества фазовых АС, в результате которых выявлено снижение уровня фазовых шумов в 4 раза, повышение точности АС в 2,2 раза, увеличение быстродействия АС в 2,5 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Охременко, Александр Викторович, 2001 год

1. Автоматизированные системы управления технологическими процессами: Справочник / Грищенко А.З., Грищук В.П., Денисенко В.М. и др. Под ред. акад. АН УССР Б.Б. Тимофеева. К.: Техшка, 1983. - 351 с.

2. Айзерман М.А. Теория автоматического регулирования. 3-е изд., пере-раб. и доп. - М.: Наука, 1966. - 452 е.: ил.

3. Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985.-256 с.

4. Алексенко А.Г. Шагурин И.И. Микросхемотехника: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 496 е.: ил.

5. A.A. Амосов, Ю.А. Дубинский, Н.В. Копченова. Вычислительные методы для инженеров: Учеб. пособие. М.: Высш. шк., 1994. - 544 е.: ил.

6. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы: Справочное пособие / С.В.Якубовский, Н.А.Ниссельсон и др.; Под ред. С.В.Якубовского. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985. - 432 е.: ил.

7. Анализ и расчет интегральных схем. Часть 2. Логические интегральные схемы. / Под ред. Д. Линна, Ч. Мейера и Д. Гамильтона. Перевод с англ. под ред. Б.И. Ермолаева. М.: Мир 1969. 388 е.: ил.

8. Н. Anderson, P. Hiscocks. Switching multiplier is accurate at low frequencies //Electronics. 1978,- February 2, Vol. 51, No. 3.-pp. 114, 115, 117.

9. Арсланов M.3., Рябков В.Ф. Радиоприемные устройства. Учебное пособие для вузов. М.: "Советское радио", 1973, 392 с.

10. A.c. 1408383 СССР, МПК G 01 R 25/00. Способ измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами / В.Н.Булатов, В.И.Кутузов, В.А.Власов и др. (СССР). Опубл. в Б.И. 1988, №25.

11. Атабеков Г.И. Основы теории цепей. М.: Энергия, 1969. - 424 е.: ил.

12. Барсуков Ф.И., Русанов Ю.Б. Элементы и устройства радиотелеметрических систем. М.: Энергия, 1973, 256 с.

13. Булатов В.Н., Охременко A.B. Широкополосный фазовый модулятор // Труды второй международной научной конференции "Методы и средства управления технологическими процессами". Саранск, 1997. - С. 61-62.

14. Васильев P.P., Шастова Г.А. Передача телемеханической информации. Москва-Ленинград: государственное энергетическое издание. 1960. - 144 с.

15. Вольтметр универсальный В7-26 № 6163. Формуляр. 1983.

16. О.П. Галахова, Е. Д. Колтик, С.А. Кравченко. Основы фазометрии. Д.: Энергия, 1976, 256 е.: ил.

17. Помехоустойчивость типового тракта обнаружения сигналов / Н.Г. Еат-кин, В.А. Ееранин, М.И. Карновский, Л.Г. Красный К.: Техшка, 1971. - 204 с.

18. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для радиотехнич. вузов и фак. М.: Сов.радио 1963. - 695 е.: ил.

19. Еоноровский И.С., Демин М.П. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. пособие для вузов. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1994. -480 с.

20. Еутников B.C. Фильтрация измерительных сигналов. Л.: Энергоатоми здат. Ленингр. отд-ние, 1990. - 192 е.: ил.

21. Еенератор сигналов низкочастотный прецизионный ГЗ-110. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 1982.

22. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. Приближение функций, дифференциальные и интегральные уравнения / Под ред. Демидовича Б.П. 3-е изд., перераб. - М.: Наука, 1967. - 368 е.: ил.

23. Евтушенко И.Н. Телемеханика в автоматизированных системах управления на промышленных предприятиях. М.: "Энергия", 1970. 80 с.

24. Зернов Н.В. Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей. М.-JL:Энергия, 1965. 892 е.: ил.

25. Ивахненко А.Г. Кибернетические системы с комбинированным управлением. -К.: Техника, 1966. 512 с.

26. Измерения в электронике: Справочник / В.А. Кузнецов, В.А. Долгов, В.М. Коневских и др. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 512 с.

27. Измеритель фаз Ф2-34. Формуляр.

28. Измеритель разности фаз Ф2-34. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 2.721.057 ТО.

29. Ильин В.А. Телеуправление и телеизмерение. Учеб. пособие для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Энергия, 1974, 408 е.: ил.

30. Интегральные микросхемы: Справочник / Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунинин, Ю.Н. Смирнов и др.; под. ред. Б.В. Тарабрина. М.: Радио и связь, 1983. - 528 е.: ил.

31. Квитек Е.В., Кутузов В.И. Спектрально-импульсные преобразователи параметров измерительных сигналов. Аналитический обзор. Приборостроение. -М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1989, 29 е.: ил.

32. В.П. Корячко, В.М. Курейчик, И.П. Норенков. Теоретические основы САПР: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 400 е.: ил.

33. Кофлин Р, Дрискол Ф. Операционные усилители и линейные интегральные схемы / пер. с англ. Бронина Б.Н. ; под. ред. к.т.н. Гальперина М.В. -М.: Мир, 1979.-360 е.: ил.

34. Куропаткин П.В. Теория автоматического управления: Учебн. Пособие для электротехн. Специальностей вузов. М.: "Высшая школа", 1973. - 528 е.: ил.

35. Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для вузов. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983. - 320 е.: ил.

36. Кушнир Ф.В. и Савенко В.Г. Электрорадиоизмерения. Учебное пособие для вузов. Л.: "Энергия", 1975. - 368 с.

37. Лабутин В.К. Книга радиомастера. Изд 3-е, перераб. и доп. М.-Л.: Энергия, 1964. - 528с.: ил.

38. А.П. Литвинов, С.П. Моржаков, Е.А. Фабрикант. Основы автоматики / под ред. В.А. Бесекерского. -М.: Машиностроение, 1967. 272 е.: ил.

39. Маслов A.A., Сахаров О.Н. Синтез диодных функциональных преобразователей. М.: Энергия, 1976. — 167 е., ил.

40. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Нелинейные цепи: Учеб. для студентов электротехн. спец. вузов. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. шк., 1986. - 352 е.: ил.

41. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры: Справочник / И.В. Нова-ченко, В.М. Петухов, И.П. Блудов, A.B. Юровский. М.: КУбК-а, 1995. - 384 е.: ил.

42. Мамонкин И.Г. Усилительные устройства: Учеб. пособие для вузов. -Изд 2-е, доп. и перераб. М.: Связь, 1977. - 360 е.: ил.

43. Мовшович. Е.М. Полупроводниковые преобразователи частоты. Л.: Энергия, 1968. 264 е.: ил.

44. Мячин Ю.А. 180 аналоговых микросхем: Справочник. М.: Радио, 1993.- 152 е.: ил.

45. И.В. Новаченко, В.А. Телец, Ю.А. Краснодубец. Интегральные схемы для бытовой радиоаппаратуры. Дополнение четвертое: Справочник. М.: Радио и связь, 1995. - 320 е.: ил.

46. Орнатский. П.П. Автоматические измерения и приборы (аналоговые и цифровые). 5-е изд. перераб. и доп. - К.: Вища шк. Голоаное изд-во, 1986. -504 е.: ил.

47. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов / H.A. Аваев, Ю.Е. Наумов, В.Т. Фролкин. -М.: Радио и связь, 1991. -288 е.: ил.

48. Охременко A.B. Определение инструментальной погрешности спектрально-импульсных преобразователей частоты / Оренбургский государственный университет. Оренбург, 2000. - 31 е.: ил. - Деп. в ВИНИТИ 17.04.00, № 1019—В 00.

49. Панфилов И.П., Козаченко М.Т. Повышение помехоустойчивости каналов связи АСУТП. К.: Тэхника, 1991. - 165 с.

50. Петренко Ю.И. Методы построения множительных устройств с нелинейной интерполяцией. // Автоматика и телемеханика, 1975 № 8, с. 158-166.

51. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации. / А.Г. Зюко, А.И. Фалько, И.П. Панфилов, B.JI. Банкет, П.В. Иващенко; Под ред.

52. A.Г. Зюко. -М.: Радио и связь, 1985. -272 е.: ил.

53. Помехоустойчивые устройства систем управления летательными аппаратами: Учеб. пособие / Под ред. A.A. Елисеева, А.П. Лукошкина. М.: МПИ, 1989.

54. Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике: Справочник. / Р.В. Данилов, С.А. Ельцова, Ю.П. Иванов и др.; Под ред. Б.Н. Файзулаева, Б.В. Тарабрина. М.: Радио и связь, 1987. - 384 е.: ил.

55. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. М.: Радио и связь, 1990. - 304 е.: ил.

56. Паллю де Ла Барьер Р. Курс теории автоматического управления: Пер. с англ./ Под ред. П.И. Кузнецова. М.: Машиностроение, 1973. - 396 е.: ил.

57. Радиоавтоматика. Учеб. пособие для студ. вузов спец. "Радиотехника" / Бессекерский В.А., Елисеев A.A., Небылов A.B. и др.; Под ред. Бессекерского

58. B.А. М.: Высш. шк, 1985. - 271 е.: ил.

59. Радиоприемные устройства. Под ред. Н.В. Боброва. Учебное пособие для вузов. М.: Советское радио, 1971. 496 е.: ил.

60. Радиоприемные устройства: Учеб. пособие для радиотехнич. спец. вузов. / Ю.Т. Давыдов, Ю.С. Данич, А.П. Жуковский и др.; Под ред. А.П. Жуковского. М.: Высш. шк., 1989. - 342 е.: ил.

61. Радиоприемные устройства. / А.Г. Зюко, Ю.Ф. Коробов, Г.И. Левитан и др. Под ред. А.Г. Зюко. - М.: Связь, 1975. - 400 е.: ил.

62. Радиоприемные устройства. Учеб. для вузов. / И.Н. Амиантов, Ю.Н. Антонов Антипов, В.П. Васильев и др.- М.: Сов. радио. - 1974. - 560с.: ил.

63. Радиотехнические системы передачи информации: Учеб. пособие для вузов. / В.А. Борисов, В.В. Калмыков, Я.М. Ковальчук и др.: Под ред В.В. Калмыкова. М.: Радио и связь, 1990. - 304 е.: ил.

64. Радиотехнические системы обеспечения посадки самолетов. Учебное пособие. / Ю.Е Гущин, В.В Кашинов, А.Н. Лапин и др. Под общей ред. профессора Г.А. Пахолкова. Иваново: Ивановский энергетический институт им. В.И. Ленина, 1975. - 152 е.: ил.

65. Раимова А.Т. Повышение эффективности АСУ качеством электроэнергии спектральными методами воспроизведения параметров эталонных моделей: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -Оренбург: ОГУ, 1997. 212 с.

66. Скарлетт Дж. Транзисторно-транзисторные логические интегральные схемы и их применение: Перевод с англ. В.Л. Левина и Л.С. Ходоша. Под ред. Б.И. Ермолаева. М.: Мир, 1974, 288 е.: ил.

67. Скрипник Ю.А. Методы преобразования и выделения измерительной информации из гармонических сигналов. К.: Наукова думка, 1971. - 276 с.

68. Соловов В .Я. Фазовые измерения. -М.: "Энергия", 1973.- 120 с.

69. Солодовников В.В., Матвеев П.С. Расчет оптимальных систем автоматического управления при наличии помех. М.: Машиностроение, 1973. - 239 с.

70. Справочник по радиоэлектронным устройствам. В 2-х томах. Т.2/ Варламов Р.Г.; Додик С.Д.; Иванов-Цыганов А.И. и др.; Под ред. Линде Д.П. М.: Энергия, 1978.-328 с.

71. Справочник по радиоэлектронным устройствам. В 2-х томах. Т.1/ Бурин Л.И.; Васильев В.П.; Каганов В.И. и др.; Под ред. Линде Д.П. М.: Энергия, 1978.-440 с.

72. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Нью-Йорк, 1970: Пер. с англ. (в четырех томах) / Под общей ред. Трофимова К.Н.; Том 3. Радиолокационные устройства и системы / Под ред. Виницкого A.C. М.: Сов. Радио, 1978.-528 с.

73. Справочное пособие по теории систем автоматического регулирования и управления / В.Д. Громыко, В.В. Зубарь, В.В. Кругликов и др. ; под общ. ред. Е.А. Санковского. -Мн.: "Вышэйш. школа", 1973. 584 е.: ил.

74. Тимонтеев В.Н., Величко JI.M., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Радио и связь, 1982. - 112 е., ил.

75. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство / Пер. с нем. М.: Мир, 1982. - 512 е.: ил.

76. Толстов Г.П. Элементы математического анализа. М.: Наука, 1974. -Т.2.-472 е.: ил.

77. Уорсинг А., Геффнер Дж. Методы обработки экспериментальных данных / Пер. с англ. Шохат JI.A.; под ред. Монина A.C. 2-е изд. - М.: Изд-во иностр. лит., 1953. - 346 с.

78. Харкевич A.A. Спектры и анализ. 4-е изд. М.: Государственное издательства физико-математической литературы. 1962. - 236 е.: ил.133

79. Хлыпало Е.И. Нелинейные системы автоматического регулирования / Под ред. Е.П. Попова. JL: Энергия, 1967. - 452 е.: ил.

80. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник / П.П. Мальцев, Н.С. Долидзе, М.И. Критенко и др. М.: Радио и связь, 1994. - 240 е.: ил.

81. Шевеленко В.Д. Исследование динамических особенностей спектров импульсов // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1979. - №8. - С. 38-44.

82. Шевеленко В.Д., Кутузов В.И. О некоторых динамических особенностях спектров импульсов // Радиотехника. 1973. - 28. - №6. - С. 92-93.

83. Электрические измерения: Учебник для вузов / Байда Л.И., Добротвор-ский Н.С., Душин Е.М. и др. / Под ред. Фремке A.B. и Душина Е.М. 5-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергия, 1980. - 392 е.: ил.

84. Баранов Л.А. Квантование по уровню и временная дискретизация в цифровых системах управления. — М.: Энергоатомиздат, 1990. 304 е.: ил.

85. A.A. Горлач, М.Я. Минц, В.Н. Чинков. Цифровая обработка сигналов в измерительной технике. К.: Техшка, 1985. - 151 е.: ил.

86. Шляндин В.М. Цифровые измерительные устройства. М.: Высш. шк., 1981.-335 с.

87. Охременко A.B. Комплекс программных средств для определения погрешностей по передаче фазы спектрально-импульсных преобразователей частоты. Информационный листок № 138-00 от 25.09.00. Оренбург: ЦНТИ, 2000. -4 с.