автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Исследование алгоритмов следящего уравновешивания и проектирование на их основе быстродействующих средств аналого-цифрового преобразования

ВВЕДЕНИЕ. к

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТОК И ИССЛЕДОВАНИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (АЦП) СЛЕДЯЩЕГО УРАВНОВЕШИВАНИЯ

1.1. Динамические характеристики быстродействующих

АЦП и пути их совершенствования . /

1.2. Обзор алгоритмов и структур АЦП следящего уравновешивания (САЦП)

1.2.1. САЦП без экстраполяции

1.2.2. САЦП с экстраполяцией .3/

1.3. Систематизация алгоритмов следящего уравновешивания.

Актуальность работы и состояние проблемы

При решении крупных научно-технических и народнохозяйственных задач в настоящее время широко используются различные вычислительные, управляющие и информационно-измерительные системы* В;)0сновных направлениях экономического и социального развития V

СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года подчеркивается необходимость совершенствования средств и систем сбора, передачи и обработки информации [I] •

Характерной особенностью таких систем является наличие в их составе аналого-цифровых преобразователей (АЦП), которые должны обеспечивать не только преобразование, но и функциональное и информационное согласование с остальными устройствами системы* Одной из важнейших задач преобразовательной техники на настоящем этапе является исследование, проектирование и создание быстродействующих АЦП, способных кодировать мгновенные значения широкополосных сигналов с высокой точностью*

Актуальность такого направления обусловлена преаде всего переходом от единичных измерений значения преобразуемой величины к измерению динамических процессов с представлением результата измерения в виде дискретизированной последовательности мгновенных значений* Постоянно расширяется номенклатура датчиков, имеющих широкий частотный диапазон выходных сигналов, та

Т 5 \ ких как пьезоэлектрические (10 - 10 Гц), трансформаторные (50-400 Гц), магнитострикционные (10-Ю-5 Гц), фотоэлектрические с

10-10 Гц) и т.д. В то не время непрерывно повышаются требования к точности измерений динамических процессов, проводимых в реальном масштабе времени. В связи с этим, особенно актуальными являются вопросы совершенствования динамических характеристик средств аналого-цифрового преобразования.

Быстродействующие АЦП всегда являются элементом системы, и потому единственно правильным подходом к оценке их эффективности, как подчеркивается в [2,3] , является системный подход, учитывающий влияние параметров преобразователя на качество работы системы в целом. В [2] отмечается, что преобразователи системного назначения должны обладать определенным набором различных свойств для обеспечения эффективности работы при решении различных задач. Кроме того, гибкость системы существенно возрастает, если имеющийся в системе преобразователь не только выполняет функции аналого-цифрового преобразования, но и берет на себя некоторые операции, связанные с управлением и первичной обработкой информации. Системное использование быстродействующих АЦП выдвигает ряд новых требований ко всему комплексу их динамических характеристик. Так, например, точность восстановления преобразуемых сигналов в виде функций времени по дискре-тизированным отсчетам определяется как частотой дискретизации, так и погрешностью АЦП в динамическом режиме. Для минимизации погрешности АЦП в динамическом режиме необходимо гарантировать, что динамическая погрешность в заданном частотном диапазоне будет соизмерима со статической погрешностью и не превысит определенного значения. Высокая точность восстановления преобразуемых сигналов без существенного усложнения процедуры восстановления может быть достигнута за счет повышения частоты дискретизации. В |4,5] показано, что для восстановления с погрешностью О,5.0,1 % как детерминированных сигналов с ограниченным спектром, так и случайных сигналов с неограниченным спектром, частота дискретизации должна превышать в десятки и сотни раз максимальную или эффективную частоту спектра преобразуемых сигналов.

Быстродействующие АЦП системного назначения должны обеспечивать:

1) высокую статическую и динамическую точность;

2) высокую частоту дискретизации и малое время преобразования;

3) возможность многофункционального использования и первичной обработки информации в процессе преобразования;

4) системную совместимость и интерфейсные функции.

Анализ показывает, что в настоящее время остается неудовлетворенной потребность в АЦП со следующими характеристиками: частотный диапазон преобразуемых сигналов - 0.100 кГц; число двоичных разрядов - 10.14; погрешность в динамическом режиме - 0,05.О,5 %; частота дискретизации - 1.10 МГц; время преобразования - 1.10 мкс.

Это связано, прежде всего, с тем, что серийно выпускаемые в настоящее время отечественной промышленностью быстродействующие АЦП (Ф7077, Ф4222, Щ68003,1113ПВ1 и другие) не могут непосредственно использоваться для преобразования широкополосных сигналов с гарантированной динамической точностью (кроме интегрального параллельного АЦП типа П07ПВ1). При создании быстродействующих АЦП для серийного освоения следует особое внимание уделять вопросам их технологичности, так как многие разработанные преобразователи с высокими динамическими характеристиками остаются в виде отдельных лабораторных образцов из-за невысоких технологических показателей.

Исследования, проведенные в диссертационной работе, показали, что сформулированным выше требованиям в значительной степени удовлетворяют АЦП следящего уравновешивания (САЦП), которые потенциально обладают высокой статической точностью, высокой частотой дискретизации и широкими возможностями многофункционального использования. Вопросам исследования и совершенствования САЦП посвящены работы Э,И, Гитиса, А.И. Кондалева, В.Б. Смолова, В.М. Муттера, В.К. Шмидта, Г.М. Петрова, В.М. Шляндина, К.В. Сафроновой, Г.П. Шлыкова, Н.П. Вашкевича и других авторов. Были исследованы алгоритмы следящего уравновешивания с различным числом и распределением уровней квантования разностного сигнала [6,7,8] , подробно рассмотрены вопросы оптимального выбора числа и значений уровней квантования при их неравномерном распределении [9,10] • Исследования САЦП с двоичной шкалой квантования, проведенные в основном путем имитационного моделирования на ЦВМ [II] , позволили качественно оценить его свойства и показали перспективность использования такого преобразователя, В [12,13] описаны и исследованы алгоритмы следящего уравновешивания, при которых размер ступени уравновешивания или размер шкалы квантования меняются в зависимости от предыдущих значений разностного сигнала. Рассматривалась также возможность использования алгоритмов с экстраполяцией уравновешивающей величины по промежуточным оценкам для расширения частотного диапазона преобразуемых сигналов [14] • Однако на стадии создания и внедрения таких преобразователей, как САЦП с двоичной шкалой квантования, необходимы более строгие аналитические оценки их динамических характеристик. Кроме того, известные алгоритмы следящего уравновешивания не могут обеспечить высокой динамической точности в широком частотном диапазоне преобразуемых сигналов. Поэтому попрежнему актуальной остается задача поиска новых алгоритмов и структур САЦП с целью получения высоких динамических характеристик.

Настоящая диссертационная работа посвящена теоретическому исследованию известных и разработке новых алгоритмов следящего уравновешивания, а также проектированию на их основе быстродействующих АЦП мгновенных значений с высокими динамическими характеристиками и расширенными функциональными возможностями,

В связи с этим ставились следующие основные задачи:

1. Систематизация алгоритмов следящего уравновешивания на основе существенных признаков, влияющих на динамические характеристики, и выделение перспективных путей повышения динамической точности САЦП.

2. Разработка методики аналитического исследования САЦП с двоичной шкалой квантования.

3. Исследование возможностей многофункционального использования САЦП.

Обоснование целесообразности использования алгоритмов с экстраполяцией уравновешивающей величины по предыдущим оценкам для расширения частотного диапазона преобразуемых сигналов. Разработка и исследование САЦП с экстраполяцией.

5. Исследование возможности использования принципа адаптации для улучшения динамических характеристик САЦП.

6. Совершенствование и оптимизация параметров узлов САЦП, а также выявление перспективных технических решений, позволяющих улучшить их метрологические и технологические характеристики .

7. Техническая реализация и внедрение разработанных преобразователей в промышленности и научных исследованиях.

Поставленные теоретические задачи решались путем аналитических исследований алгоритмов следящего уравновешивания на основе математического описания процесса преобразования и анализа динамических характеристик САЦП с помощью специально разработанных для этого методик. Для проверки некоторых теоретических выводов использовались результаты имитационного моделирования на ЦВМ.

Структура и краткое содержание диссертации

Работа включает введение, 5 глав, заключение, перечень литературы из 62. наименований, приложение и содержит 140 машинописных страниц основного текста, 9 таблиц, 79 рисунков, В приложение вынесены документы, подтверждающие результаты внедрения,и программа имитационного моделирования.

В первой главе проведен обзор современного состояния исследований и разработок САЦП, в результате которого установлено, что наиболее эффективным способом уменьшения времени преобразования САЦП является использование неравномерной шкалы квантования разностного сигнала, а наиболее значительное уменьшение динамической погрешности достигается использованием экстраполяции уравновешивающей величины по предыдущим оценкам. Выделены существенные признаки, на основе которых проведена систематизация алгоритмов следящего уравновешивания по виду шкалы квантования разностного сигнала и по виду уравнения формирования уравновешивающей величины. Сформулированы задачи дальнейших исследований алгоритмов следящего уравновешивания.

Вторая глава посвящена исследованию САЦП с двоичной шкалой квантования разностного сигнала. На основе математического описания процесса уравновешивания при скачкообразном изменении преобразуемого сигнала предложена методика определения времени преобразования. Определены допустимые изменения уровней квантования относительно оптимальных значений и допустимые приращения преобразуемого сигнала, не вызывающие увеличения времени преобразования. Получено аналитическое выражение для оценки среднеквадратического значения динамической погрешности. Исследованы различные режимы работы и возможности многофункционального использования САЦП, в том числе совместно с аналоговым запоминающим устройством (АЗУ).

Третья глава посвящена исследованию алгоритмов следящего уравновешивания с экстраполяцией по предыдущим оценкам. На основе анализа амплитудно-частотной характеристики канала разностного сигнала определены коэффициенты уравнения формирования уравновешивающей величины, обеспечивающие максимальное расширение частотного диапазона преобразуемых сигналов. Разработаны методики определения времени преобразования, а также максимального и среднеквадратического значения динамической погрешности для алгоритма с экстраполяцией уравновешивающей величины первого порядка и с неравномерным квантованием. Предложен и исследован адаптивный алгоритм следящего уравновешивания, по которому в зависимости от приращения преобразуемого сигнала осуществляется либо уравновешивание без экстраполяции с неравномерным квантованием, либо уравновешивание с экстраполяцией первого порядка с равномерным квантованием.

Четвертая глава посвящена вопросам схемотехнического совершенствования и оптимизации узлов САЦП. На основе анализа уравнения формирования уравновешивающей величины предложена методика оптимизации параметров цифровой части САЦП с учетом аппаратурных затрат. Рассмотрена динамическая модель квантователя, учитывающая нелинейность и инерционность дифференциальных каскадов. Проанализирована инструментальная динамическая погрешность САЦП, вносимая квантователем. Рассмотрены возможности использования устройств амплитудной свертки (УАС) для увеличения числа уровней квантования. На основе сравнительного анализа выявлены наиболее перспективные схемы УАС для построения квантователя САЦП.

В пятой главе приводится описание технических характеристик и особенностей реализации САЦП, разработанных и внедренных при непосредственном участии автора.

На защиту выдвигаются:

- Обоснование целесообразности широкого использования алгоритмов следящего уравновешивания для создания системных средств аналого-цифрового преобразования с высокими метрологическими характеристиками, с гарантированной динамической точностью в широком частотном диапазоне преобразуемых сигналов и с разнообразными возможностями по первичной обработке информации в процессе преобразования.

- Предложенные в рамках метода следящего уравновешивания алгоритмы с экстраполяцией уравновешивающей величины по предыдущим оценкам, позволяющие расширить в десятки раз частотный диапазон преобразуемых сигналов.

- Разработанные в результате анализа процесса уравновешивания методики определения времени преобразования, максимального и среднеквадратического значения динамической погрешности для САЦП, которые позволяют в аналитическом виде связать динамические характеристики САЦП с параметрами преобразуемого сигнала.

- Обоснование целесообразности совместного использования АЗУ и САЦП с двоичной шкалой квантования, позволяющего улучшить метрологические характеристики и расширить функциональные возможности за счет введения дополнительных режимов работы (возможность работы в периодическом, следящем режиме, в адаптивном режиме с обнаружением сигналов).

- Предложенный адаптивный алгоритм следящего уравновешивания, по которому в зависимости от приращения преобразуемого сигнала осуществляется либо уравновешивание без экстраполяции с неравномерным квантованием, либо уравновешивание с экстраполяцией,что позволяет улучшить устойчивость и уменьшить время преобразования.

- Предложенная на основе анализа уравнения формирования уравновешивающей величины методика оптимизации цифровой части САЦП, позволяющая минимизировать аппаратурные затраты и сократить длительность такта уравновешивания за счет совмещения цифровых и аналоговых операций во времени.

- Динамическая модель квантователя, учитывающая нелинейность компараторов и усилителя разностного сигнала, исследования которой позволили минимизировать инструментальную динамическую погрешность квантователя.

- Обоснование целесообразности увеличения числа уровней квантования без значительных аппаратурных затрат путем использования устройств амплитудной свертки для построения квантователя в САЦП.

- Результаты исследований и разработки в виде САЦП, внедренных на различных предприятиях страны с общим экономическим эффектом 450 тыс.руб. в год, в том числе САЦП типа Ф4223, серийное производство которого освоено на Чебоксарском производственном объединении "Электроприбор".

Реализация работы проводилась согласно плану научно-исследовательских работ Пензенского политехнического института по техническим заданиям ряда организаций страны.

Разработанные преобразователи выполнены в виде действующих макетов и опытных образцов. Основные результаты работы использовались при разработке преобразователя типа Ф4223, предназначенного для серийного внедрения.

Основные положения диссертационной работа отражены в 16 научных трудах автора. Новизна используемых решений подтверждается 8 авторскими свидетельствами на изобретение.

Работа является результатом теоретических и экспериментальных исследований, выполненных автором в Отраслевой научно-исследовательской лаборатории автоматизации электрических измерений Пензенского политехнического института в течение 1975-1983 гг. С 1980 года работы ведутся в соответствии с целевой программой создания аналого-цифровых преобразователей, являющейся составной частью Комплексной научно-технической программы развития работ по переводу продукции в области приборостроения на микроэлектронную базу в 1980-1985 гг.

Автор выражает искреннюю благодарность д.т.н., профессору Шляндину В.М. и к.т.н., доценту Сафроновой К.В. за помощь в выборе направления исследований и ценные замечания, сделанные в процессе работы над диссертацией.

Основные результаты и выводы

1. При непосредственном участии автора разработан ряд быстродействующих САЦП с высокими техническими характеристиками, при создании которых использовались научные результаты, полученные в теоретической части диссертации.

2. Разработаны и внедрены три варианта САЦП с двоичной шкалой квантования на современной элементной базе, отличающиеся малым временем преобразования, технологичностью и предназначенные для использования в многоканальных системах.

3. В результате проведенных исследований разработан и подготовлен к серийному производству на Чебоксарском производственном объединении "Электроприбор" САЦП с АЗУ типа Ф4223 с улучшенными техническими характеристиками и функциональными возможностями, расширенными за счет введения дополнительных режимов работы.

4. Впервые разработан и экспериментально исследован адаптивный САЦП с экстраполяцией уравновешивающей величины, в котором в отличие от известных САЦП осуществляется кодирование преобразуемого сигнала в широком частотном диапазоне с высокой динамической точностью без АЗУ. Оригинальность разработанного преобразователя подтверждается авторским свидетельством.

ЗАК-ЛЮЧЕНИЕ

1. Исследованы возможности улучшения динамических характеристик АЦП следящего уравновешивания за счет использования адаптации и экстраполяции. Обоснована целесообразность применения АЦП следящего уравновешивания в системах для решения задач аналого-цифрового преобразования, первичной обработки и восстановления информации о быстропротекающих процессах с высокой динамической точностью.

2. Предложен новый подход к описанию алгоритмов следящего уравновешивания, основанный на представлении процесса преобразования в виде последовательности операций над аналоговыми и дискретными величинами. Выявлены операции, существенным образом влияющие на динамические характеристики АЦП следящего уравновешивания: квантование разностного сигнала и формирование цифрового эквивалента уравновешивающей величины. Проведена систематизация алгоритмов следящего уравновешивания на основе существенных признаков: по виду шкалы квантования и по виду уравнения формирования уравновешивающей величины (п. 3.1).

3. Проведено всестороннее аналитическое исследование САЦП с двоичной шкалой квантования без экстраполяции. Предложена методика определения числа тактов уравновешивания, которая впервые позволила аналитическим путем определить время преобразования (п. 2.2). С помощью предложенной методики получены аналитические выражения для определения интервалов допустимых изменений уровней квантования относительно оптимальных значений

2.4), (2.5) , а также определены допустимые приращения преобразуемого сигнала в процессе уравновешивания, не вызывающие увеличения времени преобразования (2.11). Получены также аналитические выражения для оценки максимального и среднеквадратиче-ского значения динамической погрешности [(2.13), (2.16) и (2.17)] . Обоснована целесообразность использования САЦП с двоичной шкалой квантования совместно с АЗУ, что позволяет расширить функциональные возможности за счет введения дополнительных режимов работы (периодического и адаптивного) (п. 2.4).

4. Впервые предложено использовать алгоритмы с экстраполяцией уравновешивающей величины по предыдущим оценкам для расширения частотного диапазона преобразуемых сигналов САЦП. На основе анализа амплитудно-частотной характеристики канала разностного сигнала оптимизированы коэффициенты уравнения формирования уравновешивающей величины для алгоритмов с экстраполяцией первого и второго порядка, что позволяет максимально расширить частотный диапазон преобразуемых сигналов (п. 3.2). Предложены методики определения времени преобразования, максимального и среднеквадратического значения динамической погрешности (п.3.3).

5. Впервые предложен и исследован адаптивный алгоритм следящего уравновешивания, в соответствии с которым в зависимости от характера изменения преобразуемого сигнала осуществляется либо уравновешивание без экстраполяции с неравномерным квантованием, либо уравновешивание с экстраполяцией первого порядка (п. 3.4). Использование такого адаптивного алгоритма позволяет улучшить устойчивость, уменьшить время преобразования и время вхождения в режим уравновешивания с экстраполяцией.

6. Впервые проведена оптимизация параметров цифровой части САЦП на основе анализа уравнения формирования уравновешивающей величины (п. 4.2). Показано, что длительность такта уравновешивания может быть сокращена за счет совмещения во времени цифровых и аналоговых операций. Предложена инженерная методика оптимизации параметров цифровой части САЦП с использованием данных, систематизированных в виде таблицы.

7. Впервые проведено аналитическое исследование инструментальной динамической погрешности квантователя с учетом нелинейности компараторов и усилителя разностного сигнала. Сформулированы рекомендации для выбора параметров одиночного компаратора и для набора компараторов. Получены выражения для оценки переменной и постоянной составляющих времени задержки отсчета

4.32), (4.33) .

8. С целью структурного совершенствования САЦП предложен ряд схем устройств амплитудной свертки. В результате сравнительного анализа выявлены наиболее перспективные схемы для использования в квантователе САЦП. Для схемы УАС с одним ОУ, которая обеспечивает высокую линейность функции преобразования, получены выражения для оценки аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности (4.35), (4.36) .

9. Результаты, полученные в теоретической части диссертационной работы, подтверждаются высокими техническими характеристиками разработанных и внедренных САЦП. Разработаны и внедрены три варианта САЦП с двоичной шкалой квантования: а) на предприятии п/я Р-6886 (г. Москва) в составе ИИС; б) на предприятии п/я Р-6324 (г. Москва) в составе интерполирующих и сглаживающих устройств; в) в Пензенском филиале ВНИТИПрибор в составе автоматизированной системы контроля параметров импульсов БИС (АМЦ 118). Разработан и подготовлен к серийному производству САЦП с АЗУ типа Ф4223 на ПО "Электроприбор", г. Чебоксары. Изготовлены опытные образцы САЦП с АЗУ в виде модуля в стандарте КАМАК для Физического института Академии наук СССР. Впервые разработан, изготовлен и исследован макетный образец САЦП с экстраполяцией уравновешивающей величины, в котором осуществляется кодирование широкополосного сигнала с высокой динамической точностью без АЗУ. Общий экономический эффект от внедрения составляет 450 тыс.руб. в год.

10. Структурные схемы и узлы САЦП, созданные при работе над диссертацией, защищены 8 авторскими свидетельствами. Результаты работы отражены в /6 публикациях и докладывались на следующих конференциях, семинарах и симпозиумах:

- Всесоюзных конференциях "Методы и средства аналого-цифрового преобразования параметров электрических сигналов и цепей" - г. Пенза, 1976, 1978, 1981 гг.;

- Всесоюзном симпозиуме "Проблемы создания преобразователей формы информации" - г. Киев, 1976;

- научно-техническом семинаре "Методы и средства быстродействующего аналого-цифрового преобразования" - г. Пенза, 1979;

- ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава Пензенского политехнического института 1975-1981 гг.

1. Постановление ХХУ1 съезда КПСС по проекту ЦК КПСС "Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года". - В кн.: Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М.: Политиздат, 1981, с.131-205.

2. Кондалев А.И, Системные преобразователи формы информации. Киев: Наукова думка, 1974. - 335 с.

3. Гитис Э.И., Пискулов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи. М.: Энергоиздат, 1981. - 360 с.

4. Орнатский П.П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. Киев: Высш.школа, 1976. - 432 с.

5. Новоселов О.Н., Фомин А.Ф. Основы теории и расчета информационно-измерительных систем. М.: Машиностроение, 1980. - 280 с.

6. Шлыков Г.П. О быстродействии и динамической погрешности цифровых измерительных приборов с параллельно-последовательным уравновешиванием. Автометрия, 1968, № 3, с.82-89.

7. Матушкин Г.Г. Зависимость максимального числа тактов уравновешивания неравномерно развертывающих и неравномерно следящих АЦП от числа пороговых устройств. Автометрия, 1969, № 2, с.51-59.

8. Клисторин И.Ф., Матушкин Г.Г. О выборе порогов срабатывания устройства сравнения цифрового измерительного прибора неравномерно следящего уравновешивания. Автометрия, 1967,2, с.23-29.

9. Кудрявцев В.В., Шмидт В.К. Следящий преобразователь в аналого-цифровом канале линии ЭВМ. В кн.: Методы и средства аналого-цифрового преобразования электрических сигналов и цепей. Пенза, 1976, с.60-62.

10. Вашкевич Н.П. Об одном способе формирования эталонных уровней кодирующего преобразователя напряжения (КПН) высокого быстродействия. В сб.: Вычислительная техника: Межвуз. сб. научн. тр. Пенза: Пенз. политехи, ин-т, 1973, вып. 1,2, с.171-175.

11. Сафронова К.В., Сафронов В.П., Шляндин В.М. Адаптивные следящие аналого-цифровые преобразователи. В кн.: Информационно-измерительная техника: Ученые записки Пенз. политехи, ин-та, 1971, с.3-9.

12. Методические указания. РД-50-148-79. Нормирование и определение динамических характеристик аналого-цифровых преобразователей мгновенного электрического напряжения и тока.

13. Шляндин В.М. Цифровые измерительные устройства М.: Высш. школа, 1981. - 334 с.

14. Преобразование информации в аналого-цифровых вычислительных устройствах и системах /Под ред. Г.М. Петрова/. М.: Машиностроение, 1973. - 360 с.

15. Шевченко В.П., Сафронов В.П., Шляндин В.М. Проектирование следящих АЦП. Приборы и системы управления, 1979, № 8, с.17-18.

16. Смолов В.Б., Фомичев В.С. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые нелинейные вычислительные устройства. Л.: Энергия, 1974. - 264 с.

17. Муттер В.М. Аналого-цифровые аналитические системы. -Л.: Машиностроение, 1981. 199 с.

18. Аналоговые интегральные схемы /Под ред. Дж. Коннели; Пер. с англ. М.: Мир, 1977. - 439 с.

19. ИС для аналого-цифрового преобразователя. Электроника, 1973, № 10, с.78-79.

20. Схема управления для быстродействующих аналого-цифровых преобразователей. Электроника (русский пер.), 1973, № 22,с.124.

21. Следящий АЦП. Электроника (русский пер.), 1978, № 10, с.18-19.

22. Балакай В.Г., Крюк И.П., Лукьянов Л.М. Интегральные схемы аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей. М.: Энергия, 1978. - 256 с.

23. Кудрявцев В.В. Исследование и разработка следящих аналого-цифровых преобразователей в системе ввода линии ЭВМ. Авто-реф. дис. . канд. техн. наук. - Ленинград, 1980. - 18 с.

24. Сафронова К.В., Шлыков Г.П., Шляндин В.М. Комбинированный способ измерения быстроизменяющегося напряжения. Автометрия, 1968, № 3, с.32-34.

25. Ломтев Е.А., Морозов Н.В., Сафронов В.П., Шевченко В.П., Шляндин В.М. Быстродействующий аналого-цифровой преобразователь. В кн.: Проблемы создания преобразователей формы информации. Киев: Наукова думка, 1976, с.86-91.

26. Ласт. Следящий АЦП с переменным шагом. Приборы для научных исследований, 1980, te I, с.112-113.

27. Ломтев S.A. Разработка и исследование следящих вольтметров с цифровым выходом. Дис. . канд. техн. наук. - Куйбышев, 1969. - 176 с.

28. A.c. 580640 (СССР). Аналого-цифровой преобразователь /К.В. Сафронова, В.П. Сафронов, В.П. Шевченко, В.М. Шляндин. -Опубл. в Б.И., 1977, № 42.

29. Шевченко В.П. Систематизация алгоритмов следящего аналого-цифрового преобразования. В кн.: Цифровая информационно-измерительная техника: Межвуз. сб. научн. тр. Пенза: Пенэ. политехи, ин-т, 1983, вып. 13, с.22-28.

30. Мартяпшн А.И., Шахов Э.К., Шляндин В.М. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения. -М.: Энергия, 1976. 392 с.

31. Стил Р. Принципы дельта-модуляции: Пер. с англ. /Под ред. В.В. Маркова. М.: Связь, 1979. - 368 с.

32. Шевченко В.П. Исследование влияния распределения уровней квантования на процесс уравновешивания следящего АЦП с неравномерной отработкой по уровню. Изв.вузов СССР. Приборостроение, 1983, № II, с.31-34.

33. Шевченко В.П. Расчет среднеквадратического значения динамической погрешности следящих АЦП. В кн.: Цифровая информационно-измерительная техника: Межвуз. сб. научн. тр. Пенза: Пенз. политехи, ин-т, 1981, вып.II, с,126-132.

34. Мановцев А.П. Основы теории радиотелеметрии. М.: Энергия, 1973. - 592 с.

35. Шевченко В.П. Исследование комбинированных алгоритмов адаптивного аналого-цифрового преобразования. В кн.: Цифровая информационно-измерительная техника: Межвуз. сб. научн. тр. Пенза: Пенз. политехи, ин-т, 1982, вып.12, с.34-41.

36. Arbel А., Kurz /?., FAST ADC. -IEEE. Trans. Huel. Sei., 197J, v. NS~22, N'i. p.m-451.

37. Касперович А.Н.,Шалагинов Ю.В. Некоторые вопросы проектирования АЦП с использованием амплитудной свертки входного сигнала. Автометрия, 1978, № 4, с.51-56.

38. Сафронов В.П. Новые методы построения быстродействующих АЦП. Приборы и системы управления, 1979, № 8, с.15-17.

39. A.c. I0278I0 (СССР). Аналого-цифровой преобразователь /A.C. Наумов, В.П. Шевченко, В.П. Сафронов, В.М. Шляндин. -Опубл. в Б.И., 1983, № 25.

40. A.c. 915236 (СССР). Аналого-цифровой преобразователь /A.C. Наумов, В.П. Шевченко, В.П. Сафронов, В.М. Шляндин. -Опубл. в Б.И., 1982, № II.

41. A.c. 739733 (СССР). Аналого-цифровой преобразователь /В.П. Блинкова, В.А. Блохин, Ю.В. Полубабкин, В.П. Шевченко, В.П. Сафронов, В.М. Шляндин. Опубл. в Б.И., 1980, № 21.

42. Шило В.Л. Линейные интегральные схемы. М.: Сов.радио, 1979. - 368 с.

43. Гребен А.Б. Проектирование аналого-цифровых интегральных схем /Пер. с англ. М.: Энергия, 1976. - 256 с.

44. Бочаров Ю.И., Лебедев A.A. Время восстановления интегральных компараторов широкого применения. В кн.: Микроэлектроника и полупроводниковые приборы /Под ред. A.A. Васенкова и Я.А. Федотова. - М„: Сов.радио, 1977, вып.2, с.104-105.

45. Шило В.Л. Функциональные аналоговые интегральные микросхемы. М.: Радио и связь, 1982. - 128 с.54. Пат. 3540034 (США).

46. Сафрошкин Ю.В. Электронные схемы с нелинейными обратными связями. Аналого-дискретные свойства и их применение. М.: Наука, 1980. - 277 с.

47. A.c. 783983 (СССР). Аналого-цифровой преобразователь /В.А. Блохин, В.П. Сафронов, В.П. Шевченко, В.М. Шляндин. -Опубл. в Б.И., 1980, № 44.

48. A.c. 805350 (СССР). Функциональный преобразователь /В.А. Блохин, В.П. Сафронов, В.П. Шевченко, В.М. Шляндин. -Опубл. в Б.И., 1981, № 6.

49. Положительное решение от 22.02.83 г. по заявке3381694/18-24 (009988). Устройство для воспроизведения линейно-ломаной функции. В.А. Блохин, В.П. Шевченко, В.П. Сафронов, В.М. Шляндин.

50. А.с. 815902 (СССР). Аналого-цифровой преобразователь /В.А. Блохин, В.П. Сафронов, В.П. Шевченко, В.М. Шляндин,

51. A.Г. Милехин. Опубл. в Б.И., 1981, № II.

52. Блохин В.А. Построение сверточных АЦП широкополосного сигнала. В кн.: Цифровая информационно-измерительная техника: Межвуз. сб. научн. тр. Пенза: Пенз. политехи, ин-т, 1982,вып.12, с.42-48.

53. А.с. 873402 (СССР). Аналого-цифровой преобразователь /В.А. Блохин, В.П. Сафронов, В.П. Шевченко, В.М. Шляндин, Ю.В. Полубабкин. Опубл. в Б.И., 1981, № 38.

54. Шевченко В.П., Равер Л.Ю., Полбенников Ю.Н., Сафронов

55. B.П. Следящий аналого-цифровой преобразователь с неравномерным квантованием разностного сигнала Ф4223. Приборы и системы управления, 1983, № 6, с.17-18.1. Прилошбние 1

56. Программа имитационного моделирования для расчета среднеквадратичного значения динамической погрешности.

57. Принятые обозначения: 1К -X ; [/у = У ; [1е ~ е ;

58. О ПРИЕМЕ ЗАКОНЧЕННОЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ

59. Научный руководитель работы д.т.н.,проф. Шляндин Виктор Михайлович. Исполнители: ст.н.с., к.т.н. Сафронов В.П. (ответственный), ст.инж. Морозов Н.В., ст.инж. Кармазин В.К., м.н.с. Шевченко В.П., инж. Шишкин A.A.

60. Работа была обсуждена на техническом совещании представителей п/я Р-6886 и ППИ и получила положительную оценку.

61. Члены комиссии: подпись Родин Н.Ф.подпись Мазин И.Н. &чч подпись Сафронов В.П

62. ЦУТВЕРЖДАЮ" Главный инженер п/я Р-6886 подпись А.Ф. Алексеев Герб.печать1. АКТо внедрении законченной научно-исследовательскойработы

63. Замечания и предложения о дальнейшей работе по внедрению. Считать целесообразным проведение совместных работ по усовершен ствованию разработанного аналого-цифрового преобразователя с целью повышения быстродействия и доработки конструкции.

64. Проректор Пензенского политехнического института по научной работе к.т.н.,доцентподпись А.Н. Мартынов Герб.печать

65. Представитель ППИ, научный руководитель работыподпись-^-¡5 '■-.-> у.1. Копия веЙЩЛ;подпись1. УТВЕРЖДАЮ"

66. Замдиректора по научной работе ПФ ВНИТИПриборподпись А.А. Богородицкий

67. Проректор Пензенского политехни ческого института по научной работе к.т.н.,доцент1. Герб.печатьподпись А.Н. Мартынов Герб.печать1. АКТо внедрении законченной научно-исследовательской работы

68. МИНИСТЕРСТВО,ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВЛНЦ^ЦБ^ КОНСТру|{ТОрапензенский нолитехническии институт предприятия п/я Р-6324

69. АКТ О ПРИЕМЕ ЗАКОНЧЕННОЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫвам.начальника предприятия Р-»6324 Авдеева В.Е.1Я в составе председателя . .* ггнач.отд. Мазалова А.Я.,нач.лаб. 1'ойса СЛ1.,ру*.групшГ0Н1ШИмиссии ^

70. Члени комиссия: подпись (МазаловА.Я^подпись *Гойса М.И. >подпись (Сафронов В.П.подпись Петров J0.И.1. Копия "УТВЕРЖДАЮ"

71. Зам.главного : предприятия п,подпись Н. Герб.печатьконструкторая Р-6324 Н.Д. Белкин

72. Проректор Пензенского политехнического института по научной работе к.т.н.,доцентподпись А.Н. Мартыновподпись Герб.печать1. АКТо внедрении научно-исследовательской работы

73. Замечания и предложения о дальнейшей работе по внедрению. Считать целесообразным проведение дальнейших совместных работ по внедрению и совершенствованию характеристик аналого-цифровых преобразователей.

74. Представитель ППИ, Представитель предприятия,научный руководитель работы организацииподпи~' -- подпись Мазалов А.Я.1. Копия

75. Проректор по научной работе Пензенского политехнического института1. Копия УТВЕРЖДАЮ

76. Зам.главного конструктора систем п/я Р-6324подпись А.Н. Мартыновподпись А.Я. Мазалов1501.1983 г. Герб.1.ноября 1982 г. Кр.печатьпечать1. СПРАВКА

77. Личное участие Шевченко В.П. заключается в проработке вопросов использования следящих АЦП, разработке функциональных и принципиальных схем, и также в настройке макетного образца.

78. Нау " Начальник отдела 12321. ОНИподпись В.И. Кадулинкскии ПОЛИТЕХНИЧЕСКНИ ИНСТИТУТ

79. Председатель подпись Члены комнссши: подпись подписьподпись1. Сисакян И.Нь

80. Петров Ю.й.) (Сафронов В.П.)1. Булатов Е.Д>.

81. РИО ППИ. 24.11.81 г. Заказ 910, Тираж 1000.

82. УТВЕРЖДАЮ" Зам.директора ФИАН СССР подпись В.М. Виноградов Герб.печать

83. Проректор Пензенского политехнического института по научной работе к.т.н.,доцентподпись А.Н. Мартынов Герб.печать1. АКТоб использовании законченной научно-исследовательскойработы

84. Замечания и предложения о дальнейшей работе по внедрению: считать целесообразным проведение дальнейших совместных работ по совершенствованию характеристик преобразователей для систем сбора данных.

85. Представитель ППИ, научный руководитель работы1. П ОДПИСЗЕ)' '5 г 1. Копия ве$яа.'

86. Представитель предприятия, организацииподписьч1. УТВЕРЖДАЮ

87. Ректор Пензенского политехнического института

88. Директор Специального конструкторско-технол бюро АН Тадж.ССР1. УТВЕРЖДАЮ•технологическогоподпись Н.П. Сергееви липодпись А.С. Арутюнянц305. 1982 г. Герб.печать1. Герб.печать15 марта 1982 г.1. СПРАВКА

89. Научный руководитель Начальник РЭО

90. Председатель ПОДПИСЬ Члены ком««.* ПОДПИСЬ1. ПОДПИСЬ ПОДПИСЬ ПОДПИСЬ1. Клочко А.К.)1. Равер Л.Ю. )

91. Фокин В.Ф. > '■ <Шевченко В.П.) (Сафронов В.П.)

92. РИО ППН. 24.11.81 г. Заказ 910. Тир»* 1000.

93. УТВЕРЖДАЮ" И.о.директора ПО "Электроприбор"подпись Л.В. Яковлев Герб.печать1. АКТо внедрении законченной научно-исследовательскойработы

94. Замечания и предложения о дальнейшей работе по внедрению: Считать целесообразным проведение дальнейших совместных работ по увеличению быстродействия аналого-цифровых преобразователей.

95. Представитель предприятия, организации подпись Бурштейн М.С.1. УТВЕРЖДАЮ"

96. Проректор Пензенского политехнического института по научной работе, к.т.н.,доцент подпись А.Н. Мартынов Герб.печать

97. Представитель ППИ, научный руководитель работы подгамр^лдамдин В.М.1. Копия ве1. УТВЕРЖДАЮ"

98. Главный инженер Чебоксарского производственного объединения "Электроприбор"подпись Л.В. Яковлев1. Герб.печать1. УТВЕРЖДАЮ"

99. Проректор по научной работе Пензенского политехнического институтаподпись А.Н. Мартынов1. Герб.печать1. АКТоб использовании результатов диссертационной работы1. ШЕВЧЕНКО В.П.

100. Председатель комиссии Члены комиссии:подпись м .с. Бурштейнподпись В .ф. Фокинподпись Л .Ю. Раверподпись э .К. Шаховподпись В .П. Сафронов1. УТВЕРЖДАЮ

101. Проректор по научной работе Пензенского политехнического института,к.т.н.,доцентподпись А.Н. Мартынов Герб, печать1. УТВЕРЖДАЮ

102. Главный инженер ПО "Электроприбор"подпись Л.В. Яковлев1. Герб, печать

103. РАСЧЕТ экономической эффективности по теме: "Разработка быстродействующего аналого-цифрового преобразователя с временем преобразования 3 мкс, класса точности 0,3/0,2 с аналоговым запоминающим устройством типа Ф4223, на стадии окончания разработки"

104. Годовой экономический эффект на одно изделие 0,953 тыс.руб. по первому году серийного изготовления 143 тыс.руб.1. Начальник ОКБподпись М.С. Бурштейн

105. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

106. Выбор базы сравнения производился на основании:

107. Раздела 4. "Порядок выбора базовых показателей качества" отраслевой методики "Оценка технического уровня и качества изде лий приборостроения".

108. Раздела 4. "Порядок выбора базовых показателей качества подотраслевой методики "Оценка технического уровня и качества средств электроизмерительной техники".

109. При этом рассматривались следующие показатели:а) погрешность преобразования,б) диапазон преобразования,в) входное сопротивление,г) быстродействие,д) чувствительность.

110. За базовый вариант принят преобразователь Ф4222 Чебоксарского ПО "Электроприбор".

111. Ш. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

112. Наименование показателей :Условное г™ : :обозна- : :чение ;изм' ; • • • Значение телей БВ показа-НВ1.: 2 : 3 : 4 5

113. Годовой объем работ в2 преобр. 60-Ю10 120-Ю10

114. Оптовая цена изделия Ц2 руб. 720 930

115. Себестоимость изделия С2 руб. 489 746

116. Срок службы Т1> Т2 лет б 8

117. Годовые текущие затраты по эксплуатации Ир и2 руб. 278,36 138,87

118. Сопутствующие капитальные вложения к1- к2 руб. ^2

119. Удельные капитальные вложения * кр к2 руб. 518,4 669,6

120. Фондоемкость по заводу-изготовителю Ф2 0,72 0,72

121. Нормативный коэффициент эффективности Ен 0,15 0,15

122. Приведенные затраты 3р з2 руб. 556,76 846,44

123. Годовой выпуск новых изделий а2 1501У. РАСЧЕТ ЕДИНОВРЕМЕННЫХ ЗАТРАТ

124. Сопутствующие капитальные вложения у потребителя будут одинаковые при новом и базовом варианте:1. К л = К2

125. Затраты на разработку и внедрение должны быть приведены в расчетом году по формуле:

126. Зквп = Зкв1 (I + Е)*"1 + Зкв2 (I + Е)Т~2 . + . 3где Т число лет, в течение которых производились затраты; 1,2,.,Т - порядковый год, когда производились затраты; Е - коэффициент приведения (0,1).

127. Приведенные предпроизводственные затраты составят:

128. Годы : 1981 : 1982 : 1983 : И т о г о :::: тыс.руб.1. Затраты по смететыс.руб.) 40,0 31,5 16,2 87,7

129. Коэффициент приведения 1,21 1,1 1,0 Приведенные затраты1. Зквп) 48,4 34,7 16,2 99,3

130. Удельные капитальные вложения в производственные фонды и К2) рассчитываются по формуле:1. К = Ф«Цопгде Ф фондоемкость предприятия-изготовителя; Цоп - оптовая цена изделия

131. Кт = 0,72-720 = 518,4 руб. К2 = 0,72.930 = 669,6 руб.

132. У. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА

133. Определение годового экономического эффекта основывается на сопоставлении приведенных затрат по базовой и новой технике.

134. Приведенные затраты единицы продукции определяются по формуле:3 = С + Ен-К где 3 приведенные затраты;

135. С себестоимость единицы продукции; К - удельные капитальные вложения; Е - нормативный коэффициент эффективности.31 = 489 + 0,15*518,4 = 556,76 руб.32 = 746 + 0,15*669,6 = 846,44 руб.

136. И£ и И2 годовые эксплуатационные издержки потребителя

137. А2 годовой объем производства новых изделий в расчетном году Для нашего случая формула принимает следующий вид:

138. Начальник КБ подпись Л.Ю. Равер Начальник БТЭЙ подпись В.П. Демина Инженер БТЭИ подпись В.В. Яснопольский0,2374 0,2374

139. РАСЧЕТ ГОДОВОГО ОБЪЕМА РАБОТ

140. Наименование показателей \1. Ф42231. Ф4222

141. Количество рабочих часов в году при односменной работе

142. Коэффициент использования изделия во времени (кпэф. загрузки)

143. Фактическое количество часов работы изделия в год

144. Максимальное количество преобразований в сек.

145. Годовое количество преобразованийчас. 20860,8час. 1669пр,пр,2.1020860,816691.10120. Ю10 60« Ю10

146. Годовые текущие издержки потребителя в базовом варианте, пересчитанные на объем работы, выполняемой при использовании нового изделия, равны:

147. И = Ит. = 139 18 • 120= 278,36 руб. 1 1 Вт 60.101и

148. РАСЧЕТ ГОДОВЫХ ТЕКУЩИХ ИЗДЕРЖЕК ПОТРЕБИТЕЛЯ

149. Наименование показателей • :Ед.изм. • ¡Новый при- : :бор Ф4223 : Базовый при бор Ф4222

150. Заработная плата обслуживающего персонала

151. Фактическое количество часов работы изделия в году час. 1669 1669

152. Часовая тарифная ставка обслуживающего персонала руб./ч 0,65 0,65

153. Основная заработная плата обслуживающего персонала руб. 1085 1085

154. Количество обслуживающего персонала на 10 приборов при односменной работе чел. I I

155. Коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату 1,П 1,П

156. Коэффициент, учитывающий отчисления на соцстрахование 1,14 1,14

157. Затраты на зарплату обслуживающего персонала руб. 137,30 137,30

158. П. Стоимость потребляемой электроэнергии

159. Потребляемая мощность квт/ч 0,025 0,035

160. Фактическое количество часов работы в году час. 1669 1669

161. Годовой расход электроэнергии квт 41,725 58,415

162. Стоимость I квт/час руб. 0,01 0,01

163. Годовые затраты на электроэнергию руб. 0,42 0,58

164. Затраты по текущему ремонту

165. Среднее время безотказной работы час. 4000 6000

166. Фактическое количество часов в году час. 1669 1669

167. Среднее количество отказов в году 0,4 0,3

168. Среднее время обнаружения и устранения одного отказа час. 4 6

169. Часовая тарифная ставка персонала по"ремонту руб. 0,72 0,72

170. Зарплата персонала, занятого ремонтом руб. 2,88 4,32

171. Годовая з/плата по текущему ремонту 1,15 1,301. ИТОГО: 138,87 139,18

172. Настоящий акт составлен в том, что стадия работы 4.4 "Изготовление первой промышленной партии" выполнена в I кв. 1983 г.

173. Приборы Ф4223 в количестве 5 шт. изготовлены.1. Начальник СКБ подпись1. Начальник КБ-13 подпись1. М.С. Бурштейн Л.Ю. Равер1. Начальник ПДО подпись1. Начальник цехаДД^ подпись1. Копия ве^Щ

174. Ю.П. Кожендаев С.И. Вихров