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

>ГБ ОЛ

? Ь МАР К^^ИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

РОМАНЧЕНКО Александр Семенович

МОСТОВЫЕ ЦЕПИ С УРАВНОВЕШИВАНИЕМ РЕГУЛИРУЕМЫМИ РЕЗИСТОРАМИ В УСТРОЙСТВАХ СБОРА И ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЙНФОРМАШШ ДЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

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

Автореферат ■диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Курс:: - 1856

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 Лопкн В.Н.

Ведущая организация: ГосНИИ "Электроагрегат". '

Зажита диссертации состоится "19Э6 г. в ^_часов кз 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 можно 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 секретарю диссертационного совета Л 054.50.02. Автореферат. разослан " /У* ^егуатсл 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических'каук. доцент 0 В.М.Дозгаль

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Составной частью современных систем управ-■ ления являются устройства сбора и первичной обработки информации о параметрах контролируемого объекта. Эти устройства во многом определяют качественнее показатели системы в целом. Данные о физических и химических Свойствах объекта получают или за счет применения датчиков, или при непосредственном воздействии на него электрических сигналов. В обоих случаях используется представление 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.

Длп 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 положительными свойствами, как высокая чувствительность, возможность эффективно подавлять помехи, малая пс гребляемая мощность и др , также 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 нуяш! закон его регулирования. С другой ¿торопи раздельное урпвнсзешивание упрощает и ускоряет процесс определения и контроля параметров многоэлементного двухполюсника (МЛ).

Среда МЦ с питанием импульсам;? ¿.тонной формы до недавнего времена было известно ограниченное число- схем с раздельным уравновешиванием только регулируемыми резистора!«, которые не охватывают нее возиохнне варианта построения- мостовых • цепей для определения двух и трех параметров МД. Поэтому-представляется актуальной и перспективной задача иродолзэния исследований' в этой

... 4

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 такие в создании устройств сбора и первичной обработки информации для систем управления на основе мостовых цепей.

В соответствии с этим в диссертационной . работе ставятся $ледурщие

- 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, содерлащеГ, как однородные, так и разнородные реактивные элементы;

- анализ новых мостовых цепей такого типа для нахождения значения сопротивления трех резкстивных датчиков, включаемых в одну Ь'.Ц;

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

- создание методики нахождения чувствительности по определяема и уравновешивгкзйм параметрам исследуемых мостовых цепей с питанием импульсами сложной формы.

Методы исследование базируются на аппарате математического анализа, метода перемзннкх состояния и операторном методе (преобразовании Лапласа). Для анализа чувствительности мостовых цепей применялся ташз аппарат высшей алгебры.

Научная новизна. Впервые разработана и исследована группа ЫЦ с импульсным питанием и раздельны?.! уравновешиванием только регулируемыми резисторзгш 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 такне для нахождения значения сопротивления двух или трех резистивных.датчиков в составе одной Щ.' 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 определенной 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 чувствительности МЦ. питающихся импульсами сложной формы, 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 основе МЦ с импульсным питанием.

На защиту выносятся следующие 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 раздельны;.! уравновешиванием только регулируемыми резисторами для оп-ред ления как параметров реальных двухполюсников с трехэлементно., схемой замещения. ~эк и для нахождения значения сопротивления двух и трех резистивннх датчиков, включенных в одну МЦ;

- методик определения чувствительности данных мостовых цепей;

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

апробация работы, Результаты работы докладывались и обсуядз-лись на I и- И международных конференциях "Актуальные .проблем, электронного приборостроения" (Новосибирск.' 1392 и 1594 гг.). конференции с неадународнуч участием "Радиотехнические системы (навигации. связи)., средства измерений и новиз информационные технологии" (Кралнсярск, 1992 г.). I и II мендународнн". конференциях "Оп-1ико-элзктрошш-э приборы и устройства з системах распознавшая образов. обработки изображений и сшзолыгс?/шформалгсГ (Курск, 1293-

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-йенекие 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.г свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из

введения, трех глав, заключения и приложений, изложена на 120

страницах основного текста, содержит 36 рисунков, . 17 таблиц, а

такие 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 решать известную задачу определения параметров МД. в виде которых представляются датчики и контролируемые объекты. При этом распространение получили УСПОИ, использующие мостовой метод. Приведены особенности и область применения Щ к устройств на их основе, отмечены известные достоинства мостовых цепей с импульсным питанием. Сформулированы цель, задач;; и основные научные положения иследований. ' 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 катуижами с изменяемой индуктивностью) следует отдавать по нес-

колыши причинам. Изготовление регулируемых резисторов является более технологичным, простым и недорогим, электростатические 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. аналоги резисторов. За счет их включения в МЦ осуществляется процесс приведения цепи -в состояние равновесия бесконтактным способом, используя электронные ключи и управляющее.напряжение. Это является весьма удобным при автоматизации процесса определения параметров объекта. Все выше перечисленное говорит в пользу использования резисторов или их аналогов в качестве уравновешивающих элементов.

Задача определения параметров МД (ПМД)' Еначале возникла как задача нахоздения 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.

Таете приведены результаты анализа существующих МЦ. используемых при построении' 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 УСПОИ применяются МЦ с импульсным питанием. Некоторые из них лредставля-т' собой частные реиенил ранее поставленной задачи. Питание их последовательностями импульсных сигналов с изменением напряжения з импульсах по закону степенных функций рян'ее -позволило получить группу' ¡Щ для нахоздения двух и трех параметров двухполюсников с однородными реактивными элементами при раздельном уравновешивании только регулируемыми резистора;« и сохранении других известных положительных свойств. Зто является центам при. использовании мостовых цепей данного типа в системах управлетя я устройствах для оп-

ределенкя и контроля НМД. 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 помощь» 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 постоянными коэффициентами

dX/dt=A*X+B*fT(t), (1)

где компоненты вектора X-(xs.x2.... ,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 токоз и ■•напряжений; fT(t) - разрывная функция с единичной амплитудой для данного закона изменения питающего иапрягения вида :

где Т - период следования импульсов; Sj(t/T) - целая функция; К»0.1.2,... - показатель степени питающих импульсов; slgn(») -сигнум-функция; Z - .величина, определяющая относительную длительность импульсов (0<2<t).

Для системы уравнения (1)были получены в общем виде решение уравнений состояния и периодическое реаение для каждого вида питавших напрякений. позволяющие Формализовать как этап реализации моделей на ЭЕЧ, так и этап исследований МЦ и устройств на их основе.

, 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 нахождения двух активных сопротивлений. 16 мц для определения трех параметров МД с однородными реактивными элементами, 16 ;.1Ц для нахождения ПМД с разнородными реактивными 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 интервала времени оно зависят 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 интервалах времени первого, второго и т.д. условий равновесия при каждом очередном уравновешивании напряжение на выходе МЦ зависит только от одного условия равновесия и можно воспользоваться одним регулируемым резистором, т.к. предыдущие уже задействованы.

< В операторной форме, как известно, изображение напряжения неравновесия во время действия питающего импуЗг -за с амплитудой и, 3 и длительностью ^ в обобщенном виде описывается выражением

иг(р)-а1(р)*Г(р)/Г(р), ' (3)

где и,(р) - изображение в операторной форме гогаздего напрязэния •

и1 (р>-К!*ихя /(Ср**1): (4)

г(р) и г(р) - числитель и знаменатель Псрзходаоа 'Функции иоста в

операторной форке; р - операпр. •

« Часлитздк Г(р) представляет сабой . сумму;слзгае;шх- ■■■'/■ '■

Р<р)-А, В8 . *ра0а •

(5)

ю

q,-A1B8+A8B3. q2=A,B4+A2Bs+A3B6.-..,. qn=2I AiB1+2+ :.. . (6)

im

At - для уравновешивающихся мостов разность.некоторых величин;

В,, В2---- - 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

Ai = 0. ■ ■ (7)

' Знаменатель f(p) представляет собой'произведение полиномов _L *

f(p)=(a0+2la1p1){b0+2Ib1p1), (8)

i = i-i

где а0. b0, alt - .'многочлены; s,h - целые числа (s+h=n).

Оригинал напряжения неравновесия в обобщенном виде представляет собой следующее выражение

FÍO) n F(p,)

{ / [ —+XI - exp(Pj t)]dt>.. .dt. (9)

f(0) 1=1 pxf'(Pi) k

где F(0), f (0) - значения многочленов (5), (6) при p=0;. - корни Многочлена (8); f'(Pi) - значение первой производной многочлена (8) при p=pj.

При К=0 {прямоугольный питающий -импульс) напряжение иг в соответствии с выранениями (3) и (5) будет зависеть только от Aj и не зависит от кг. 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 uz зависит от A¡ и кг 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, из которого определяется второй искомый, параметр. Если рассматривать цепь, в которой требуется определить третий параметр, то необходимо использовать еще питающие ишульсы квадратичной формы. Во

У/

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 депи для построения аналогичных мостов. На их основе получено 16 Щ. также описываемых выражениями (3)-(8) при s-h-l. Данные 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 каждая 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 ИД с разнородными реактивным элементами- не удалось получить одну универсальную цепь с уравновешивающими ре-зисторзми. Поэтому для таких двухполюсников предложена 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 R3.6, R3.9 (рис. 1). Для четырех МЦ на основе цепей-R3.8. R3.il такке необходимы три уравновешивания, но при пихании их импульсами напряжения прямоугольной, линейно-изменяющейся и кубичной Формы, так как для них выражение (5) имеет вид

F (р) -А, В. +р(А, В2+А2Зэ ) +рг (А, B4+A2Bs+A3Be) +

+p3(AiB7+A2Bs+A3Bs+A1B10)+p4Dj+p5D2. . (10)

где D,.D2- коэффициенты в виде многочлена, определяющие величину экспоненциальных выбросов в выходном напряжении КЦ после всех необходимых этапов уравновешивания.

В выражении (10) Р0=Ея=*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 не выражение для ?(р) имеет место для четырех МЦ на основе цепей R3.7, КЗ.10, но для них процесс уравновешивания и определения ПМД B03M0S8H при использовании импульсов питающего напряжения че-

Я3.6 Ñ3.7

тьфех 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 1'Ц КЗ.9-3.10. для которой условия равновесия имеют вид

А1=гК-г1К-!, Аг =Шггг3С1 -15й2Н3-Г1(й+,Чг +й3), А3=тсгШг* * {11К1+Г1Ь1 >-1^1 (НгН3+НК1+К1К3+Н,Кг)-Г1ЬгС,К1Е2 (Е+1?з) (И)

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 слукит то. что все полученные на их основе "Ц списываются в обобщенном виде выражениями одинаковой структуры. Этот факт позволил соединить базовые цепи рис.1 сами с собой, Кроме того, получены .МЦ за счет объединения следующих пар: Й3.6 и КЗ. 9. ЮЛ и КЗ. 10. ЙЗ.З и КЗ.11. Описанные иц могло использовать в составе УСПОИ для систем управления.

Выражения обобщенных величин для полученных МЦ сведены в 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 !Щ с учетом ранее известных составляет 109 схем. Это значительное число вариантов мостовых цепей является представительным набором для всех практически ваянкх случаев их использования.

В третьей главе приведены структурные схемы УСПОИ для систем управления на базе разработанных МЦ. При этен показано, что для их реализации мокко взять за основу обобщенную схему, изобракеннув на рис.3 и позволяющую создавать многно мостовые устройства. В ее состав входят; ГСП - генератор синхроимпульсов. Ф1-Ф4 - Формирователи импульсов соответственно прямоугольной, линейно-изменяющейся, квадратичной и кубичной Формы. К - коммутатор. УМ - усилитель мощности. МЦ - мостовая цепь. СК - согласующей каскад. УН - усилитель напряжения, 33 - элемент задержки. ДР - детектор равновесия. ЙК -индикаторный каскад. Наличие единой схемы для различных !Щ могет слузить доказательством преимущества разработанных «остовых цепей

Рис.2. Мостоват цепь R3.9-3.10

геи

Ф1 -i

Ф2.

Ф5

Ф4

УМ 1

i мц !•

р CK —s-

93

А*

уи

IAK

Рио.З. Структупная схека устройства первичной обработки информация на оснозе Щ о импульсный 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 МЦ 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 каздого слагаемого числителя на знаменатель появляется ряд- суш вида

¿[p.'f'ipi)]"1 • (13)

1«1

где v=l, 2.....К.

'Если f(p) представить в виде алгебраического уравнения

f(p)=d0+cl,p+d2p£+...+dapn=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) можно определить через коэффициента уравнения (14). Например, при v=i, 2,3 суммы (13) будут описываться следующими формулами:

¿ср^чр,)!-1^-. ¿1р1вг'(.р1>]"|-«зв-ей1 . V >•) 1-1 ....

Ц 1р131" (Р1) з"1 »-Зо*3 г-Мг > •

Тогда суммы вида (13) можно определить, не решая уравнения (14). что позволяет уменьшить обьем вычислений. Воспользовавшись этим 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

5^й{(и1С1К1/Ц1!)*(А1В^г+,..м)/(а0Ь0)]^ . 416)

Из выражения (16) видно, чтг для нахоадещя , чувствительности не требуется вычислять корки многочлена (8), а достаточно знать только его свободный член а0Ьц.Тем самым, уменьшается объем вычислений. 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 к сушкой.лавсановой крошки, внедренное в АООТ "Куриосимволокно". В нем во время паугы между питающими импульсами выход .МЦ "закорачивается", что не позволяет накапливаться электрическим зарядам. В итоге, устройство оказалось устойчивым к статическому электричеству. Результаты исследований такх:ь внедрены в учебный" процесс.

В приложениях приведены: листинг программы для работы с созданной базой -ланних, резуль-. гш машинного моделирования. Формупы определения чурствительностей получен'т МЦ, оценка погрешности вазработанного лабораторного макета с численным примером, акты внедрения результатов чаучных исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Показано, что в качестве основы устройств сбора и первичной обработки ¡ЕкФзркаши для систен управлгшш предпочтительнее приме-

-ГОНЯТЬ мостовые цепи с питанием импульсам! с изменением напряжения по закону степенных функций, т.к. в них мокко 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 1С мостовых цепей с такими же свойствами для нахождения параметров трехэлементных двухполюсников с любой реальной схемой замещения, содержащей разнородные реактивные элементы. Кроме того, существенно дополнены новыми 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 в течение их длительности по закону степенных функций и раздельны": уравновешиванием только регулируемыми резисторами, которые предназначены для определения' двух и трех параметров реальней схемы замещения объекта. Всего в эту базу вошло ЮЭ МЦ. Данное число вариантов костсзух цепей является представительным набором для всех практически важных случаев их использования.

6. Обосновано свойство вырагэниЛ определенных структур на основе корней алгебраических уравнений, заклйчавзееся о нахождении их через свободный член и коэффициенты без решения самого уравнения. Это свойство позволяет упростить анализ мостовых пеней с питание:« импульсами сложной формы. На основе данного свойства получено обобщенное выражение и обоснована методика для нахондения чувствитэлькостей та"чх 1.Щ по уравновешивающим и определяемым параметрам. • •

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

се. Эти устройства изготовлены, настроены и внедрены."

. ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

■ 1. Передельский. Г. И. , Романченкс A.C. Анализ чувствительности мостовых цепей для измерения параметров многоэ..зментных двухполюсников// Труда 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, связи), 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 О.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'. Романченко 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, .ин-т., Курск. 1993.'С. 83-84..

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

6. 'Романченко A.C., Попов В.М., Передельский Г.И. Мостовая цепь для измерения трех параметров с, -раздольным уравновешиванием переменны?«: резистора:.;*!// Тез. докл. юбилейной конференции ученых Курск, политехи, ин-тг Курск, 1994. С.85-86.

7. Передельский Г.И.. F манченко A.C., Савенков С.Н. Уравновешивание измерительных мостов только регулируемыми активными сопротивлениями с разнородными реактивными элементами в объектах измерения// Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЗП-94: Труды II международной науч.-техн. { нфэренции. Новосибирск. 1S94. 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-информации систем измерения, контроля и управле-

- /Р-

;>ия: Тез. 7 Всероссийской науч. -техн. конференции с участием зарубежных специалистов. Москва. 1995. Т.2. С.274-275.

9. Передельский Г.И.. Романченко A.C., Диденко Ю.В. Мостовые цепи для определения параметров резистивных датчиков// Труды юбилейной науч. конференции/ Курск, гос. техн. ун-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.

И. Передельский Г.И.. Романченко A.C. Мостовые цепи для измерения параметров многоэлементных двухполюсников// Известия вузов. Приборостроение. 1995. Т. 33. N 5-6. С. 49-51,

• 12. Передельский Г.И.. Романченко A.C.. Савенков С.П. Мостовые цепи с тремя заземленными датчиками// Надежность механических систем: Тез. докл. Всероссийской науч.-техн. конференции. Самара: СГТУ. 1995. С. 187-183.

13. Метод расчета мостовых цепей с датчиками для системы контроля параметров воздушной среды/ Г. а. Передельский, В. В. Сатаров, A.C. Романченко, Е.Л. Афонин//Охрана окружающей среды 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 мостовых цепей с импульсным питанием // Датчики электрических и неэлектричесхих величин: Доклады II международной конференции. Барнаул, 1595. С. 84-85.

15. A.c. 1688227 СССР, МКИ G04 Fl0/04. Устройство для измерения среднего значения периода импульсных сигналов/ A.C. Ромаичен-хи, И. С. Некрасов (СССР). I! 4704222/21; Ззявл. 14.06.89; Опубл. 30.10.91. Еюл. N 40.

Соискатель A.C. Романченко

Подписано к печати 7.03.05_. Формат 60 х 34 1/16

Печатных 'листов«!. • Тиран 100 экз-.'Заказ JL_

Курский государственный технический университет.

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