автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Мостовые цепи с уравновешением регулируемыми резисторами в устройствах сбора и первичной обработки информации для систем управления

ртб оа

9 ь 1ДДР ¡Ш&ш ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

РОМАНЧЕНКО Александр Семенович

МОСТОВЬЕ ЦЕПИ С УРАВНОВЕШИВАНИЕМ РЕГУЛИРУЕМЫМИ РЕЗИСТОРА}® В УСТРОЙСТВАХ СБОРА И ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Специальность 05.13.05 - Элементы и устройства, вычислительной техники и систем управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Курск - 1553

Работа выполнена в Курском государственном техническом. университете, на кафедре электротехники и электроники.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Передельский Г. К.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, с.н.с.

Сизов A.C.;

кандидат технических наук, доцент Лопин В.Н.

Ведуцая организация: ГосНИИ "Электроагрегат". '

Заетта диссертации состоится "19Э6 г. в ^ часов на заседании диссертационного совета Л 064.50.02 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Курском государственном техническом университете ( 305040, Курск, ул. 50 лет Октября. 94 ).

С диссертацией моенс ознакомиться в библиотеке университета. ' Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба направлять по адресу: 305040. г.Курск, ул. 50 лет Октября. 94. ученому секретера диссертационного совета Д 064.50.02.

Автореферат разослан " /У" <я 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических' наук, доцент ß ^ В.М.Довгаль

..' 5

■ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Составной частью современных систем управ -• ления являются устройства сбора и первичной обработки информации : параметрах контролируемого объекта. Эти устройства во многом определяют качественные показатели системы в целом. Данные о физических и химических йвойствах объекта получаЬт или за счет применения датчиков, или при непосредственном воздействии на него электрических сигналов. В обоих случаях используется представленип датчиков и объектов в виде схемы замещения, параметры которой несут информацию об их характеристиках. Как правило, такая схема представляется в виде линейного пассивного многоэлементного двухполюсника.

Длл определения параметров объектов создано немало приборов, использующих известнее методы. Широкое распространение получили устройства первичной обработки информации на основе мостовых цепей ( МЦ ), в состав которых включают контролируемые объекты или параметрические преобразователи. Это связано с тем, что с помощью МЦ непосредственно находят параметры элементов электрических цепей, а, также многие физические неэлектрические величины. На широту диапазона распространения мостовых цепей влияет то. что они позволяют определять и контролировать многочисленные показатели технологических процессов, свойств сырья, готовой продукции и т.д.

Перспективной основой устройств сбора и первичной обработки информации для систем управления являются мостовые цепи с импульсным питанием. Они имеют наряду с такими известными полонительными свойствами, как высокая чувствительность, возможность эффективно подавлять помехи, малая пс гребляемая мощность и др ,такие раздел- -ное уравновешивание только переменными резисторами. Применение последних в качестве регулируемых элементов оправдано тем. что у них по сравнению с конденсаторами и индуктивными катушками меньше габаритные размеры и вес. больше диапазон изменения основного параметра, проще задать нуиныЯ закон его регулирования. С другой стороны раздельное ур*вксзешивание упрощает и ускоряет процесс определения и контроля параметров многоэлементного двухполюсника (МЛ).

Среди МЦ с птганием импульсам;* сложной формы до недавнего времени было известно ограниченное число схем с раздельным уравновешиванием только регулируемыми резисторами, которые не охватывают :-;се возмонныз варианта построения мостовых цепей для определения двух и трех параметров ЦД. Поэтому представляется актуальной и перспективной задача продолжения исследований в этой

области для создания устройств первичной обработки информации о параметрах любых реальных трехэлементных двухполюсников.

Цель работы заключается в исследовании и дальнейшем развитии способа определения параметров многоэлементных двухполюсников с использованием мостовых цепей, питающихся импульсами с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, а также в создании устройств сбора и первичной обработки информации для систем управления на основе мостовых цепей.

В соответствии с этим в диссертационной работе ставятся следующие задачи:

- построение математической модели мостовых цепей, питающихся импульсами с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций;

- разработка мостовых цепей с раздельным уравновешиванием только регулируемыми резисторами для определения параметров объектов. представляемых в виде реальных двухполюсников с трехэлементной схемой замещения. содерхащеГ как однородные, так и разнородные реактивные элементы;

- анализ новых мостовых цепей такого типа для нахождения, значения сопротивления трех реэистивных датчиков, включаемых в одну МЛ;

« - формирование базы данных по мостовым цепям с трехэлементной схемой замещения объекта и раздельным уравновешиванием только регулируемыми резисторами;

- создание методики нахождения чувствительности по определяемым и уравновешивающим параметрам исследуемых мостовых цепей с питанием импульсами сложной Формы.

Методы исследования базируются на аппарате математического анализа, методе переданных состояния, и операторном методе (преобразовании Лапласа). Для анализа чувствительности мостовых цепей применялся также аппарат высией алгебры.

Научная новизна. Впервые разработана и исследована группа МЦ с импульсным питанием и раздельным уравновешиванием только регулируемыми резистора.«! для нахождения параметров объектов с разнородными реактивными элементами в трехэлементной схеме.замещения.

Существенно дополнены новыми•исследованиями мостовые цепи для определения параметров двухполюсников с однородными реактивными элементами, а также для нахождения значения сопротивления двух или трех резистивных датчиков в составе одной КЦ.' При этом сохранено раздельное уравновешивание только регулируемыми резисторами наряду

с другими 'известными положительными свойствами. Питание всех таких мостовых цепей осуществляется импульсами с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций.

Выявлено новое свойство математических выражений определенней структуры на основе корней уравнений, позволяющее определять их только через свободный член и коэффициенты уравнений.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, ' что сформирована база данных по всем мостовым цепям, раздельно уравновешиваемым только регулируемыми резисторами, с двух и трехэлементной схемами замещения объектов. Эта база данных позволяет по эквивалентной схеме объекта определять структуру мостовой цепи. алгоритм ее уравновешивания и формулы для нахождения значений искомых параметров. Общее число МЦ. вошедших в эту базу данных, составляет свыше ста вариантов.

Кроме того., создана методика определения чувствительносги МЦ. питающихся импульсами сложной Форш, использующая выявленное свойство выражений определенной структуры на основе корней уравнений.

Разработаны схемотехнические решения мостовых цепей рассматри-. ваемого типа и специализированное устройство первичной обработки информации на оснозе МЦ с импульсным питанием.

На защиту выносятся слел'лсше положения:

- математическая модель мостовых цепей, питающихся импульсами с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций:

- схемотехнические решения мостовых цепей такого типа с раздельным уравновешиванием только регулируемыми резисторами для оп-ред ления как параметров реальных двухполюсников с трехэлементно., схемой замещения. ~ак и для нахождения значения сопротивления двух и трех резистионнх датчиков, вклиненных в одну МЦ:

- методик^ определения чувствительности данных мостов«« цепей;

- специализированное устройство первичной обработки информации на основе МЦ с импульсным питанием.

, мпообания работы. Результаты работа накладывались и обсуждались на I и- II международных конференциях "Актуальные .проблем:-, электронного приборостроения" (Новосибирск. 1392 и 1594 гг.). конференции с кегдународкыч участием "Радиотехнические системы (навигации, связи),, средства измерений и нов^з информационные технологии" (Краппс.чрск, 1992 г.). I и II мезданарода'", конференциях "Оп-ыко-эдектронныз приборы н устройстза з системах распознавания образов. обработка изображения и екзолдне? шфориации" (Курск. 1393

е

и 1995 гг.). Юбилейной конференции ученых Курского политехнического института (Курск, 1994 г.), международной конференции "Информатика и проблемы телекоммуникаций" (Новосибирск, 1995г.), 7 Всероссийской конференции "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (Крым. 1995 г.).

Работа выполнена в рамках единого заказ-наряда Госкомвуза Российской Федерации ( ГР 0192.0012282 ) по теме "Разработка и исследование устройств.контроля, измерения и автоматизации с комплексом положительных свойств на основе мостовых цепей, питающихся импульсами сложной Формы".

Внедрение работы. Результаты диссертационной работы нашли при-йенение в созданном устройстве для контроля уровня сыпучих веществ. внедренном в АООТ "Курскхимволокно", внедрены в учебный процесс и используются при выполнении' госбюджетных НИР в Курском государственном техническом университете. Разработан, изготовлен и внедрен лабораторный стенд для определения параметров трехэлементных двухполюсников.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ и получено авторск.з свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и прилонений, изложена на 120 страницах основного текста, содержит 36 рисунков, . 17 таблиц, а

такке библиографический список из 115 наименований. <

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, показано, что при построении устройств сбора и первичной обработки информации (УСПОИ) для систем управления нередко прихолится реиать известную задачу определения параметров МД, в виде которых представляются датчики и контролируемые объекты. При этом распространение получили УСПОИ, использующие мостозой метод. Приведены особенности и область применения ЫЦ и устройств на их основе, отмечены известные достоинства мостовых цепей с импульсным питанием. Сформулированы цель, задачи и основные научные положения «следований. ' В первой главе показано, что.при построении УСПОИ для систем управления на основе МЦ целесообразно использовать для их уравновешивания только регулируемые резисторы. Предпочтение последним (по сравнению с конденсаторами переменной емкости и индуктивными катушками с изменяемой индуктивностью) следует отдавать по нес-

кольким причинам. Изготовление регулируемых резисторов является более технологичным, простым и недорогим. Электростатические и электромагнитные-поля, атмосферные условия меньше оказывают на них влияние. На преимущества применения резисторов в качестве уравновешивающих элементов неоднократно указывали специалисты в области ростовых измерений К. Б. Карандеев, В.Ю.Кнеллер и др.

В системах управления роль регулирующий элементов нередко выполняют фоторезисторы, полевые транзисторы и др. аналога резисторов. За счет их включения в МЦ осуществляется процесс приведения цепи -в состояние равновесия бесконтактным способом, используя электронные ключи и управляющее напряжение. Это язляется весьма удобным при автоматизации процесса определения параметров объекта. Все вкие перечисленное говорит в пользу использования резисторов или их аналогов в качестве уравновешивающих элементов.

Задача определения параметров МД (ПМД)" вначале возникла как задача нахождения составляющих комплексного сопротивления. Она остается актуальной и перспективной и сейчас. Действительно, во многих случаях представление объектов и датчиков в виде МД позволяет выявить их структуру и определить неизвестные параметры и характеристики. Это используется в различных областях науки и техники при построении устройств и систем управления. В данной главе рассмотрены примеры типичных трехэлементных схем замещения объектов.

Также приведены результаты анализа существующих МЦ. используемых при постюении систем управления и устройств для определения параметров контролируемых объектов. При этом удалось найти отдельные примеры схем с непрерывным питающим напряжением, для которых решена задача получения раздельного уравновешивания только регулируемыми резисторами. Данные схемы предназначены для определения не более двух параметров, что является недостатком устройств на основе МЦ такого тчпа.

Наряду с мостовыми цепями синусоидального напряжения в УСПСИ применяются МЦ с импульсным питанием. Некоторые из них лредставля-вг. собой частные ре;_анил ранее поставленной задачи. Питание их последовательностями импульсных'сигналов с изменением напряжения з импульсах по закону степенных функций ранее 'Позволило получить группу ' (Щ для нахождения двух и трех параметров двухполюсников с однородными' реактивными элементами при раздельном уравновешивании только регулируемыми резистора;« и сохранении других известных положительных свойств. Зто язляется ценным при.использовании мостовых цепей данного типа в системах управления и устройствах для оп-

d5

ределения и контроля ПМД. Между тем число таких МЦ ограничено, а схемы для нахождения параметров объектов, представляемых трехэлементной двухполюсной схемой замещения с разнородными реактивными элементами, практически не исследованы. Поэтому с целью решения доставленных в диссертации задач был выбран путь использования для питания мостовых цепей последовательностей импульсных сигналов с изменением напряжения в течение импульсов по закону степенных функций.

Вторая глава посвящена построению МЦ с импульсным питанием и раздельным зависимым уравновешиванием только регулируемыми резисторами. При этом существует определенная трудность рационального выбора параметров мостовых цепей. Поэтому целесообразно проводить исследования характеристик МЦ с помощью математического моделирования динамических и установившихся режимов. С этой целью была получена с помощью аппарата переменных состояния в базисе разрывных функций при общепринятых допущениях математическая модель МЦ с импульсным питанием в виде системы линейных дифференциальных уравнений с постоянным'! коэффициентами

dX/dt-A*X+B*fT(t). (1)

где компоненты вектора X-(Xj.хг.....хп)' являются токами индуктивных катушек и напряжениями на конденсаторах (знак "штрих" означает операцию транспонирования); . п - порядок системы; А - квадратная матрица размера пхп. определяемая топологией цепи и параметрами ее элементов; В - одностолбцовая матрица входных воздействий, определяющая их вклад в баланс токов и напряжений; fT<t) - разрывная функция с единичкой амплитудой для данного закона изменения питающего напряжения вида

fт (t)ett/T—Ej (t/T)]k{l+Sign[Z-t/T+Ei (t/T)])/{2«ZK). (2)

где T - период следования импульсов; E,(t/T) - целая функция; k«0.1.2.... - показатель степени питающих импульсов; slgn(») -сигнум-функция; Z - величина, определяющая относительную длительность импульсов (0<Z<1). •

Для системы уравнений (1) были получены в общем виде решение уравнений состояния и периодическое решение для каждого вида питающих напряжений, позволяющие формализовать как этап реализации моделей на ЭВМ. так и этап исследований МЦ и устройств на их основе.

t , Кроме того, рассмотрены разработанные мостовые цепи с' раздельным зависимым уравновешиванием только регулируемыми резисторами для определения ПМД. Всего получено 79 МЦ. питающихся импульсами с изменением напряжения во время их длительности по закону степенных функций. В их числе 8 МЦ для определения двух разнотипных параметров, 7 МЦ для нахондения двух активных сопротивлений. 16 МЦ для определения трех параметров МД с однородными реактизныш элементами. 16 МЦ для нахождения ПМД с разнородными реактивны!® элементами в трехэлементной схеме замещения и 32 МЦ для определения трех активных сопротивлений в составе одной схемы.

Во всех построенных мостовых цепях реализован известный способ раздельного зависимого уравновешивания, заключающийся в следующем: напряжение на выходе МЦ в течение длительности первого интервала времени зависит от первого условия равновесия и первого уравновешивающего параметра {в нашем случае - активного сопротивления). На втором интервале времени оно зависит от первого.и второго условий равновесия и 'от первого и зторого регулируемых параметров, на третьем интервале времени - от первых трех услозий равновесия и. значения первых трех регулируемых параметров и т.д. При последовательном выполнении на предыдущих интерзала:! времени первого, второго и т.д. условий равновесия при каждом очередном уравновешивании напряжение на выходе МЦ зависит только от одного условия равновесия и мокно воспользоваться одним регулируемым резистором, т.к. предыдущие уже задействованы.

» В операторной форме, как известно, изображение напряжения неравновесия во время действия питающего импул' са с амплитудой и1п и длительностью Ь., в обобщенном виде описывается выражением

и2(р)«и1(р)*Р(р)/Г(р), ' (3)

где и,(р) - нзобрааение в операторной форма гогавдего напряжения .

(р)-К(*и1ш /<ц*р*Ф1>: , (41

г(р) и Г Ср) - числитель и знаменатель переходной Функции поста в операторной фору.е; р - оператор. •

« Чьслитвлк Р(р) представляет собой су!«|у-слаг22!5ах • /

ю

q,-A,B8+ABB3. Ч2=А,В4+А2В5+А3В6.,... qn=]TAtB, + 2 +: .. 1. (6)

i«i

а5 - для уравновешивающихся мостов разность,некоторых величин; В,,Вг— - коэффициенты, принимающие значения или 0, или 1, или имеющие вид многочлена; п=1.2,3.

При текущем 1-ом уравновешивании (1=1.2,3____) 1-ым условием

равновесия является равенство

= 0. (7)

' Знаменатель f(p) представляет собой произведение полиномов

s »

Г(р) = (а0+2~а1р1)(Ь0+21ь1р1). (8)

1=1 i=i

где а0. Ь0. aj, bj - многочлены; s.h - целые числа (s+h=n).

Оригинал напряжения неравновесия в обобщенном виде представляет собой следующее выражение

K!. t,t„ tH F(0) n F(Pl)

"2=^1!»—" //•••{/[ -- exp(pit)]dt}...dt. (9)

t/v" 0 v fСО) ^ Pif'tPi)

k

где F(0), f (0) - значения многочленов (5). (Б) при р=0;, ps - корни Многочлена (8); f'(Pi) - значение первой производной многочлена (S) при p=pj.

При к=0 (прямоугольный питающий -импульс) напряжение иг в соответствии с выражениями (3) и (5) будет зависеть только от A¡ и не зависит от А2. А3,... в течение некоторого интервала времени. Следовательно, регулируя первый уравновешивающий резистор, добиваемся равенства нулю плоской вершины' импульса напряжения неравновесия после окончания переходного процесса. При этом выполняется условие равновесия (7) при 1=1 - первое условие равновесия.

При k=l (импульс линейно-изменяющегося напряжения) из выражений (3) и (5) видно, что напряжение и2 зависит от А, и А2 и не зависит от А3,А4,...в течение некоторого интервала времени. Если первое Условие равновесия выполнено ранее, приводим вторым регулирующим резистором к нулю плоскую вершину импульса напряжения на выходе Щ после окончания переходного процесса. При этом добиваемся выполнения условия равновесия (7) при 1=2 - второго условия равновесия, кз которого определяется второй искомый параметр. Если рассматривать цепь, в которой требуется определить третий параметр, то необходимо использовать еще питающие ишульсы квадратичной Форш. Во

зремя действия каждого из них после окончания переходного процесса напряжение неравновесия зависит от трех первых условий равновесия (7) , т.е. от значения всех трех регулируемых резисторов. При выполнении первых двух условий равновесия добиваемся равенства (7) . при 1=3 только одним (третьим) уравновешивающим резистором.

К началу 90-х годов была создана группа из 16 МЦ с раздельным уравновешиванием регулируемыми резисторами только для двухполюсников с однородными реактивными элементами в трехэлементной схеме | замещения. В данной работе предложены- еще две базовых лепи для построения аналогичных мостов. На их основе получено 16 МЦ. также описываемых выражениями (3)-(8) при з=Ь=1. Ланные МЦ уравновешиваются в три этапа при последовательном питании их импульсами напряжения прямоугольной, линейно-изменяющейся и квадратичной формы. Искомые параметры находятся.из условий равновесия (7).

Если к&адая из известных или полученных базовых цепей монет быть объединена с ветвью, содержащей любой из 8 реальных трехэлементных двухполюсников с однородными реактивными элементами, то для 8 трехэлементных МД с разнородными реактивными элементами- не удалось получить одну универсальную цепь с уравновешивающими резисторами. Поэтому для таких двухполюсников предлонено 6 базовых цепей, представленных на рис.1. На их основе построено 16 МЦ. Как и ранее, требуются импульсы питающего напряжения прямоугольной, линейно-изменяющейся и.квадратичной формы для 8 МЦ, получаемых на базе цепей йЗ.б, КЗ.9 (рис.1).Для четырех МЦ на основе цепей^3.8, ЯЗ. 11 такие необходимы.три уравновешивания, но при питании их импульсами напряжения прямоугольной, линейно-изменяющейся и кубичной формы, так как для них выражение (5) имеет вид

Р(р)-А,В, +р(А,Вг+АгЗз)+рг(А,В4+А2В5+А3Вв) +

+р3(А1В7+АгВз+А3Вд+А1В10)+р4В1+р502. . (10)

где В,,В2- коэффициенты в виде многочлена, определяющие величину экспоненциальных выбросов, в выходном напряжении МЦ после всех необходимых этапов уравновешивания.

В выражении (10) 9Й«=ВЭ=0 при любых параметрах цепи. т.е. после выполнения первых двух условий равновесия (7) коэффициент, при рг равен нулю, что означает пропуск импульсов квадратичной формы. Такое же выражение для Р(р) имеет место для четырех МЦ на основе цепей ЕЗ.7, КЗ.10. но для них процесс уравновешивания и определения ПМД возможен при использовании импульсов питающего напряжения че-

R3.6

Ь0

а

и,

Q

R5

LI R2 I

ч—ь-Ц—

0

R5.8

6

Rift

ci Ф p.

Li

__и

f—îp"

R2 ] R5

R

R3.10

U*

n

RI

Ci R5

L

■П*

Я5 J' •

R5.7

Ri

CÍ

и.

0

и

R 2 -CZI-

R3

D

k4 /?5

"D

/?з.д

Ci

RI

R 2

Я

R3

T

D

u

ш/

ci

FrsQ

0

С

I» «u

Hi-

Rà

n

Ц

Fuc.i. B3303US цэпз гда Щ о ^-аорада^: оггыэвгаш ». кэатрсгздгегйсг cSscisr&4

о

-A3-

тырех видов. Это связано с тем,' что второе условие равновесия при • импульсах линейно-изменяющейся формы является обязательным, но не • позволяющим найти второй искомый параметр. Его можно определить из третьего условия равновесия (7).

Мосты на базе цепей рис.1 относятся к квазиуравновешенным. В качестве примера на рис.2 показана МЦ R3.9-3.ю, для которой условия равновесия имеют вид

A,=rR-r,R,. A2=RR2rr,c,-l1R2R3-r1lj(R+R2+R3), A3=rc,RR2* *(ljR,+r,L,)-ljL, (R2R3+RRj +R,R3+RjR2)~riL,CjRjR2 (R+R3) (11)

Все приведенные в предлагаемом исследовании базовые цепи служат основой при построении специфических МЦ. предназначенных для определения значения сопротивления, включенных в их состав двух и трех резистивных датчиков. Для этого однотипные базовые цепи объединены сами с собой и друг о другом. Условием такого объединения служит то, что все полученные на их основе МЦ списываются в обобщенном виде выражениями одинаковой структуры, этот факт поезолил соединить базовые цепи рис.1 сами с собой. Кроме того, получены МЦ за счет объединения следующих пар: R3.6 и R3.9, R3.7 и R3.10. R3.8 и R3.11. Описанные МЦ ko:khq использовать в составе УСПОИ для систем управления.

Выражения обобщенных величин для полученных МЦ сведены з соответствующие таблицы, которые'явились основой создания базы данных для мостовых цепей с раздельным уравновешиванием только регулируемыми резисторами и питанием импульсами слозной формы. Общее коли- • чество мц с учетом ранее известных составляет 109 схем. Зто значительное число вариантов мостовых цепей является представительным набором для Есех практически ванных случаев их использования.

В третьей главе приведены структурные схемы УСПОИ для систем управления на базе разработанных МЦ. При этом показано, что для их реализации мокко взять за оскогу обобщенную схему, изображенную на рис.3 и позволяющую создавать многие мостовые устройства. В ее состав входят; ГСП - генератор синхроимпульсов. 01-<М - Формирователи импульсов соответственно прямоугольной, линейно-изменяющейся, квадратичной и кубичной Формы. К - коммутатор. УМ - усилитель мощности. МЦ - мостовая" цепь. СК - согласующий каскад. УН - усилитель напряжения. 33 - элемент задержки. ДР - детектор равновесия. Ш -индикаторный каскад. Наличие единой схемы для различных МЦ монет служить доказательством преимущества разработанных мостовых цепей

Рис 2. Мостовая цепь R3.9-3.10

Рио.З. Структурная схека устройства первичной обработки информации на сснозэ МЦ о шпуль сныа питанием

лереД мостами синусоидального тока. Действительно, последние при изменении схемы замещения исследуемого объекта нередко нуждаются в изменении тракта обработки сигналов с МЦ. Кроме того, достижение такого ¡важного свойства, как раздельное уравновешивание, требует значительного усложнения всего устройства. Для ЙЦ с питанием импульсами сложной формы схема на рис.3 остается неизменной для любого двух и трехэлементного двухполюсника.

Мостовые устройства с импульсным питанием обладают таким полезным свойством, как малое потребление электроэнергии. Это позволяет им работать в облегченном температурном режиме. Полезная информация формируется в течение длительности питающих импульсов. В предлагаемом исследовании рассматривается УСПОИ на основе разработанных МЦ, в котором большинство каскадов отключается от источника питания во время пауз между-импульсами. При этом экономится электроэнергия и повышается срок службы отдельных узлов и всего устройства в целом, причем тем больше, чем выше скважность импульсов.

Как известно, абсолютная чувствительность МЦ по напряжению для определяемого или уравновешивающего параметра Z3 находится по формуле

- S3 = du2 /dZ3 , . (12)

где u2 описывается выражением (9) для конкретного значения к.

Если к>0, то после проведения в (8) интегрирования в получаемых выражениях при делении каждого слагаемого числителя на знаменатель появляется ряд- сумм вида

¿[p.'f'íPt)]"1 " (13)

i«i

где v=l, 2.....к.

«Если f(p) представить в виде алгебраического уравнения

f(p)=d0+d1p+d2pz+...+dnpn=0. ( (14)

то для вычисления сумм вида (13) требуется найти корни этого уравнения, что при высоких степенях весьма 'затруднительно. Следовательно становится весьма сложным процесс определения чувствительности при питающих импульсах линейно-изменяющейся, квадратичной и т.д. форм. Было установлено, что суммы вида (13) мояно определить через коэффициенты уравнения (14). Например, при v=l,2.3 суммы (13) будут описываться следующими формулами:

-

¿[Pif'íPiJr.'-cV1. ¿[р^Гф^-Мо-Ч ,

1»! l-l

XI[pt3f'(p,)]'1«-d0"3(d,z-d0d2).

t»i

Тогда сумйы вида (13) мокно определить, не решая уравнения (14), что позволяет уменьшить объем вычислений. Воспользовавшись о тим новы;.! свойством алгебраических выражений определенной структуры, можно упростить процесс нахождения чувствительности для МЦ с питанием импульсами сложной формы. Для этого на основании формул (9).(12).(15) при выполнении предыдущих условий равновесия для 1-го уравновешивания получено обобщенное выражение вида

S3=d((Uirokí/tHk)*(AiB)+2+...»i)/(a0b0)]/dZ3 . "(16)

Из выражения (16) видно, чтс для нахождения чувствительности .не требуется вычислять корни многочлена (8). а достаточно знать толы.э его свободный член а0Ь„.Тем самым, уменьшается объем вычисления. На основании выражения (16) в данном исследовании предложена методика определения чувствительности МЦ с ..мпульным питанием. , . В третьей главе также рассматриваются устройства, разработанные на основании полученных результатов и внедренные при непосредственном участии автора. Было выполнено устройство контроля уровня гранулята для системы управления перемещением и сушкой.лавсановой кроаки. внедренное в АООТ ."Кур^кхимволокно". В нем во гзре-мя паузы между питающими импульсами выход Mí! "закорачивается", что не позволяет накапливаться электрическим зарядам. 3 итоге, устройство оказалось устойчивым к статическому электричеству. Результаты исследований таш, внедрены в учебный' процесс.

В приложениях приведены: листинг программы для работы с созданной базой -панных, резуль: ггы машинного моделирования, форму "У определения чурствительностей получен"ых МЦ, оценка погрешности вазработанного лабораторного макета с численным примером, акты внедрения результатов научных исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Показано, что в качестве основы устройств сбора и первичной обработки информации для систем управления предпочтительнее приме-

-п-

нять мостовые цепи с питанием импульсами с изменением напряжения по. закону степенных функций, т.к. в них можно реализовать комплекс положительных свойств, в первую очередь раздельное уравновешивание с использованием только регулируемых резисторов.

2. Построена математическая модель мостовых цепей с импульсным питанием, позволившая выполнить моделирование на ЭВМ известных и разработанных МЦ.

3. Получено дополнительно к известным ранее и проанализировано большое число МЦ для определения параметров двух и трехэлементных двухполюсников с однородными реактивными элементами. Все эти МЦ питаются импульсами с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций и обладают свойством раздельного зависимого уравновешивания только регулируемыми резисторами.

4. Впервые разработана и исследована группа из 16 мостовых цепей с такими же свойствами для нахождения параметров трехэлементных двухполюсников с любой реальной схемой замещения, содержащей разнородные реактивные элементы. Кроме того, существенно дополнены ковш® исследованиями мостовые цепи с импульсным питанием для определения значения сопротивления двух и трех резистивных датчиков, входящих в одну МЦ.

5. Создана база данных по всем мостовым цепям с питанием импульсами с изменением напряжения з течение их длительности по закону степенных функций и раздельным уравновешиванием только регулируемыми резисторами, которые предназначены для определения' двух и трех параметров реальной схе;п-> замещения объекта. Всего в эту базу вошло ЮЭ МЦ. Данное число варкантез мостог'.::-: цепей является представительны}.: набором для всех практически важных случаев их использования.

6. Обосновано свойство выражений определенных структур на основе корней алгебраических уравнений, заключающееся а нахождении их через свободный член и коэффициенты без решения самого уравнения. Это свойство позволяет упростить анализ постовых цепей с питанием импульсами сложной формы. На основе данного свойства получено обобщенное выражение и обоснована методика для нахождения чувствителькостей та"чх !Щ по уравновешивающим и определяемым параметрам. • *

7. Выполненные машинное моделирование и натурные эксперименты подтвердили полученные теоретические результаты. Разработаны устройство сбора и первичной обработки информации для АООТ "Курскхим-волокно" и лабораторный макет для использования а учебном процес-

се. Эти устройства изготовлены, настроены и внедрены.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

■ 1. Передельский Г.И.. Романченкс A.C. Анализ чувствительности мостовых цепей для измерения параметров многоэ..зментных двухполюсников// Труды международной науч.-Техн. конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-92". Новосибирск. 1992. Т. 5. С. 27-31.

2. Передельский Г.И.. Романченко A.C. Мостовое устройство для измерения параметров многоэлементных двухполюсников// Радиотехнические системы (навигации, сеязи). средства измерений и н^вые ин- . формационные технологии: Тез. докл. науч.-техн. конференции с международным участием. Красноярск, 1992. С. 78-79.

3. Передельский Г.И.. Романченко A.C., Черных 0.В. Формирователь импульсов линейно-изменяющегося напряжения// Новые информационные технологии, распознавание образов и анализ изображений: Сб. докл. семинара/ Курск, политехи, ин-т. Курск, 1992. С.113-117.

4'. Романченк'о A.C., Передельский Г.И.. Нечаев И.А. Мостовые цепи с.фоторезисторами для измерения трех параметров//Оптико-элек-тронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки "изображений и символьной информации: Сб. материалов конференции/ Курск, политехи, ик-т. Курск, 1993. С. 83-84.

5. Передельский Г.И., Иванов В.И., Ромакченко A.C. Измерительный тракт системы для прочностных испытаний с малым потреблением энергии// Вибрационные машины и тьхнологии: Сб. науч. трудов/ Курск« политехи, ин-т. Курск, 1993. Вып.2 С. 174-180.

6. 'Романченко A.C.. Попов В.К., Передельский Г.И. Мостовая цепь для измерения трех параметров с раздольным уравновешиванием переменными резистора:.*!// Тез. докл. юбилейной конференции ученых Курск, политехи, ин-тг Курск, 1994. С. 85-83.

7. Передельский Г.И.. Г макченко A.C., Савенков С.Н. Уравновешивание измерительных мостов 7олько регулируемыми активными сопротивлениями с разнородными реактивными элементами в объектах измерения// Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-94: Труды II международной науч.-техн. i нферениии. Новосибирск, 1994. Т.З. С. 66-69.

8. Передельский Г.И.. Романченко A.C.. Тезик К.А. Мостовые цепи с датчиками систем измерения, контроля и управления// Датчики и преобразователи информация систем измерения, контроля и управле-

;гия: Тез. 7 Всероссийской науч.-техн. конференции с участием зарубежных специалистов. Москва. 1S95. Т. 2. С. 274-275.

9. Передельский Г.И.. Романченко А.С., Диденко Ю.В; Мостовые цепи для определения параметров резистивных датчиков// Труды юбилейной науч. конференции/ Курск, гос. техн. уй-т. Курск. 1995. С. 94-95.

10. Передельский Г.И., Романченко A.C.. Сатаров В.В. Мостовые цепи с фоторезисторами и уравновешиванием только активными сопротивлениями// Распознавание-95: Сб. материалов II международной конференции/ Курск, гос. техн. ун-т. Курск. 1995. С. 163-165.

11. Передельский Г.И.. Романченко A.C. Мостовые цепи для измерения параметров многоэлементных двухполюсников// Известия вузов. Приборостроение. 19S5. Т.38. N 5-6. С.49-51.

• 12. Передельский Г.И.. Романченко A.C.. Савенков С.И. Мостовые цепи с тремя заземленными датчиками// Надежность механических гнетем: Тез. докл. Всероссийской науч.-техн. конференции. Самара: СГТУ. 1995. С. 187-188.

13. Метод расчета мостовых цепей с датчиками для системы контроля параметров зоздушной среды/ Г. И. Передельский, В.В. Сатаров, A.C. Романченко, Е.Л. Лфонин//0храна окружающей среди и рациональное использование природных ресурсов: Материалы науч.-практической конференции. Курск: КГТУ. 1995. С. 147-149.

14. Передельский Г. И.Романченко А. С., Нечаев И. А. О двух свойствах мостовые цепей с импульсным питанием // Датчики электрических и неэлектрических величин: Доклады II международной конференции. Барнаул. 1S95. С. 84-85.

15. A.c. 1688227 СССР. МКИ G04 Fl0/04. Устройство для измерения среднего значения периода импульсных сигналов/ А.С. Романчен-ки. К.С. Некрасов (СССР). И 4704222/21; Заявл. 14.06.89; Опубл. 30.10.91. Еюл. N 40.

Соискатель A.C. Романченко

Подписано к печати 7.03.05_. Формат 60 х 04 1/16

Печатных"листоз_1,£2_ . Тиран 100 экз-. Заказ *

Курский государственный технический университет.

305040. г. Курск, ул. -50 лет Октября. 91.