автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Исследование функциональных устройств вычислительной техники и систем управления на базе цепных моделей

На правах рукописи

сэво

СУХИНЕЦ Жанна Артуровна

ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НА БАЗЕ ЦЕПНЫХ МОДЕЛЕЙ

Специальность 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2006

003067960

Работа выполнена на кафедре "Телекоммуникационные системы" Уфимского государственного авиационного технического университета

Научный руководитель д-р техн наук, профессор

СУЛТАНОВ Альберт Ханович

Официальные оппоненты д-р техн наук, профессор

Миловзоров Георгий Владимирович

канд техн наук, доцент Хакимьянов Марат Ильгизович

Ведущее предприятие - ОАО БЭТО (г Уфа)

Защита диссертации состоится "26 " января 2007 г в 14 часов

на заседании диссертационного совета Д- 212 288 02 при Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу 450000, г Уфа, ул К Маркса, 12, актовый зал 1 корп

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского авиационного технического государственного университета

Автореферат разослан "14 " декабря 2006 года

Ученый секретарь диссертационного совета д-р техн наук, профессор

ГН Утляков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Создание современных систем управления требует совершенствования как первичных и вторичных преобразователей информации, так и всего тракта преобразования, представляющего собой в большинстве случаев цепную однородную, неоднородную и распределенную структуру либо комбинацию их соединений Основательное исследование «Западноевропейские структурированные кабельные системы», проведенное ассоциацией ВБША, показало, что совершенствование аналитических методов анализа линий и каналов преобразования информации, создания более точных их моделей позволит изменить стандартизованную методику определения максимальной длины канала преобразования и передачи информации, что немаловажно при создании систем управления (СУ)

Все это вызывает к необходимости разработки научных основ исследования общих свойств функционирования устройств вычислительной техники (ВТ), СУ и их соединений. Это преобразователи с частотным и фазовым выходом, дифференцирующие звенья и линии задержек, цифро-аналоговые преобразователи и делители напряжения, схемы замещения многих элементов и устройств СУ, ВТ и линий связи Однако, традиционные методы анализа подобных структур и их соединений не позволяют с достаточной точностью учитывать влияние параметров элементов устройств СУ и ВТ, участвующих в преобразовании информации, на выходные характеристики Существующие методики моделирования устройств СУ с цепной структурой (ЦС) и построения моделей преобразователей с распределенными параметрами не удовлетворяют современным требованиям точности, что сдерживает разработку и проектирование как элементов и устройств, так и СУ в целом

В связи с этим исследования, направленные на разработку эффективных методов и алгоритмов анализа и синтеза как отдельных элементов, так и всего тракта преобразования, представляющего цепную структуру (ЦС), состоящую из различных устройств СУ, интерфейсов и физической линии связи, является актуальной научно-технической задачей

Целью работы является создание универсальной методики, алгоритмов и программ исследования многообразия элементов и устройств ВТ и СУ с цепной структурой, создания их моделей, позволяющих анализировать весь тракт преобразования информации с позиций функции преобразования. Задачи исследования.

1 Разработка методику анализа элементов и устройств ВТ и СУ, имеющих однородные, неоднородные и распределенные структуры

2 Разработка алгоритмов исследования и инженерной методики расчета характеристик функциональных устройств с цепной структурой

3 Разработка методики синтеза устройств цепной структуры (преобразователей с частотным и фазовым выходом, линий задержек, ЦАП и т д) с сосредоточенными и распределенными параметрами

4 Исследование влияния параметров нагрузки на выходные характеристики преобразователей с частотным выходом Диагностика и прогнозирование повреждений устройств с однородной и распределенной структурами

5 Исследование методической погрешности моделирования устройств с распределенными параметрами и разработка методики проектирования устройств с нормированной погрешностью выходных характеристик

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались теории ТОЭ и электроники, методы континуант, функций преобразования и принцип дуальности преобразования, теории рядов и дифференциального исчисления Применялись методы численного и компьютерного моделирования Проведены испытания устройства сопряжения ПЭВМ с иммуно-ферментным анализатором крови при создании автоматизированного измерительно-диагностического комплекса иммуноскрининга с автоматизацией передачи результатов анализа в центр телемедицины Минздрава РБ

Научная новизна работы заключается в следующем

1 Разработана методика исследования функциональных устройств ВТ и СУ, имеющих однородную и неоднородную цепную структуру (ЦС), и устройств с распределенными параметрами, позволяющая эффективно исследовать тракт преобразования информации любой сложности

2 Разработана методика проектирования функциональных устройств ЦС с заданной погрешностью выходных характеристик, удовлетворяющих условию их взаимозаменяемости при производстве и эксплуатации

3 Разработаны методики определения выходных частот квазирезонанса преобразователей с ЙС- и ЬС- фазирующими четырехполюсниками любой сложности и моделирования устройств СУ с ЯС- и ЬС- распределенными параметрами без методической погрешности

4 Разработана методика синтеза функциональных устройств с цепной структурой, одновременно удовлетворяющая значениям функции преобразования и входного или выходного сопротивления, что позволяет обеспечивать оптимальное согласование устройств, участвующих в последовательной цепочке преобразования измерительной информации

Практическая значимость и внедрение результатов работы.

1 Получены компактные алгоритмы анализа элементов и устройств СУ и ВТ с цепной структурой, отличающиеся малым числом команд при реализации программы на ПЭВМ

2 Разработаны инженерные методики расчетов частот ЯС- и ЬС- преобразователей, а также активных величин, чувствительности, входных сопротивлений и коэффициентов преобразования устройств с ЦС Методики внедрены в учебный процесс при выполнении дипломных и курсовых проек-

тов, при чтений лекций по дисциплинам «Устройства приема и обработки сигналов» и «Линии связи» в Уфимском государственном авиационном техническом университете

3 Получены оценки погрешностей влияния нагрузки на частоту генерации преобразователей ЦС с частотным выходом и моделирования устройств с распределенными параметрами традиционными методами

4 Разработаны алгоритмы системы управления автоматизированным измерительно-диагностическим комплексом для иммуноскрининга и устройство сопряжения иммуноферментного анализатора крови с ПЭВМ, внедренные в учреждения Минздрава РБ

Основные положения, выносимые на защиту.

1 Методика исследования элементов и функциональных устройств вычислительной техники и систем управления, имеющих однородные, неоднородные и распределенные структуры, а также всего тракта преобразования информации из различных комбинаций подобных структур

2 Методика моделирования и синтеза преобразователей с частотным и фазовым выходом, линий задержек, ЦАП и других устройств с распределенными и сосредоточенными параметрами с учетом нормирования погрешности выходных характеристик

3 Алгоритмы исследования функциональных устройств систем управления и их моделей, имеющих цепную структуру, в том числе для определения частот квазирезонанса RC- и ¿С-преобразователей любой сложности

4 Результаты исследования методической погрешности моделирования преобразователей с распределенными параметрами и метод ее устранения

5 Результаты исследования влияния параметров нагрузки на рабочие характеристики преобразователей с частотным выходом

Основание для выполнения работы Работа выполнена на кафедре телекоммуникационных систем УГАТУ в соответствии с Приказом МЗ РФ №344 от 27 08 2001, «Концепция развития телемедицинских технологий в Российской Федерации и план ее реализации» и планом РАМН в вопросах использования и развития телемедицинских технологий, а также по хоздоговорным НИР на темы «Автоматизированный информационно-измерительный и диагностический комплекс для иммуноскрининга» с Минприроды и ЧС РБ в 1995 г , «Окружающая среда и здоровье населения РБ» с академией наук РБ № 112/АНБ и АП-КС-13-05-ХГ «Разработка мультиплексора потоков El» с ОАО БЭТО

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях различного уровня Среди них

Международная молодежная научно-техническая конференция «Интеллектуальные системы управления и обработки информации» г Уфа, 2001,

Международная молодежная научно-техническая конференция

«XXVIII и XXIX Гагаринские чтения» г Москва, 2002 - 2003,

Всероссийская научная конференция «Проблемы прогнозирования, предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций» г Уфа, 2002,

Третья, Четвертая и Пятая международные научно-технические конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» г Уфа -г Самара, 2002 - 2004,

XXIX международная конференция «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации Information Technologies in Science, Education, Telecommunication and Busmess IT + SE' 2002» Ялта-Гурзуф, 2002, Девятая международной конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», г Москва, 2003,

VIII международная научно-методическая конференция вузов и факультетов телекоммуникаций г Москва, 2004

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 24 публикациях, в том числе в 6 статьях, в 2-х свидетельствах об официальной регистрации интеллектуального продукта и одном - об официальной регистрации программного продукта, 15 трудах конференций Некоторые результаты отражены в отчетах хоздоговорных НИР, в которых автор был исполнителем

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 161 стр

машинописного текста, включающего в себя введение, четыре главы основного материала, выводы и заключение, 44 рисунка, 7 таблиц, библиографического списка из 79 наименований и четырех приложений на 33 стр

Автор выражает благодарность научному консультанту к т н , доценту кафедры «Телекоммуникационные системы» Гулину А И за оказанную помощь в написании второй и третьей глав

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи исследования работы, показана научная новизна и практическая ценность, приведены основные положения, выносимые на защиту

В первой главе на основе обзора существующих систем медицинской диагностики и перспектив развития направления телемедицины, в свете рекомендаций ВОЗ -SG 2 6-1998, JS-3,7-2004, разработаны основные требования к построению автоматизированного измерительно-диагностического комплекса для иммуноскрининга (АИДКИ) и предложена ее логическая структура Разработка устройств сопряжения в приборы, подключаемые к АИДКИ и управляемые ПЭВМ, позволит гораздо шире использовать потенциал медицины и вести мониторинг здоровья населения, выявляя зоны неблагополучной экологической обстановки и локализовать очаги инфекций

ЦС, представляющие модели многих устройств ВТ и СУ, в том числе входящих в АИДКИ (преобразователей с распределенными параметрами, ат-

тенюаторов, ЦАП, частотных и фазовых корректоров, линий задержек, фазовращателей, схемы замещения усилителей, устройства считывания и позиционирования планшетов тест-систем и т д ), достаточно широко рассматриваются в ТОЭ, электронике и других разделах теории цепей Их анализ основывается на использовании традиционных методов, которые пригодны либо для однородных ЦС, т к в качестве исходного элемента используют звено, либо отличаются излишней громоздкостью и трудоемкостью уже при числе плеч структуры более пяти В связи с этим, разработка алгоритмов и методов исследования устройств и элементов СУ и В Г с ЦС и всего тракта преобразования из комбинаций их соединений является актуальной задачей

Во второй главе разработана методика анализа ЦС (Рис.1) с использованием функции преобразования (ФП), которая представляет собой отношение активной входной величины к выходной Для исследования ЦС и вычисления ФП в общем виде, получен алгоритм записи ФП схем любой сложности

Рис 1 Цепная структура

Алгоритм записи Кп - ФП для ЦС с четным числом плеч п имеет вид

л п-2 п

К„ = 1 + X г,г„ + 2 2 да,У, + , (1)

/=! 1 *=(+1 А=|+1 1

где /=1,2, ., 0,5«, а для ЦС с нечетным числом плеч п

пи

, (2)

где (=1,2, , 0,5(я + 1)

Выражения (1) и (2) позволили получить рекуррентное соотношение (3) для вычисления ФП, чувствительности, активных величин, сопротивле-

К„=ТпКп_1+Кп_г (3)

ний и тд и разработать инженерную методику и программ)' исследования ЦС на ПЭВМ, которые официально зарегистрированы в Роспатенте

Преобразователи с равномерно распределенными параметрами можно представить как однородные ЦС (ОЦС) с большим числом звеньев Для определения их ФП при четном числе плеч п можно воспользоваться выражением (1), которое для ОЦС примет вид

(4)

1=0

где Сд '5п+( - число сочетаний из 0,5п + г элементов по 2г элемента,

0,5л' 0,5л'

где г, и У, - первичные параметры ЛС, отнесенные к единице длины I Формула (4) представляет собой выражение

аналогичное формуле Маклорена для разложения гиперболического косинуса в степенной ряд Тейлора при неограниченном возрастании числа звеньев 0,5л Так для искусственной ДС-линии Кп = сИу1, а при сдвиге фаз на ж радиан - Кп = -11,6, где Т0 - у//0,5и, а г_ коэффициент распространения Аналогично получены выражения ФП моделей из Г-или П- образных звеньев При экспериментальных исследованиях устройств с распределенными параметрами и линий связи используют однородные многозвенные модели Для этого линию длиной / разбивают на п участков и, используя полученные в главе выражения, определяют значения элементов модели, что исключает сИуИп-\ л/7 уИп

X ~ г--и / ---

погрешность при использовании формул 2 п и У — /«, предложенных во многих источниках ФП модели линии связи в общем виде будет равна

К1 = Ун2свку—1+ску—1> п п

где отсчет / = 0 — п производится от нагрузки линии связи

В устройствах и системах обработки сигналов для получения сетки опорных напряжений с дискретными значениями частоты или фазы и при разработке ЦАП необходимо осуществлять питание через определенные плечи (Рис 2), выбор которых, а также числа и видов источников питания возможен в результате анализа подобных структур Для каждого случая можно

написать характеристические функции входного Тюк и выходного Теъак_х иммитансов (сопротивления или проводимости), а через них определить ФП

^к/к-1 ~ ^ ^йг к^Вых >

где Кк1к,| - ФП источника питания - активной величины Аь действующей в к том плече, в активную величину Вк_у; действующую в к-\ плече

^вых ^вых к-\

Рис 2 Произвольное включение источников в ЦС

Использование ФП легко приводит к общим алгоритмам расчета этих характеристических функций независимо от степени сложности рассматриваемой цепи Выходное напряжение иВш ЦАП равно

п = V __т — .

1=24 1Вх11Вьи1-1+1 Л2/л

Полученное выражение представляет собой линейную комбинацию напряжений Е, с постоянными коэффициентами К,,

УТ

К — ' Вьа 1-1 где ' г г

п

Следовательно, выражение (5) можно записать как

1=2 4

В главе также разработаны модели согласующих трансформаторов с использованием ФП, что необходимо при анализе тракта преобразования, содержащего ряд преобразователей и согласующие устройства

В третьей главе излагаются принципы создания устройств, работающих с частотными и фазовыми сигналами В широкополосных СУ весьма актуальна задача поддержания фазовых соотношений при приеме-передаче сигналов Не менее важно это и при проектировании устройств автоматического преобразования информации от частотных датчиков Наибольшее распространение для создания фазовращателей в этих целях получили искусственные линии в виду возможности их интегрального исполнения и бесконтактных способов регулирования параметров Искусственная линия, работающая как фазовращатель на 7г радиан, моделируется конечным числом п/2 КС- звеньев, каждое из которых считается двуплечим Изменение угла сдвига фаз в подобном фазовращателе достигается с помощью переключателя или электронным управлением параметрами плеч При изготовлении дискретною фазовращателя с конечным числом звеньев представляет интерес определе-

ния значений элементов Л и С в плечах соответственно Исследования в этом направлении показали следующую их взаимосвязь с полными параметрами

Коэффициент к„ зависит от числа плеч п и определяется из уравнения

=0.

1=0,1

где р =fí,5Nr -1 при нечетном и р =0,5(Nr-3) при четном числе звеньев, Лг - число групп, объединяющих члены с одинаковым количеством сомно-жителей-иммитансов, т —количество членов в группе

По результатам исследований получены аналитические выражения для создания фазовращателей в интегральном и дискретном исполнениях с возможностью одновременного получения сетки выходных напряжений с различными фазовыми сдвигами, что необходимо для построения различных автоматических устройств СУ и фазорасщепителей

Частотно-зависимые ЦС широко используются в СУ в качестве первичных и вторичных преобразователей, частотных корректоров, активных фильтров, фазирующих четырехполюсников и т д Однако в настоящее время получены аналитические выражения для частоты и затухания, подобных ЦС лишь с числом плеч не более восьми С использованием ФП удалось устранить этот пробел ЦС может иметь один из четырех видов ЦС U/I, ЦС U/U (Рис 3), ЦС J/U или ЦС I/I Активным преобразователем (АП) является усилитель различного схемного исполнения

Рис 3 Блок-схема генератора с фазирующей ЦС U/U

Частота квазирезонанса л-плечей ЦС, составленной из ЛС-элементов и осуществляющей поворот фазы на 180°, определяется из мнимой части ФП фазирующего четырехполюсника при обращении ее в ноль, те 1т Кцс = 0, и для ЦС U/U определяется выражением

к.

RC

где коэффициент кп находится из уравнений вида

i-O i

где р = 0,25л-1 - для четных 0,5«, и р = 0,25(и+2)-1 - для нечетных 0,5и

ФП фазирующих ЦС U/U и ЦС /// на частоте квазирезонанса стремятся с увеличением числа плеч п до бесконечности от Кв = - 29 до Кп = - 11,56 Из всех к„ выбирают значения не превышающие л/б

Для расчетов схем любой сложности и конфигурации автором разработана официально зарегистрированная программа и инженерная методика

При использовании интегральных ДС-структур для построения частотно-зависимых устройств СУ достигается ряд преимуществ Во-первых, используется лишь один компонент с распределенной структурой, параметры которого перестраиваются электронно, во-вторых, требуемое усиление активного преобразователя уменьшается до 11,6 Частота же избирательности определяется выражением

п{Ц + <рК)ь

AR, W

Емкость С р-и-перехода при изменении величины обратного смещения „ А

выражается С = --

(U + tpJ

Из выражения (7) видно, что, управляя напряжением U от первичных преобразователей, можно получить необходимый частотный выход

Искусственная линия имеющая п плеч (л/2 звеньев) обладает дискретностью сдвига фаз, равной <р = 27т / п При переключении на соответствующее г-тое плечо ЛС-линии, используемой в качестве фазирующей ЦС, например в схеме на Рис 4, получим соотношение для дискретных значений частот которые будут генерироваться

(7)

где fo - частота квазирезонанса всей ЛС-линии Подставляя в формулу (7) выражение для частоты fo из (6), получим соотношение для дискретных значе-

2 к

ний частот генератора / = , "

v i'nRC

При использовании искусственной LC - линии в качестве фазирующей ЦС, получим выражение для частот генерации f, =2fo //, где fo - частота квазирезонанса всей LC- линии, при снятии обратной связи с /-того плеча

г.

Отсюда получим значение f

171

4lc'

10 О 5я-1

где кп определяется из уравнения - = 0, для и-плечей ЬС -

I

искусственной линии в качестве фазирующей ЦС

В работе приведены значения коэффициентов кп , кп , 1/к„, Мкп для ЦС с числом плеч п от 6 до 40, которые могут быть использованы при построении дискретных генераторов и фазовращателей, линий задержек и т д

Для синтеза устройств ЦС наиболее часто используются схемы Кауэра, представляющие собой результат разложения функции входного иммитанса в непрерывную дробь Представляет интерес способ нахождения по виду заданной ОЦС и ее ФП числа плеч устройства и величин их иммитансов С помощью пассивных ЯС-цепей можно спроектировать устройство с практически любыми, в ограниченном диапазоне частот (времени), амплитудно-частотными и импульсными (переходными) характеристиками

При синтезе четырехполюсников по заданному коэффициенту передачи задача реализации часто решается с помощью функции входного иммитанса или с помощью полных и первичных параметров линии

Рассмотрим условия, налагаемые на ФП при синтезе ОЦС, состоящих из цепочки двухполюсников вида Г, и Т2 Известно, что ЦС и/и и ЦС 1/1 не изменяют размерность преобразуемой активной величины, содержат четное число плеч п и являются взаимно-дуальными структурами Входной имми-танс п -плечей ЦС, определяемый выражением

(8)

Знаменатель выражения (8), представляющий собой ФП ЦС без первого плеча, содержит постоянный множитель в виде иммитанса Т2, а /1 определяется

из формулы / = Х'РДУС^, (9)

/=0 I

где - число сочетаний из 3+г элементов по 1 +2г элемента

ФП структуры подобных устройств можно представить в виде

= £ {Т^гУСЦ, (10)

1.0]

где С32^ - число сочетаний из 3+г элементов по 2 г элемента

Из выражений (8) - (10), при подобранном по результатам аппроксимации числе плеч и, определим значение иммитанса на какой-то определенной, в диапазоне работы данного устройства, частоте со

который, в общем случае, имеет комплексный характер Далее, подставив значение иммитанса Т2 в выражение (14) или (15), решают полученное уравнение относительно иммитанса 7\

По аналогичной процедуре синтезируют структуры U/I и I/U Несмотря на трудность сопоставления с другими методами, т к они разработаны для других целей и в основном для синтеза фильтров, можно заметить, что предложенная методика синтеза ЦС по ФП отличается простотой, большей формализацией и меньшей трудоемкостью вычислений

В четвёртой главе рассмотрены вопросы практического применения результатов анализа и синтеза при разработке, эксплуатации и моделировании устройств СУ с ЦС и длинных линий

Наиболее перспективными при определении повреждений устройств с распределенными параметрами являются методы, основанные на измерениях резонансных состояний входного сопротивления Однако они не способны прогнозировать повреждение, предупреждать и предотвращать аварии

Применение ФП для определения мест повреждения подобных устройств СУ, позволило получить ряд соотношений, однозначно определяющих расстояние до места повреждения и величину переходного имми-танса в месте повреждения Длинные линии (линии связи) с иммитансом Т„ в месте повреждения представлена схемой замещения (Рис 5), где х — расстояние до места повреждения, а У4 — иммитанс повреждения Части линий связи до и после

¿MI

т

Г*

1_I

1-х

Уб

т

I

Ys

Рис 4 Структура модели длинной линий с повреждением изоляции

места повреждения рассматриваем как трехплечие ЦС Используя формулы, полученные выше, получим выражения для иммитансов плеч структуры

¡И/ х 2С

2 сИу{1~х)-\ _ - х)

5 7 с *ку{1-х) ' 6 2С

Входной иммитанс линии связи на частоте со, является функцией им-митанса повреждения и расстояния до места повреждения, т е

Измерив входной иммитанс на двух определенных частотах, получим

два уравнения с двумя неизвестными х и У4, решение которых и даст искомый результат Подставив в выражение для ФП значения иммитансов плеч и проделав аналитические преобразования, получим

К6 = Zc Y4 shy х chy (J - х) +chy I

Входной иммитанс линии с повреждением имеет вид 7 _ Zc Yt shyx chy (J - x) + chy I

M j i

Yt chy(l-x) chyx + — shy 1 Zс

arcshb

из которого найдем расстояние х до места повреждения х~-, где

7

shyx = b, и значение иммитанса в месте повреждения

thyl

Y=__

ь7{ги + zcthy о -bji+tf {Zjhy i+zc)+z„ Таким образом, полученные соотношения позволяют не шлько определять расстояние до места повреждения линии, но и прогнозировать место и характер повреждения (изоляции или жилы)

Одним из основных вопросов, возникающих при проектировании и эксплуатации СУ, является исследование влияния амплитудных, частотных и фазовых характеристик линий связи на параметры преобразователей, которое в общем виде до сих пор не проводилось Важность решения этого вопроса возрастает с необходимостью учета влияния линии связи на искажения информации в виде временных задержек, изменения амплитуд и т п

Наиболее полно и всесторонне исследование свойств однородных цепных схем рассмотрено в работах Каганова 3 Г , где показано, что для цепей с потерями существует несколько несовпадающих резонансов (частотный, фазовый и амплитудный)

ФП позволили исследовать частотный критерий резонансов, заключающийся в определении частот квазирезонанса ЦС из выражения мнимой части ФП при обращении ее в нуль; фазовый - определяемый при равенстве нулю мнимой части входного иммитанса линии связи и амплитудный - характеризующийся экстремумами АЧХ входного иммитанса ЦС или линии связи Полученные соотношения свидетельствуют о необходимости учета влияний линий связи на работу преобразователей СУ гораздо шире, чем просто в виде затухания, задержек и т п как это рассматривается традиционно

Широкое распространение ЦС в виде LC- и RC— линий обосновано необходимостью построения устройств с частотным выходом, линий задержек, фазовых корректоров и моделей длинных линий Однако, до сих пор не оценена погрешность моделирования значений частоты и фазы при использовании многоплечих ЦС Известно лишь то, что с увеличением числа плеч

модели эта погрешность уменьшается Анализ показал некорректность такого подхода Так у КС-линии, несмотря на увеличение числа плеч модели с 6 до 40 и значительного уменьшения абсолютной погрешности, относительная погрешность уменьшается лишь с 10,5% до 3,6% Причем, в этом диапазоне наименьшую погрешность имеет восьмиплечая модель, равную 3,1%

Проведенные исследования позволили выработать методику моделирования и синтеза ЦС с одновременным исключением методических погрешностей в значениях частоты и входного (выходного) сопротивления модели

Результаты исследований влияния нагрузки на характеристики частотно зависимых устройств с ЦС, показали, что чем больше число плеч в схеме, тем больше влияние на генерируемую частоту оказывает нагрузка Так, например, относительная погрешность частоты квазирезонанса у шестиплечей схемы равна 0,02%, а у восьмиплечей — 0,04%

При определении границ погрешности отдельных элементов у линии задержек, ЦАП и т п исходят из условия, что погрешность выходных параметров не должна превышать заданную допустимую величину Проведенные исследования с использованием ФП позволили оценить допуски на разброс параметров элементов по допустимой погрешности рабочих характеристик, используя полученное выражение для ФП Кпу с погрешностями элементов

0 5л

К„г = Со 5„„ х'2'У, где х - граница допуска иммитансов плеч структуры устройств

Рис 5 Структура управления комплексом из БРЦ телемедицины

Также в этой главе представлена структура АИДКИ, реализованная в ряде учреждений Минздрава РБ, и устройство сопряжения, алгоритмы и программы, позволяющие функционировать медицинские приборы как в составе комплекса, так и автономно Основой АИДКИ являются управляемые ПЭВМ биохимические (ИФА) и другие диагностические комплексы (ДК), способствующих проведению массовых обследований и составлению базы данных как в лечебно-профилактических учреждениях, так и в Башкирском Республиканском центре (БРЦ) телемедицины (Рис 5) При построении ДК, состоящих из отдельных модулей, реализован принцип агрегатирования Для этого были решены две основные задачи - совместимости и сопряжения модулей как между собой, так и с внешними устройствами БРЦ через мультиплексор потоков El, в разработке которого участвовала диссертант

В приложении представлены тексты разработанных программ расчетов параметров устройств с цепной структурой, частоты квазирезонанса многозвенных RC-структур, а также документы, подтверждающие внедрение результатов работы в БРЦ Телемедицины Минздрава Республики Башкортостан, и в учебном процессе Уфимского государственного авиационного технического университета в виде методик расчета параметров линий задержек, ЦАП и выходных частот вторичных преобразователей

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ и РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 Разработана методика анализа элементов и устройств ВТ и СУ, имеющих однородные, неоднородные и распределенные структуры (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2002610748/ 22 05 2002 Роспатент Москва 2002)

2 Разработаны алгоритмы исследования, отличающиеся мальм числом команд и инженерные методики расчета характеристик функциональных устройств с цепной структурой (Информационный бюллетень ВНТИЦ, Per № 50200200246 Алгоритмы и программы, № 2,2003 - РТО 11 с ISSN 03200884)

3 Разработана методика синтеза устройств цепной структуры (преобразователей с частотным и фазовым выходом, линий задержек, ЦАП и т д ) с сосредоточенными и распределенными параметрами. Разработаны методики определения выходных частот квазирезонанса преобразователей с RC- и LC-фазирующими четырехполюсниками любой сложности (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2003611147/ 16 05 2003. Роспатент Москва 2003)

4 Исследовано влияния параметров нагрузки на выходные характеристики преобразователей с частотным выходом, показавшее увеличение от-

клонения частоты с увеличением числа плеч структуры устройства и получены соотношения количественной оценки этой погрешности

5 Исследованы методические погрешности моделирования устройств с распределенными параметрами и разработана методика устранения ее для функциональных устройств с ЬС- и 7?С-структурами, что особенно важно при интегральном исполнении последних

6 Разработана методика проектирования устройств с нормированной погрешностью выходных характеристик с установкой допуска на разброс параметров элементов плеч функциональных устройств с ЦС

7 Получены аналитические соотношения, позволяющие диагностировать и прогнозировать повреждения устройств с однородной и распределенной структурами путем измерения входного сопротивления на двух частотах

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Интерактивные сети КТВ Стандарты, технологии, оборудование / Филимонов А И, Сухинец Ж А , Гулин А И // Технология и средства связи 2004-№2 - С 164-172

2 Обоснование технических требований к медицинской ТКС / Сухинец Ж А // Интеллектуальные системы управления и обработки информации Материалы междунар НТК-Уфа, 2001 -С 252

3 Телекоммуникационная система мониторинга здоровья населения / Султанов А X , Сухинец Ж А , Гулин А И //Проблемы прогнозирования, предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций Материалы 3 Всерос НПК Уфа-2002, с 74-76

4 ГИС в здравоохранении на базе городских коммуникаций / Гулин А И , Сухинец Ж А //Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе Труды 29 междунар конференции 1Т+5Е'2002 -Ялта-Гурзуф, 2002 - С 370-372

5 Расчет параметров преобразователей цепной структуры / Гулин А И , Мударисов Д Ф , Сухинец Ж А // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2002610748/22 05 2002 Роспатент. Москва 2002

6 Анализ канала телекоммуникационной системы с использованием функций преобразования / Сухинец Ж А // Проблемы техники и технологии телекоммуникаций Материалы 3 междунар НТК Уфа-2002, С 121-122

7 Исследование и проектирование ЦАП с использованием функций преобразования / Сухинец Ж А, Мударисов Д Ф , Гулин А И // Проблемы техники и технологии телекоммуникаций Материалы 3 междунар НТК -Уфа, 2002-С 122-123

8 Стратегия построения телекоммуникационной системы для медицины на базе сотовой связи / Гулин А И, Мустафин X М , Сухинец Ж А //

Проблемы техники и технологии телекоммуникаций Материалы 4 между-нар НТК - Уфа, 2002 - С 190-191

9 Проектирование и расчет интегральных RC-структур / Сухинец Ж А , Мударисов Д Ф , Хаников ИР// XXIX Гагаринские чтения Материалы междунар молодежной НТК — Москва, 2002 - Т 6 , С 17-18

10 Аппаратура цифрового уплотнения для АЦС (Блок CJI-10, концентратор, мультиплексор, низкоскоростной регенератор) / Рахимов Р Р , Гулин А И, Сухинец Ж А и др // Проблемы техники и технологии телекоммуникаций Материалы 4 междунар НТК - Уфа, 2003 - С 157-164

11 Расчет частоты квазирезонанса и коэффициента передачи многозвенных RC-структур / Гулин А И, Сухинец Ж А, Мударисов Д Ф , Хаников ИР// Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2003611147/16 05 2003 Роспатент Москва 2003

12 Программа расчета преобразователей цепной структуры / Гулин А И, Мударисов Д Ф , Сухинец Ж А // Информационный бюллетень ВНТИЦ, Per № 50200200246 Алгоритмы и программы, № 2, 2003 - РТО 11 с ISSN 0320-0884

13 Математическое моделирование длинных линий с использованием функций преобразования / Сухинец Ж А // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика Девятой междунар Науч -техн конф студентов и аспирантов Т 1 - М Издательство МЭИ, 2003 - С 274

14 Обеспечение мобильности и качества образования в области телекоммуникаций / Гулин А И , Султанов Р Р , Сухинец Ж А // VIII Междунар науч -метод конф вузов и факультетов телекоммуникаций Труды конференции -М МТУСИ, 2004 — С 35-38

15 Практический опыт применения телемедицинских технологий в Республике Башкортостан / Мустафин X М , Мударисов Д Ф , Сухинец Ж А // Проблемы техники и технологии телекоммуникаций' Материалы V междунар НТК - Самара. Аэропринг 2004 - С 112-113

16 Анализ проводных линий связи с использованием функций преобразования / Сухинец Ж А , Филимонов А И , Мударисов Д Ф // Проблемы техники и технологии телекоммуникаций Материалы V междунар НТК -Самара Аэропринт 2004 - С 52-54

17 Рекомендации использования разнообразных видов линий связи в различных областях телемедицины / Мустафин X М, Сухинец Ж А и др Материалы V междунар НТК - Самара Аэропринт 2004 - С 113-116

Диссертант

Сухинец Ж А

СУХИНЕЦ Жанна Артуровна

ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НА БАЗЕ ЦЕПНЫХ МОДЕЛЕЙ

Специальность 05 13 05 — Элементы и устройства вычислительной

техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 08 12 06 Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Печать плоская Гарнитура Times New Roman Уел печ л 1,0 Уел кр-отт. 1,0 Уч-изд л 0,9 Тираж 100 экз Заказ № 635.

ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии 450000, Уфа-центр, ул К Маркса, 12

Список сокращений.

Введение.

Глава 1. Анализ методов исследования функциональных устройств цепной структуры и постановка задачи исследования.

1.1. Краткий обзор элементов и устройств вычислительной техники и систем управления с цепной структурой.

1.2. Общие сведения и классификация методов исследования устройств с цепной структуры и канала преобразования информации.

1.3. Основные требования к построению функциональных устройств цепной структуры и постановка задачи исследований.

1.4. Выводы к главе 1.

Глава 2. Анализ устройств цепной структуры с применением функций преобразования.

2.1. Разработка методики анализа устройств с неоднородной цепной структурой.

2.2. Разработка методики анализа устройств с однородной структурой.

2.3. Разработка алгоритмов исследования и инженерной методики расчета функциональных устройств с цепной структурой.

2.4. Исследование структур и выходных характеристик цифро-аналоговых преобразователей.

2.5. Анализ канала преобразования информации из устройств с сосредоточенными и распределенными параметрами.

2.6. Выводы к главе II.

Глава 3. Синтез функциональных устройств по заданным рабочий характеристикам.

3.1. Синтез линий задержек и фазовых корректоров.

3.2. Синтез частотно-зависимых RC-преобразователей с сосредоточенными параметрами.

3.3. Синтез цепных структур с распределенными параметрами.

3.4. Общие вопросы реализации устройств цепной структуры с учетом требований к рабочим характеристикам.

3.5. Выводы к главе III.

Глава 4. Проектирование и моделирование устройств вычислительной техники и систем управления с цепной структурой.

4.1. Прогнозирование повреждений устройств с однородной распределенной структурой.

4.2. Исследование частотных характеристик устройств с цепной структурой.

4.3. Моделирование устройств с распределенными параметрами и исследование влияния параметров нагрузки на модель.

4.4. Проектирование устройств с нормированной погрешностью выходных характеристик.

4.5. Разработка алгоритмов системы управления автоматизированным измерительно-диагностическим комплексом для иммуноскрининга.

4.6. Выводы к главе IV.

Впечатляющие достижения в различных областях науки и техники невозможны без совершенствования средств вычислительной техники и систем управления, участвующих сбором, преобразованием и передачей всего многообразия измерительной информации.

Наиболее распространенной структурой, реализующей широкий класс преобразователей СУ и устройств ВТ, является цепная структура. Это цифро-аналоговые преобразователи и первичные преобразователи с частотным и фазовым выходом, масштабные преобразователи и корректирующие звенья, схемы замещения большого класса преобразователей с распределенными параметрами и линий связи, модели устройств различной физической природы и т.д. Поэтому разработке обобщенного метода анализа однородных, неоднородных, распределенных структур преобразователей и устройств, позволяющего на этапе проектирования наиболее полно исследовать их различные характеристики и посвящена данная работа.

Общепризнано, что наиболее существенные классификационные признаки определяются, прежде всего видом структурной схемы, которая отображает метод преобразования и дает возможность проведения широких обобщений, не связанных с особенностями конкретного схемотехнического исполнения отдельных устройств ВТ и преобразователей СУ. Однако, анализ известных методов исследования и проектирования устройств с ЦС показал, что они по существу в большинстве случаев не позволяют проводить в общем виде разработку устройств и преобразователей, имеющих в своем составе неоднородные и распределенные структуры.

Исходя из этого, мы отказались от привлекательного пути, состоящего в исследовании и разработке какого-то одного вида преобразователя, что вызвало необходимость совершенствования методов объективного описания процессов в устройствах СУ с комбинированной цепной структурой для проведения анализа преобразования, выявления характерных особенностей ЦС, исследования различных характеристик, а также проектирования преобразователей по заданным рабочим характеристикам с учетом их работы в канале преобразования и передачи информации.

С позиций понятия функции преобразования проведены исследования рабочих, точностных и выходных характеристик устройств с ЦС, а также резонансных состояний преобразователей с распределенными параметрами. Определены условия оптимального согласования входных и выходных параметров преобразователей с другими устройствами. Решены вопросы синтеза преобразователей с ЦС по нескольким критериям, предъявляемым к элементам, синтезированы многозвенные преобразователи с частотным и фазовым выходами.

Проанализированы источники методической погрешности моделирования преобразователей с распределенными параметрами и даны способы их устранения. Рассмотрены вопросы нормирования погрешностей выходных характеристик преобразователей ЦС по допускам разброса параметров элементов структуры.

В современной технике использование электрической энергии в силу известных достоинств получило преимущественное распространение. В связи с этим наиболее перспективной группой преобразователей информации являются преобразователи параметров, характеризующих электрические процессы и цепи. Выходными величинами преобразователей обычно являются параметры электрических цепей и сигналов такие, как активное, индуктивное или емкостное сопротивление, напряжение, э.д.с., частота или фаза переменного тока, частота следования и длительность импульса и другие параметры.

Большинство известных устройств и преобразователей обладают в некоторой степени универсальностью и могут быть использованы при решении разнообразных задач, в том числе и при разработке СУ автоматизированными измерительно-диагностическими комплексами в медицине. Однако, при реализации конкретной проблемы целесообразно выделить наиболее важные условия работы преобразователя, на основе которых выбрать ЦС наиболее эффективно удовлетворяющую поставленным целям. Для этого надо знать свойства входной активной величины, основные характеристики преобразователя и условия его работы.

В настоящее время успехи здравоохранения определяются не только достижениями в области разработок современных средств диагноза, методов профилактики и лечения, но и созданием единого информационного пространства - геоинформационной системы (ГИС), охватывающая все лечебно-профилактические учреждения региона, открывающая перспективы мониторинга за состоянием здоровья каждого человека и создания его иммунного паспорта, начиная уже с дородового периода. Для создания подобной ГИС требуется, кроме всего, использование современных и разработка новых технологий и алгоритмов передачи и обработки информации по различным линиям и каналам связи. И, наконец, потребуется разработка ряда устройств сопряжения и интерфейсов, необходимых для обеспечения стыка аппаратуры и диагностической техники различного назначения в медицинских учреждениях и лабораториях. Признанное мировым сообществом стратегическое направление развития электросвязи в XXI веке является создание широкополосных цифровых сетей интегрального пользования [1] на базе асинхронного режима доставки информации, являющейся качественно новым этапом построения транспортных технологий сетей связи. На этой основе уже строятся [2] многочисленные корпоративные сети различного назначения во многих странах мира. Все это вызывает к необходимости поиска экономичных путей организации доступа любого абонента в любом регионе и местности к всемирной паутине, столь необходимой для построения ГИС в здравоохранении. В связи с этим представляет несомненный интерес использование для абонентского подключения к широкополосным цифровым сетям всех ресурсов инженерных коммуникаций регионов, в числе которых городские и ведомственные телефонные сети, системы коллективного приема телевидения (СКПТВ) и, наконец, силовых электрических сетей городов и населенных пунктов.

Для городов весьма перспективным и экономичным является построение ГИС на базе уже существующих СКПТВ благодаря лучшим частотным характеристикам, высокой доступности и охвата более 70% жилого фонда. Во многих крупных городах ведется реконструкция СКПТВ с целью увеличения полосы пропускания, организации обратного канала и создания на этой базе систем скоростной передачи информации [3].

Одним из перспективных по доступности и дешевизне способом абонентского подключения является использование распределительных силовых электросетей (РСЭ) с напряжением 0,4 кВ в качестве среды передачи информации. Интерес к организации каналов связи по силовым электрическим цепям различного уровня возник давно, поскольку они доходят до каждой организации и квартиры. Однако, коммуникационные параметры таких линий связи существенно меняются во времени и в зависимости от уровня потребления энергопотребления. Кроме того, необходимо учитывать шунтирующие действия нагрузок, места, подключения которых меняются. Развитие современных цифровых методов обработки сигналов и способов высокоскоростной передачи данных по РСЭ привело к появлению [4] технологии Power Line communications (PLC). Более 15 ведущих производителей в мире начали производить оборудование для организации PLC-сетей емкостью 350-500 абонентов каждая. Очевидные преимущества реализации подобного абонентского доступа по сравнению с другими решениями стимулируют внедрение новых технологий в решении проблемы «последней мили».

Таким образом, ГИС города и региона в целом будет представлять собой объединение волоконных, коаксиальных, медных и алюминиевых сетей с обеспечением абонентского доступа по одной физической линии. Такая гибридная сеть, использующая различные технологии, должна быть обеспечена интерфейсами и устройствами сопряжения для согласования не только электрических характеристик линий связи и распределения сигналов, но и всего многообразия диагностической медицинской и вычислительной техники, находящейся в стационарах и мобильных лабораториях.

В подобной многофункциональной широкополосной интерактивной сети помимо предоставления абонентам большого набора услуг появляется возможность, при необходимости, проведения дистанционного обследования нетранспортабельных пациентов на дому [5] с помощью аппаратуры, находящейся за сотни километров в клиниках и лечебных учреждениях. Кроме того, появляется возможность дистанционного тестирования от фирм производителей сложнейшей медицинской техники (компьютерных томографов, аппаратуры УЗИ и т.д.) и их метрологической аттестации из центров стандартизации. Но самое главное, что такая стратегия построения ГИС дает возможность организации динамического слежения активного воздействия различных факторов химической, физической и биологической природы, как на отдельные органы, так и на иммунную систему человека в целом и оперативной локализации очагов эпидемий, выявления границ экологических катастроф и т.д

Структура ГИС включает в себя три уровня: региональный (республиканский), районный и уровень лечебно-профилактических учреждений. Автор принимала участие совместно с учеными С.- Петербурга и Башкортостана в разработке региональной СУ телемедициной [6] для Минздрава РБ, объединяющей лаборатории СПИД городов Стерлитамака, Салавата, Октябрьского и Уфы, где одним из важных аспектов является использование существующих коммуникаций для организации каналов связи. Однако, традиционные методы анализа подобных цепей не позволяют с достаточно точно учитывать влияние параметров аппаратуры и неоднородностей в линиях связи на затухание, полосу пропускания и переходные характеристики каналов, организованных на подобных линиях.

В связи с этим исследования, направленные как на разработку СУ медицинской аппаратуры, так и эффективных методов и алгоритмов анализа и синтеза всей тракта преобразования информации, состоящего из устройств преобразования первичной и вторичной информации, сопряжения медицинской и каналообразующей аппаратуры [7], линий связи, элементов вычислительной техники и т.д., является актуальной технической задачей.

Методы исследования

Основные результаты диссертационной работы получены с использованием положений теоретических основ и электроники, методы континуант, функций преобразования и принцип дуальности преобразования, теории рядов и дифференциального исчисления. Применялись методы численного и компьютерного моделирования. Проведены натурные испытания устройства сопряжения ПЭВМ с иммуноферментным анализатором крови при создании автоматизированного измерительно-диагностического комплекса иммуноскрининга с автоматизацией передачи результатов анализа в Башкирский республиканский центр телемедицины Минздрава РБ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• Разработана оригинальная методика анализа однородных и неоднородных устройств (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2002610748/ 22.05.2002. Роспатент. Москва. 2002), имеющих цепную структуру (ЦС), и устройств с распределенными параметрами, позволяющая эффективно исследовать весь тракт преобразования информации любой сложности с единых позиций.

• Разработана методика проектирования устройств ЦС с заданной погрешностью выходных характеристик, удовлетворяющих условию их взаимозаменяемости при производстве и эксплуатации устройств ВТ и СУ.

• Разработаны методики определения выходных частот квазирезонанса преобразователей с RC- и LC- фазирующими четырехполюсниками любой сложности (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2003611147/ 16.05.2003. Роспатент. Москва. 2003) и моделирования устройств СУ с RC- и LC- распределенными параметрами без методической погрешности.

• Разработана методика синтеза устройств с цепной структурой, одновременно удовлетворяющая значениям функции преобразования и входного или выходного сопротивления (Информационный бюллетень ВНТИЦ, Per. №

50200200246.: Алгоритмы и программы, № 2, 2003. - РТО 11 с. ISSN 03200884), что позволяет обеспечивать оптимальное согласование устройств, участвующих в последовательной цепочке преобразования измерительной информации.

Практическая значимость результатов:

• Получены компактные алгоритмы анализа элементов и устройств СУ и ВТ с цепной структурой, отличающиеся малым числом команд при реализации программы на ПЭВМ.

• Разработаны инженерные методики расчетов частот RC- и LC- преобразователей, а также активных величин, чувствительности, входных сопротивлений и коэффициентов преобразования устройств с ЦС. Методики внедрены в учебный процесс при выполнении дипломных и курсовых проектов, при чтении лекций по дисциплинам «Устройства приема и обработки сигналов» и «Направляющие системы в электросвязи» в Уфимском государственном авиационном техническом университете.

• Получены оценки погрешностей влияния нагрузки на частоту генерации преобразователей ЦС с частотным выходом и моделирования устройств с распределенными параметрами традиционными методами.

• Разработаны алгоритмы системы управления автоматизированным измерительно-диагностическим комплексом для иммуноскрининга и устройство сопряжения иммуноферментного анализатора крови с ПЭВМ, внедренные в учреждения Минздрава РБ.

Новые научные результаты, выносимые на защиту:

1. Методика исследования элементов и устройств вычислительной техники и систем управления, имеющих однородные, неоднородные и распределенные структуры, а также всего тракта преобразования информации из различных комбинаций подобных структур.

2. Методика моделирования и синтеза преобразователей с частотным и фазовым выходом, линий задержек, ЦАП и других устройств с распределенными и сосредоточенными параметрами с учетом нормирования погрешности выходных характеристик.

3. Алгоритмы исследования устройств систем управления и их моделей, имеющих цепную структуру, в том числе для определения частот квазирезонанса RC- и LC-преобразователей любой сложности.

4. Результаты исследования методической погрешности моделирования преобразователей с распределенными параметрами и метод ее устранения.

5. Результаты исследования влияния параметров нагрузки на рабочие характеристики преобразователей с частотным выходом.

6. Алгоритмы системы управления автоматизированным измерительно-диагностическим комплексом иммуноскрининга и устройство сопряжения им-муноферментного анализатора крови с ПЭВМ.

Основание для выполнения работы

Работа выполнена на кафедре телекоммуникационных систем УГАТУ в соответствии с Приказом МЗ РФ №344 от 27.08.2001, «Концепция развития телемедицинских технологий в Российской Федерации и план ее реализации» и планом Российской Академии медицинских наук в вопросах использования и развития телемедицинских технологий, а также по хоздоговорным НИР на темы: «Автоматизированный информационно-измерительный и диагностический комплекс для имуноскрининга» с Минприроды и ЧС РБ № 1/95, «Окружающая среда и здоровье населения РБ» с академией наук РБ № 112/АНБ и АП-КС-13-05-ХГ «Разработка мультиплексора потоков Е1» с ОАО БЭТО (г.Уфа).

Апробация работы и публикации

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях различного уровня. Среди них:

Международная молодежная научно-техническая конференция «Интеллектуальные системы управления и обработки информации» г. Уфа, 2001;

Международная молодежная научно-техническая конференция «XXVIII и XXIX Гагаринские чтения» г. Москва, 2002 - 2003;

Третья Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы прогнозирования, предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций» г.Уфа, 2002;

Третья, Четвертая и Пятая международные научно-технические конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» г.Уфа г. Самара, 2002 - 2004;

XXIX международная конференция «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе Information Technologies in Science, Education, Telecommunication and Business IT + SE' 2002» Ялта-Гурзуф, 2002;

Девятая международной конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», г. Москва, 2003;

VIII международная научно-методическая конференция вузов и факультетов телекоммуникаций, г. Москва, 2004.

Основные результаты диссертационной работы отражены в 24 публикациях, в том числе 16 трудах конференций, 6 статьях и 2 свидетельствах об официальной регистрации программ для ЭВМ.

Основное содержание работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложения.

4.6. Выводы к главе IV

1. Использование ФП позволило создать общие алгоритмы исследования устройств ЦС и определение их резонансных состояний, которые необходимо учитывать при проектировании проводных СУ из-за их более глубокого влияния на предаваемую информацию, чем просто в виде затухания, задержек и т. п. как это рассматривается традиционно в большинстве случаев.

2. ФП позволяют по результатам измерений входного иммитанса на двух частотах получить соотношения, однозначно определяющие место и иммитанс в месте повреждения линий связи (жилы или изоляции), что позволяет прогнозировать возникновение аварий.

3. Исследования методической погрешности LC- и ЯС-схем замещения линий связи и устройств с распределенными параметрами показали, что проектирование синтезаторов частот, генераторов и фазовращателей, использующих искусственные /?С—линии, по методам [27, 28] вносит большую ( порядка 3,6% даже для 40-плечей схемы) погрешность.

4. Получены аналитические выражения полностью исключающие методическую погрешность моделирования длинных линий и схем замещения устройств с распределенной структурой.

5. Исследовано и определено влияние нагрузки на инструментальную погрешность синтезаторов и генераторов частот.

6. Разработана методика оценки допускаемых границ систематической погрешности элементов ЦС при проектировании устройств СУ и ВТ с заданной погрешностью выходных характеристик.

7. Разработаны алгоритмы и структура системы управления автоматизированным измерительно-диагностическим комплексом, содержащим в схемах устройства с цепной структурой (масштабирующие преобразователи, ЦАП, корректирующие звенья и т.д.), позволяющие управлять системой из регионального центра телемедицины.

По некоторым материалам главы опубликованы работы [52, 54, 56, 61 -64, 66, 69 - 73].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты исследований обеспечивают существенное упрощение ряда задач анализа и синтеза устройств вычислительной техники и систем управления, имеющих цепные структуры, с учетом требований к рабочим характеристикам, использованию минимального числа номиналов элементов, условиям согласования входных и выходных сопротивлений, к нормированию погрешностей выходных параметров, а также минимизации погрешностей моделирования линий связи и преобразователей с распределенными параметрами.

Научная и практическая значимость диссертационной работы подтверждается следующим:

1. Разработана методика анализа элементов и устройств ВТ и СУ, имеющих однородные, неоднородные и распределенные структуры. (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2002610748/ 22.05.2002. Роспатент. Москва. 2002).

2. Разработаны алгоритмы исследования, отличающиеся малым числом команд и инженерные методики расчета характеристик функциональных устройств с цепной структурой (Информационный бюллетень ВНТИЦ, Алгоритмы и программы, № 2, 2003. - РТО 11 с. ISSN 0320-0884).

3. Разработана методика синтеза устройств цепной структуры (преобразователей с частотным и фазовым выходом, линий задержек, ЦАП и т.д.) с сосредоточенными и распределенными параметрами. Разработаны методики определения выходных частот квазирезонанса преобразователей с RC- и LC- фазирующими четырехполюсниками любой сложности (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 200361 1147/ 16.05.2003. Роспатент. Москва. 2003).

4. Исследовано влияния параметров нагрузки на выходные характеристики преобразователей с частотным выходом, показавшее увеличение отклонения частоты с увеличением числа плеч структуры устройства и получены соотношения количественной оценки этой погрешности.

5. Исследованы методические погрешности моделирования устройств с распределенными параметрами и разработана методика устранения ее для функциональных устройств с LC- и /?С-структурами, что особенно важно при интегральном исполнении последних.

6. Разработана методика проектирования устройств с нормированной погрешностью выходных характеристик с установкой допуска на разброс параметров элементов плеч функциональных устройств с ЦС.

7. Получены аналитические соотношения, позволяющие диагностировать и прогнозировать повреждения устройств с однородной и распределенной структурами путем измерения входного сопротивления на двух частотах.

8. Разработаны алгоритмы системы управления Автоматизированным измерительно-диагностическим комплексом для иммуноскрининга и методика моделирования линий связи и преобразователей с распределенными параметрами, внедренные в учреждениях Минздрава Республики Башкортостан.

1. Барабаш П.А., Воробьев С.П., Махровский О.В., Шибанов B.C. Муль-тисервисные сети кабельного телевидения / Под ред. засл. деят. науки РФ, д-ра техн. наук, проф. В.С.Шибанова. СПб.: Наука, 2000. - 336 с.

2. Кабельное телевидение 2001: Справочник. СПб.: Телеспутник,2001- 172 с.

3. Гриненко И.Н. Интернет по электропроводу. Технология PLC для решения проблемы «последней мили» // Технология и средства связи 2001.-№ 4. -С. 52-58.

4. Гулин А.И., Сухинец Ж.А. ГИС в здравоохранении на базе городских коммуникаций // В кн.: Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе. Труды 29 Межд. конференции IT+SE'2002.- Ялта-Гурзуф, 2002.- С. 370-372.

5. Султанов А.Х., Сухинец Ж.А., Гулин А.И. Телекоммуникационная система мониторинга здоровья населения //В кн.: Проблемы прогнозирования, предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Материалы 3 Всерос. НПК. Уфа-2002, с.74-76.

6. Сухинец Ж.А. Анализ канала телекоммуникационной системы с использованием функций преобразования // В кн.: Проблемы техники и технологии телекоммуникаций. Материалы 3 Межд. НТК. Уфа- 2002, с. 121.

7. Зевеке Г.В., Ионкин П.А. и др. Основы теории цепей. М.: Энергия, 1975.-427 с.

8. Луи де Пиан. Теория линейных активных цепей. Пер. с англ. М.-Л.: Энергия, 1967-287 с.

9. Сигорский В.П. Методы анализа электрических схем с многополюсными элементами. Киев: Изд-во АН УССР, 1976. - 605 с.

10. Сухинец Ж.А. Обоснование технических требований к медицинской ТКС //В кн.: Интеллектуальные системы управления и обработки информации. Материалы Межд. НТК.- Уфа, 2001. С. 252.

11. Сухинец Ж.А. О построении телекоммуникационной сети в системе здравоохранения // В кн.: Интеллектуальные системы управления и обработки информации. Материалы Межд. НТК,- Уфа, 2001. С. 253.

12. Леонов В.М., Сухинец Ж.А., Ибрагимов А.С. Обоснование технологических решений организации цифровых подключений абонентов// Интеллектуальные системы управления и обработки информации. Материалы Межд. НТК.-Уфа, 2001.-С. 256.

13. Корн Г. и Корн Т. Справочник по математике. Пер. с англ. М.: Наука, 1978.-592 с.

14. Кольцов А.А., Гулин А.И. Анализ неоднородных цепных схем, составленных из трехполюсников//Электричество. 1976. №2. С. 90-91.

15. Кольцов А.А., Гулин А.И. Коэффициенты преобразования цепных трехполюсных структур // Изв. Вузов СССР «Приборостроение», 1975, № 9. С. 31-34.

16. Воробьев Н.Н Числа Фибоначчи. М.: Наука. 1984. 144 с.

17. Кольцов А.А. Электрические схемы уравновешивания. М.: Энергия, 1976.-272 с.

18. Кошкин Ю.Д., Логинов В.Г. Об измерении чувствительности в лестничных цепях // Автометрия. 1981. №2. С. 104 106.

19. Радиоприемные устройства/ Под ред. Н.Н.Фомина М.: Радио связь. 2003.- 515 с.

20. Сухинец Ж.А., Филимонов А.И., Мударисов Д.Ф. Анализ проводных линий связи с использованием функций преобразования // В кн.: Проблемытехники и технологии телекоммуникаций. Материалы 5 Межд. НТК.- Уфа, 2004.-С. 52-54.

21. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. Ч. 1. Линейные электрические цепи. М.: Энергия. 1982. 592 с.

22. Бессонов А.А. Теоретические основы электротехники. М.: Гардарики. 2002.-638 с.

23. Гулин А.И. Сравнение трудоемкости и эффективности различных методов анализа цепных трехполюсных структур // Применение метода коэффициентов преобразования для анализа и синтеза электрических электроизмерительных цепей. Уфа. 1974. С. 54 56.

24. Сухинец Ж.А., Мударисов Д.Ф., Гулин А.И. Исследование и проектирование ЦАП с использованием функций преобразования // В кн.: Проблемы техники и технологии телекоммуникаций. Материалы 3 Межд. НТК.- Уфа, 2002.-С. 122- 123.

25. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи информации / Под ред. В.Б. Смолова.-JI.: Энергия. 1976.-336 с

26. Веников В.А., Веников Г.В. Теория подобия и моделирования применительно к задачам электроэнергетики. М.: Высшая школа. 1984. 439 с.

27. Асеев Б.П. Фазовые соотношения в радиотехнике. М.: Связьиз-дат.1959.

28. Сухинец Ж.А., Мударисов Д.Ф., Хаников И.Р. Проектирование расчет интегральных RC-структур // В кн.: XXIX Гагаринские чтения. Материалы Межд. Молодежной НТК. Москва, 2002. - Т. 6., С. 17-18.

29. Суханов О.А. Кибернетические модели электрических систем. М.: Энергоиздат. 1982.-227 с.

30. Берман Л.С. Введение в физику варикапов. Л.: Наука. 1986. 247 с.

31. Плаксиенко B.C. Устройства приема и обработки сигналов. Таганрог.: Изд-воТРТУ. 1999. 108 с.

32. Новицкий П.В., Кнорринг В.Г., Гутников B.C. Цифровые приборы с частотными датчиками. J1.: Энергия. 1970.

33. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. JI.: Энергоатомиздат. 1988.-304 с.

34. Барсуков Ф.И., Русанов Ю.Б. Элементы и устройства радиотелеметрических систем. М.: Энергия. 1983.

35. Бондаренко В.Г. /?С-генераторы синусоидальных колебаний. М.: Связь. 1988.

36. Гулин А.И., Сухинец Ж.А., Мударисов Д.Ф., Хаников И.Р. Расчет частоты квазирезонанса и коэффициента передачи многозвенных RC-структур // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ№ 200361 1 147/ 16.05.2003. Роспатент. Москва. 2003.

37. Яковлев В.Н. Генераторы с многопетлевой обратной связью. М.: Связь. 1993.

38. Жилинскас Р.-П.П. Измерители отношения и их применение в радиоизмерительной технике М.: Радио и связь. 1985.

39. Гиллемин Э.А. Синтез пассивных цепей. Пер. с англ. М.: Связь. 1989.

40. Карни Ш. Теория цепей. Анализ и синтез. Пер. с англ. М.: Связь. 1983.

41. Синтез активных ЯС-цепей. Современное состояние и проблемы. Под ред. Ланнэ. М.: Связь. 1985.

42. Protonotarios Emnauel N. Optimal transfer function Synthesis of RC ladder. Lumped and distributed // Int. Symp. Circuit Theory. Toronto. New York. 1993. Vol. №4. P. 326 329.

43. Борухман B.A., Кудрявцев А.А., Кузнецов А.П. Устройства для определения мест повреждения на воздушных линиях электропередачи. М.: Энергия. 1983.

44. Бахмутский В.Ф., Зуенко Г.И. Индукционные кабелеискатели. М.: Связь. 1980.- 114 с.

45. Шалыт Г.М. Определение места повреждения линий электропередачи импульсными методами. М.: Энергия. 1978.

46. Соловьев Н.Н. Измерительная техника в проводной связи. 4.2. Измерение напряжения и сопротивления (проводимости). М.: Связь. 1979.-342 с.

47. Соловьев Н.Н. Измерительная техника в проводной связи. 4.4. Измерение параметров линий, каналов и трактов. М.: Связь. 1984 356 с.

48. Мишина А.П., Проскуряков И.В. Высшая алгебра. Под ред. П.К. Ра-щевского. М.: Наука. 1962. 300 с.

49. Чезаро Э. Элементарный учебник алгебраического анализа и исчисления бесконечно малых. М.: ОНТИ. 1936.

50. Гулин А.И., Мударисов Д.Ф., Сухинец Ж.А. Расчет параметров преобразователей цепной структуры // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2002610748/ 22.05.2002. Роспатент. Москва. 2002.

51. Гулин А.И., Мударисов Д.Ф., Сухинец Ж.А. Программа расчета преобразователей цепной структуры. Per. № 50200200246. Информационный бюллетень ВНТИЦ, Алгоритмы и программы, № 2, 2003. РТО 11 с. ISSN 03200884.

52. Машинные методы расчета и проектирования систем электросвязи и управления./А.Н.Дмитриев, Н.Д.Егунов и др. М.: Радио и связь. 1990. - 271 с.

53. Сухинец Ж.А., Султанов P.P. Преобразователь кода HDB3 в код 2B1Q // В кн.: XXVIII Гагаринские чтения. Материалы Межд. Молодежной НТК. -Москва, 2002.-С. 110-111.

54. Каганов З.Г. Цепные дроби в электротехнике. СО АН СССР. Новосибирск: Наука. 1966.

55. Сухинец Ж.А. Математическое моделирование длинных линий с использованием функций преобразования // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Материалы Девятой Междунар. НТК Студентов и аспирантов. Т. 1 .М.: Издательство МЭИ, 2003.- С. 274.

56. Греднев И.И., Верник С.И. Линии связи. М.: Радио и связь, 1995.

57. Петров Р.В., Хаитов P.M., Пинегин Б.В. и др. Оценка иммунного статуса человека при массовых обследованиях. Методические рекомендации. -М.: Медицина. 1989.

58. Анализатор иммуноферментный фотоэлектрический АИФ-Ц-01С. Инструкция по эксплуатации. 2Т2. 853.039. ИЭ. С.-Петербург, 1990. 64 с.

59. Сухинец Ж.А., Гулин А.И., Габбасов Ш.Ф. Опыт создания системы мониторинга населения на базе электронной почты // В кн.: Проблемы техники и технологии телекоммуникаций. Материалы 4 Межд. НТК,- Уфа, 2003.- С. 192193.

60. Гулин А.И., Мустафин Х.М., Сухинец Ж.А. Стратегия построения телекоммуникационной системы для медицины на базе сотовой связи // В кн.: Проблемы техники и технологии телекоммуникаций. Материалы 4 Межд. НТК.- Уфа, 2002.- С. 190-191.

61. Мустафин Х.М., Мударисов Д.Ф., Сухинец Ж.А. Практический опыт применения телемедицинских технологий в Республике Башкортостан // В кн.: Проблемы техники и технологии телекоммуникаций. Материалы V Межд. НТК.- Самара: Аэропринт. 2004.- С. 112 -113.

62. Мустафин Х.М., Сухинец Ж.А. и др. Рекомендации использования разнообразных видов линий связи в различных областях телемедицины. Материалы V Межд. НТК.- Самара: Аэропринт. 2004.- С. 113 -116.

63. Гулин А.И., Султанов P.P., Сухинец Ж.А. Обеспечение мобильности и качества образования в области телекоммуникаций // VIII Междунар. науч.-метод. конф. вузов и факультетов телекоммуникаций. Труды конференции. -М.:МТУСИ, 2004-С. 35-38.

64. Павлишин М.В., Иванов А.Н., Павловский А.С., Гриненко И.Н. В Интернет по электропроводу. Технология PLC для решения проблемы «последней мили»// Технология и средства связи. 2001. С. 52-58.

65. Стрелков В.М., Васильев В.А. Решение задач абонентского доступа в традиционных сетях связи // Вестник связи. 2004, № 6.

66. Рахимов P.P., Гулин А.И., Сухинец Ж.А. и др. Аппаратура цифрового уплотнения для АЦС (Блок CJI-10) // В кн.: Проблемы техники и технологии телекоммуникаций. Материалы 4 Межд. НТК.- Уфа, 2003.- С. 157-158.

67. Рахимов P.P. Сухинец Ж.А., Гулин А.И. и др. // АЦС-52/64 Аппаратура цифровая сельская (Концентратор на 32/64 абонента) // Материалы 4 Межд. НТК.- Уфа, 2003.- С. 159-161.

68. Рахимов P.P., Гулин А.И., Сухинец Ж.А., и др. Блок мультиплексо-ра/демультиплексора стыка 512 Кбит/с Е1 //В кн.: Проблемы техники и технологии телекоммуникаций. Материалы 4 Межд. НТК.- Уфа, 2003.- С. 162-163.

69. Рахимов P.P., Гулин А.И., Сухинец Ж.А. и др. О проблемах разработки низкоскоростного регенератора // В кн.: Проблемы техники и технологии телекоммуникаций. Материалы 4 Межд. НТК.- Уфа, 2003.- С. 163-164.

70. Филимонов А.И., Сухинец Ж.А., Гулин А.И. Интерактивные сети КТВ. Стандарты, технологии, оборудование // Технология и средства связи. Отраслевой каталог. 2004. С. 164-172.

71. Системы абонентского доступа // Технология и средства связи. Специальный выпуск. 2005.- 154 с.

72. Глухова И. Сети КТВ претендуют на мировое господство // Стандарт. 2003. №5.

73. Высоцкий Г. Кабельным операторам о кабельных модемах // www .satpro.ru

74. Кобринский Б.А. Телемедицина в системе практического здравоохранения. М.: МЦФЭР, 2002. 176 с.

75. Орлов О.И. Телемедицина в системе организации здравоохранения. (Серия «Практическая телемедицина» под ред. академика А.И. Григорьева. Выпуск 3) М.: ООО Фирма «Слово», 2002. - 40 с.

76. BSRIA: «Экранированные витые пары рано сбрасывать со счетов» // Технология и средства связи. 2001. № 4,- С. 66 67.