автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Процессорные алгоритмы и измерители частотно-временных параметров электрических сигналов (на базе метода коинциденции)

На праьах рукопису

2 4 МАР ^7

УЖ 6X1.31?. 76 : 681. гі?

Юриш Сергій Юрійович

ПРОЦЕСОРНІ АЛГОРИТМИ І ВИМІРЮВАЧІ ЧАСТОТНО-ЧАСОВИХ ПАРАМЕТРІВ ЕЛЕКТРИЧНИХ СИГНАЛІВ

і на оазі метолу коінщденції.і

05.11.05 - прилади т метоли вимірювання електричних та ьі'ігн і рін ' і х в?ли ч ин

А В ї 0 Р Е Ф Е ? А І диснртаці1 на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Львів - 1307

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Державному Університеті "Львівськая політехніка"

Науковий керівник - заслужений винахідник України,

доктор технічних наук, професор, ДУДИКЕВИЧ В. В.

Офіційні опоненти -

1. Доктор технічних наук, професор, академік Української Академії Інформатики та Міжнародної Академії Інформатиеації Погрібний В. 0.

2. Кандидат технічних наук, доцент Березюк Б. М.

Провідна організація - ВАТ НДШ

’’Промприлад" (м. Львів)

Захист відбудеться " Ц 1997 р. о годині на

засіданні спеціалізованої вченої ради Д 04.06.11 у Державному' університеті "Львівська політехніка", (890*46, Львів-13, вул.

Г, Баядери, ІУ. ауд. ________ головного корпусу).

Відгуки на автореферат- у двох примірниках, .завірені печаткою, просимо надсилати на адресу: £90646, Львів-1?. вул. С.Бандери, 12. Державний університет "Львівська політехніка". вченому секретари.' ради Д 04.05.11.

8 дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Державного університету "Львівська політехніка" (вул. Професорська, і)

Автореферат розісланий ". 4, м ^3

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н.

1997 р.

Я. Т. Луцик

АКТУАЛЬНІСТЬ ПРОБЛЕМИ. Розвиток ряду напрямів науки і техніки визначається точністю часових і частотних вимірювань. Завдяки наявності частотних давачів, придатних для вимірювання майже усіх фізичних величин, сфера застосування частотно-вимірювальної апаратури неперервно розширюється. Застосування мікропроцесорної техніки у складі сучасних вимірювачів частотно-часових параметрів (ВЧЧП) електричних сигналів вносить свою специфіку в принципи побудови процесорних вимірювальних засобів (ПрВЗ).

Не всі традиційні алгоритми підходять для використання в ПрВЗ. Іноді необхідно відповідним чином модифікувати алгоритм вимірювання чи створити принципово новий з врахуванням застосування відповідного мікропроцесорного засобу. Принципова особливість ПрВЗ полягає в тому, що програмовна обчислювальна потужність безпосередньо входить до складу вимірювального кола і бере участь в одержанні результату. Трансформація структури вимірювального кола з апаратної реалізації в програмну істотно змінює алгоритм вимірювання, а також граничні і функціональні можливості таких вимірювачів. Намагання мінімізувати апаратурні затрати процесорних ВЧЧП з метою утворення малогабаритних, високонадійних, багатофункціональних приладів для виробничих і технічних вимірювань, які будуть мати мінімальну споживану потужність, високі метрологічні характеристики і можливість адаптації, а також створення інтелектуальних сенсорних мікросистем, пристроїв вводу частотно-часових сигналів в ПК і віртуальних вимірювальних приладів привели до появи нових процесорних алгоритмів вимірювання (ПАВ) частотно-часових параметрів електричних сигналів.

Найбільшу увагу до недавнього часу приділяли питанням алгоритмічної організації ПрВЗ. Однак, ці ПрВЗ, базовані на методі дискретної лічби, використовують як базис способу вимірювання класичні способи вимірювання середньої або миттєвої частот з усіма властивими цим способам вимірювання недоліками. Реалізовані ПАВ є далеко не оптимальні з погляду метрологічного критерію ефективності, використовуваних мікропроцесорних комплектів і апаратурних затрат. їх вимірювальний діапазон достатньо вузький, швидкодія мала за рахунок застосування методів усереднення для зменшення похибки дискретності. Практично не приділялася увага аналізу похибок ПАВ, особливо методичних. Широкому використанню ПАВ перешкоджає також відсутність методики їх синтезу.

З метою широкого впровадження ПАВ і процесорних ВЧЧП на їх осно-

ві, необхідне розроблення оптимальних ПАВ з покращеними метрологічними характеристиками. Вимагає розв'язання також і ряд інших питань удосконалення алгоритмічних структур ПАВ. Отже, розроблення нових ефективних ПАВ, алгоритмів їх реалізації і економічних ВЧЧП на їх основі, орієнтованих на ефективне використання мікропроцесорної техніки, залишається актуальним завданням.

МЕТА РОБОТИ. Метою цієї дисертаційної роботи є розроблення і дослідження процесорних алгоритмів і вимірювачів частотно-часових параметрів електричних сигналів, базованих на методі коінциденції (подвійного збігу), розроблення методики їх синтезу і дослідження шляхів покращення їх метрологічних характеристик.

ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕННЯ. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- огляд і аналіз способів і засобів вимірювання мікропроцесорних ВЧЧП, розроблення класифікаційної схеми ПАВ;

- розроблення загальних принципів побудови оптимальних вимірювальних алгоритмів і вироблення практичних рекомендацій для їх програмної реалізації ;

- створення методики синтезу оптимальних ПАВ;

- визначення граничного метрологічного рівня ПрЗВ на основі дослідження запропонованої математичної моделі повної похибки оптимальних ПАВ і розроблення методів корекції систематичних похибок;

- експериментальне дослідження ВЧЧП на базі розроблених ПАВ і створення на їх основі конкурентоспроможної вимірювальної апаратури, призначеної для роботи в реальних умовах експлуатації.

МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ. Для розв'язання поставлених задач використовувалися методи математичної статистики, регресійного аналізу, теорії векторної оптимігації, теорії множин, комбінаторного аналізу і булівої алгебри. Для розроблення ПЗ використовувалися методи послідовної де-композиції і структурного програмування. Вірогідність наукових тверджень і висновків підтверджувалася методами імітаційного моделювання на ЕОМ і натурними експериментальними дослідженнями.

НАУКОВА НОВИЗНА І ПРАКТИЧНА ЦІННІСТЬ роботи полягає в наступному: -на основі виконаної систематизації і аналізу способів вимірювання частотно-часових параметрів електричних сигналів, що використовуються

- з -

мікропроцесорних вимірювачах, виявлено переваги методу коінциденції и Оазису оптимальних ПАВ, застосування яких дозволило створити ВЧЧП, більш високою точністю і розширеним діапазоном вимірюваних частот, з ідносно простою схемною реалізацією і мінімальними апаратурними за-затами;

розроблена методика векторного синтезу ПАВ за сукупністю критеріїв сості з урахуванням жорстких обмежень на структуру і параметри ВЧЧП, ) дозволило здійснити дискретний вибір оптимальних ПАВ зі загальної ількості можливих альтернативних варіантів;

на основі дослідження похибок, викликаних флюктуаціями зразкових ін->рвалів часу через зсув у часі відгуку і реакції на переривання, опе-щій логічного опитування і аналізу одержаної моделі похибки вимірю-іння оптимальних ПАВ запропоновані методи алгоритмічної апріорної ко-їкції систематичних похибок вимірювання, які забезпечують підвищення ічності вимірювання без погіршення інших технічних характеристик, «рема швидкодії і алгоритмічної складності;

розроблено і досліджено адаптивні алгоритми ПАВ ВЧЧП, що дозволило алізувати прилади з безнадлишковим часом вимірювання; запропоновано модифікований метод об’єднання алгоритмів ПАВ багато-■нкціональних ВЧЧП, який дозволяє зменшити у два рази ємність рези-нгкої пам'яті програм, необхідний для реалізації функцій управління оцесом вимірювання;

на основі декомпозиції ПАВ на основні, базові операції і їх програм-х реалізацій, створена бібліотека програмних модулів типових вимірю-льних і обчислювальних процедур процесорних алгоритмів з урахуванням унення (мінімізації) похибок обчислення через обмеження розрядної тки мікроконтролерів; практично реалізований і впроваджений спеціалізований тахометр ав-мата безпеки протирозгінкого захисту ротора турбогенератора на осно-ПАВ ЧЧЇЇ.

ШЗАЦІЯ І ВПРОВАДЖЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ РОБОТИ. Основний зміст дисерта-йної роботи складають результати теоретичних і практичних розробок, зведених автором при виконанні госпдоговірних робіт на кафедрі "Авіатика і телемеханіка" Львівського політехнічного інституту за пері-з 1987 по 1994 pp. Результати виконаних досліджень і розроблені ПАВ зоваджені на Добротвірській ДРЕС у спеціалізованому тахометрі автора безпеки турбогенераторів, що входить до складу вимірювального шлексу, розробленого для випробовування і настроювання протирозгін-

ного захисту ротора турбогенератора, відповідно до госпдоговірної теми N 5188 (И ДР 01910033882). Впровадження і використання підтверджено відповідними актами. Планується серійний випуск приладу у ВАТ "Пром-прилад" (м. Льеів). Обсяг виробництва - 120 шт. щорічно. Очікуваний річний економічний ефект за розрахунками на листопад 1996 р. складає ЗО тис.грв.

НА ЗАХИСТ ВИНОСЯТЬСЯ:

1. Запропонована класифікація мікропроцесорних ВЧЧП і пов'язана з нею класифікація ПАВ.

2. Обгрунтування ефективності використання методу коінциденції як базису оптимальних ПАВ.

3. Нові процесорні алгоритми вимірювання.

4. Методика дискретного вибору оптимальних ПАВ з урахуванням жорстких обмежень на структуру і параметри мікропроцесорних ВЧЧП.

5. Розроблена математична модель похибки оптимальних ПАВ і уточнена математична модель похибки дискретності.

6. Алгоритмічні методи покращення метрологічних характеристик мікропроцесорних ВЧЧП на базі ПАВ.

7. Методи корекції систематичних похибок вимірювачів на базі ПАВ.

8. Адаптивні ПАВ підвищеної швидкодії.

9. Модифікований метод об’єднання алгоритмів ПАВ багатофункціональних ВЧЧП.

10.Розроблена бібліотека програмних модулів основних вимірювальних процедур і бібліотека арифметичних підпрограм.

11.Результати експериментальних досліджень розроблених ПАВ і створення на їх основі вимірювальної апаратури, призначеної для роботи в реальних умовах експлуатації.

АПРОБАЦІЯ РОБОТИ. Дисертація в цілому доповідалася на кафедрі АТ ДУ"Львівська Політехніка", а також на Республіканський НТК конференції "Применение вычислительной техники и математических методов в научных и экономических исследованиях" (Шацьк, 1991). Основні результата дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на Зональному семінарі ."Интегрирующие частотные время-импульсные преобразователи и цифровые средства измерения на их основе " (Пенза, 1987 ); Республіканський НТК "Применение вычислительной техники и математических методов в научных и экономических исследованиях” (Київ, 1989, 1991), (Севастополь,

390), (Львів, 1992), Всесоюзній НТК "Современные проблемы фазоизмери-эльной техники" (Красноярськ, 1989), Регіональній НТК "Современные этоды радиоизмерений в диапазонах высоких частот (ВЧ) и сверхвысоких эстот (СВЧ)" (Новосибірськ, 1991), НТК країн Співдружності Незалежних эржав "Контроль и управление в технических системах" (Вінниця, 1992), іжрегіональній НТК "Цифровая обработка сигналов в системах связи и правления" (Славське, 1992), НТК з Міжнародною участю "Радиотехничес-яе системы (навигации, связи), средства измерений и новые информаци-шые технологии" (Красноярськ, 1992), 1-ій Українській науково-мето-ічній конференції "Автоматика, управління та автоматизація техноло-Ічних процесів, екологічного контролю та моніторингу" (Алушта, 1993), -й Міжнородній конференції з інформаційних технологій і систем ГІС’93 (Львів, 1993), Міжнородному симпозіумі "Design Methodology зг Microelectronic and Signal Processing" (Cracow, POLAND, 1993), [1-ій НТК "Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних про-;сах і конверсії виробництва" (Хмельницький, 1995), Українській НТК петрологія та вимірювальна техніка (Метрологія-95)" (Харків, 1995), ■ій Міжнародній НТК "Контроль и управление в технических системах" Вінниця, 1995), 21-ій бвропейській конференції "Solid-State Circuits >nference ESSCIRC’ 95 " (Lille, FRANCE, 1995), Міжнародній НТК "Prog-mmable Devices and Systems PDS'95" (Gliwice, POLAND, 1995), 6-ій іжнародній НТК "Industrial Metrology (СІМГ 95)", (Zaragoza, SPAIN, >95), 1-му Європейському симпозіумі "Microelectronics Education"(Vi 1-ird de Lans, FRANCE, 1996), Міжнародному симпозіумі IMEKO TC-4 "ADC >delling" (Smolenice Castle, Slovakia), Міжнародному симпозіумі "De-.gn Methodologies for Signal Processing (Zakopane, POLAND, 1996), .жнародній НТК PDS’96 (Ostrava, Czech Republic, 1996). -

ПУБЛІКАЦІЇ. За матеріалами дисертації опубліковано 41 друкована )бота, з них 3 авторських свідоцтва на винаходи, 7 статей, 11 повних іублікованих доповідей на Міжнародних конференціях за кордоном, 18 їз доповідей, 1 навчальний посібник (російське і українське видання).

СТРУКТУРА І ОБСЯГ РОБОТИ. Дисертаційна робота викладена на 269 ■орінках машинописного тексту, ілюстрована 73 рисунками і 12 табли-іми на 61 сторінці і складається зі вступу, 4 розділів, висновка, иску використаної літератури з 226 найменувань і 5 додатків на 46 ■орінках.

- 6 -

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність дисертаційної роботи, ефо мульовані мета і задачі дослідження, викладені наукова новизна і о новні .положення, що виносяться на захист.

У першій главі виконана систематизація ПАВ від узагальнюючих о нак до деталізованих.

При реалізації ПАВ усі елементарні вимірювальні процедури прои сорного алгоритму виконуються програмним шляхом і вимірювальне ко. ВЧЧЕІ реалізується на віртуальному рівні всередині функціонально-логі' ної архітектури перепрограмовної обчислювальної потужності. При цьої досягається найкраща відповідність між структурою алгоритмів і струї турою апаратних засобів ВЧЧП. Аналіз сучасного стану ПрВЗ частотно-ч< сових параметрів виявив необхідність використання більш досконалої базису ПАВ. Це стосується насамперед використання способів вимірювані на основі методу коінциденції, який забезпечує практично безнадлишке вий час вимірювання і постійну похибку дискретності в широкому діап; зоні вимірюваних частот, а також містить у собі можливість подальшої удосконалення, дозволяючи тим самим подолати існуюче очевидне відстг вання вимірювального ПЗ від можливостей апаратної частини ПрВЗ.Запре пановані ВЧЧП на базі ПАВ можуть бути ефективно реалізовані на ба; сімейств однокристальних мікроконтролерів МСЗ-48, МСЗ-51/251, МСЗ-9(і

196, 80С186/188 і вбудованому МИ 386ЕХ. При цьому можуть бути досягну ті мінімально можливі апаратурні затрати ВЧЧП при забезпеченні висс кої метрологічної ефективності.

У другій главі розглянуті основні способи, що були використаї при розробленні алгоритмів і ПЗ ПАВ, базованих на методі коінциденції Такі ПАВ вимагають високого ступеня розпаралелювання елементарних в* мірювальних процедур їх процесорних алгоритмів Сформування першог зразкового інтервалу часу Т0; формування другого зразкового інтерваї часу Т0’, фронт і зріз якого строго синхронізовані з імпульсами ехід ної частоти підрахунок імпульсів зразкової £'с і вимірювльної і частот). При цьому виявлено, що на результат вимірювання ПрВЗ впливе ють не тільки методичні похибки, ідо зумовлені властивостями алгоритм опрацювання, але і властивості вбудованої у вимірювальне коло обчислк вальної потужності, а також стиль програмування. Аналіз алгоритмів ПА дав можливість виявити причини виникнення окремих складових похибс ПрВЗ, внаслідок чого визначено умову повної апріорної корекції похибк через нерівність часів виконання віток програми

n

(£ Ті)/Тмор “ ki , і-l

Ті - час виконання і-ої команди, що міститься у коригованому прог-мному фрагменті, ki є Z - ціле число;

Tnop - команда, що має найменший час виконання; Ті є Mitі>, Mitі> множина, яка містить усі команди машикно-орієнтованої мови (система манд МП). Ще одна причина виникнення похибки, що зумовлена власти-стями програми, пов'язана з виконанням елементарної програмної конс-укції IF - THAN - ELSE, яка виникає через нерівномірність квантуван-часового інтервалу Т0’ імпульсами зразкової частоти f0. її усунення жливе лише при порушенні принципів структурного програмування під с побудови критичного фрагмента процесорного алгоритму.

Завдяки широким функціонально-логічним можливостям сучасних МК і алізму реалізації основних операцій вимірювального алгоритму, моми-значна кількість ПАВ. При цьому, ПАВ являють собою об'єднання р не-ретинних множин елементарних операцій і-го BA N можливих їх програм-х реалізацій:

S* - Si U S2 U S3 ... U Sp (Si П S2 П S3 ... Sp * 0),

Si, Sz, S3........Sp МІСТЯТЬ ВІДПОВІДНО Пі, П2, Пз,...,Пр елементів.

значення загальної кількості можливих ПАВ для конкретного базису і пу МК являє собою комбінаторну задачу. Тоді

д - кількість несумісних реалізацій ПАВ.

Розв’язання задачі оптимального дискретного вибору ПАВ здійсню-ься за допомогою розробленої методики векторного синтезу.

Інтегральний критерій ефективності ПАВ можна подати у вигляді льтиплікативної функції:

Тішіп. tximin» VROMimin, VRAMimin - мінімальні значення відповідних казників якості по всіх допустимих варіантах і-го ПАВ; vîï, vit, rom. Vîram - вагові коефіцієнти пріоритетності відповідних показни-в якості; ТХі - період вимірюваної частоти; г - похибка дискретнос-; Vram/romu " ємність пам’яті даних і резидентної пам'яті програм, ичому

k

р-і

k

р

• С

- q,

N

р-i

N

Р

Timin\viT Дхітіп\ ViT/ VROMimim^iROM ” ........ ‘'iRAM

ViVi > 0 і jUjVi “ 1 Сі— 1, m ).

Максималізація цільової функції дає ефективне роз’вязання бага-токритеріальної задачі. З метою формування і упорядкування множини Мсп строго припустимих варіантів ПАВ пропонується скористатися морфологічним тензором wa (a,b,c) (рис. 1), що побудований на основі функціонального (ознакового) аналізу ПАВ згідно зі запропонованою класифікацією. Елемент тензора Хаьс являв собою Оуліву змінну, так що при виборі цього варіанту ПАВ її значення дорівнює і, у протилежному випадку - 0. Умову альтернативності можна виразити таким чином:

Е ХаЬс =■!. і - 1, п І“1

Як найбільш важливі ознаки ПАВ вибираються способи програмної реалізації 3-х основних елементарних процедур ВА ПАВ.

Для розбиття множини Мсп на множину гірших Мг і негірших МНг варіантів ПАВ за допомогою безумовного критерію переваги доцільно скористатися методом прямокутників, тому що, на відміну від інших методів відшукання нижньої лівої межі, виключається можливість відсіювання частини негірших ПАВ, у тому числі й оптимального. Крім того, алгоритм еквівалентної аналітичної процедури цього методу легко формалізується і придатний для реалізації на ЕОМ у вигляді комплексу програм для реалізації їх у складі САПР ПАВ. Для знаходження єдиного оптимального рішення на кінцевому етапі синтезу використовується умовний критерій переваги, який може бути одержаний з цільової функції після виключення другорядних показників якості.

З метою дослідження граничних метрологічних характеристик оптимальних ПАВ у роботі здобута уточнена математична модель похибки дискретності

^х Т0 . 1

. 8f

(Ni + 1) f0 Т0' N2

де N1. N2 - кількості імпульсів, підрахованих протягом 1-го і 2-гс зразкових інтервалів відповідно-, Т0*-тривалість 2-го зразкового інтервалу часу; То-період зразкової частоти. На рис. 2 наведена функціональна залежність 5г (Гх,То)- Мінімальна частота £Хшіп практично необмежена і визначається максимальною розрядністю віртуального лічильника

Рис. 1 Морфологічний блок принципово можливих альтернативних

варіантів ПАБ

Fx, Гц

8к,%

Рис.2 їункціоаальна залежність 5ц(іхДо) при і’о - 1232УЗ, 33 Гц

під який можуть бути відведени всі решта РЗП і вся доступна ємність ОЗП:

1

fxmin-------------- »

i>2max • Теч

N2max - 2n - const, де n - розрядність віртуального лічильника.

Аналіз структури повної похибки оптимальних ПАВ виявив причини виникнення ряду інших додаткових складових похибки, які пов'язані з формуванням Т0’. До них насамперед належать похибка через затримку реакції на переривання і похибка через зсув у часі відгуку на переривання, а також похибка, пов’язана з виконанням команд логічного опитування приходу останнього імпульсу fx. З урахуванням сказаного, дійсне значення 2-го зразкового інтервалу часу визначається як Тод' * Т0' - Дї3 - Дїз' + йхз"-Наявність співвідношень для окремих складових похибок дозволила перейти безпосередньо до побудови регресійної моделі похибки ПАВ. Для побудови моделі і відсіювання незначних факторів доцільно скористатися розробленим Ю. А. Долговим модифікованим методом випадкового балансу (ММВБ), який є одним з найбільш зручних методів моделювання за пасивними даними імітаційного моделювання факторів і цільової функції. Однією з найважливіших переваг даного методу є можливість знаховдення оцінок коефіцієнтів регресії без попередньої вимоги гомоскедастичнос-ті. Факторами впливу на цільову функцію є 5 складових похибки вимірювання ПАВ і вимірювана частота. Як цільова функція використовується вислідна похибка ВЧЧїї. Її значення визначалося за допомогою машинних методів, основаних на використанні апарату характеристичних функцій

А. М. Ляпунова. Застосування даної методики показало, що вислідний закон розподілу близький до нормального. Його числові характеристики такі: математичне сподівання М(5)=4.998 • 10~3, дисперсія D=3,729-10-6, с.к.в. 6-1,93-10_3, Кекс—0,796, Кас—1.47 ■ 10-12. Інтервальна оцінка при Рд - 0,98 дорівнює бзит ” (-1,63 *■ +2,3) • 10_3 % .

Адекватне рівняння моделі має вигляд:

у - (0,150161 + 0,47555X2 + 0,38Шх2х5) ■ 10_3 ,

де Х2, Х5 - фактори, пов’язані відповідно з похибкою дискретності і похибкою через зсув відгуку на переривання. Його аналіз являє собою задачу опгимізації при наявності обмежень:

л

у = | f(хо, Х5)| - min, на Х2 І Х5 накладені обмеження типу рівностей g(X2,Xs) - (-1; О; 1) У третій главі на основі аналізу алгоритмів ПАВ ПрВЗ визначені юпективні шляхи алгоритмічної апріорної корекції систематичних по-іок на етапі проектування ПрВЗ. Суть запропонованого методу корекції ягає в зміні жорстко встановленого протоколом обробки зовнішніх пе-іивань порядку виконання команд обслуговування переривань від зов-інього джерела переривань (імпульсна послідовність fx). Запропонова-і метод виключення причин виникнення систематичної похибки дозволяє ншити складову Дсз похибки формування фронту Т0' практично без ал-итмічного ускладнення ПЗ ВЧЧП. У свою чергу, подальше використання 'екції шляхом введення поправки в остаточний результат при мінімаль-;у алгоритмічному ускладненні ПАВ (додаткова однобайтна команда INC £>), дозволило повністю виключити часову затримку &Х3. Оскільки в ому випадку умова застосування корекції шляхом внесення поправки начавться нерівністю Мкор> Тсч, де AtKOP - інтервал часу, що під-ає корекції, то використання поправки на початковому етапі не дало ожливості повного усунення похибки Дтз через порушення в кінцевому ультаті цієї умови. Комбінація ж розробленого методу апріорного ви-чення причин виникнення похибки і введення поправки в остаточний ультат визначення N* дає ефект повного виключення Дтз.

З метою мінімізації необхідної ємності резидентно! пам’яті прог-МК при реалізації багатофункціональних ВЧЧП запропоновано модифі-аний метод об’єднання алгоритмів ПАВ у складений процесорний алго-м. Метод оснований на модифікації алгоритму Р. М. Карпа, що вико-товує часткові матричні схеми алгоритмів (ЧМСА) і забезпечує функ-нування алгоритмів ПрВЗ в умовах можливих переривань при обмеженій ькості їх векторів. При цьому досягається зменшення в 2 рази додат-их затрат резидентно!' пам’яті програм МК при реалізації багатофунк-їальних ВЧЧП.

Кожне виконання підпрограми обробки переривань збільшує вислідний вимірювання через сумування часів виконання підпрограм обробки їішніх і внутрішніх переривань з інтервалом часу Т0. Уникнути втра-пвидкодії дозволяють розроблені адаптивні ПАВ, які змінюють свою зритмічну структуру в процесі вимірювання.

Розроблені принципи алгоритмічної організації і шляхи покращення юлогічних характеристик ПАВ були враховані при створенні бібліоте-ірограмиих модулів типових вимірювальних і обчислювальних процедур. < оптимізації за точністними критеріями, модулі бібліотеки оптимі-

зовані згідно з мінімумом ємності пам'яті програм. Використання розроблених модулів обчислювальних процедур дозволяє знехтувати похибкою обчислень при реалізації ПАВ. Ємність їх ПЗ в 2 рази менша за об’ємом існуючих аналогічних бібліотек.

У четвертій главі розглянуті питання практичної реалізації тахометра автомата безпеки (ТАБ) протирозгінного захисту ротора турбогенератора. Прилад використовує оптимальний ПАВ і реалізований на базі МК К1816ВЕ48. При цьому досягнуто мінімально можливих апаратурних затрат і таких технічних характеристик: діапазон вимірювання 12-9999 об/хв,

абсолютна похибка вимірювання ± 0,57 об/хв, час вимірювання і перетворення 0,3 с. Експериментальне дослідження ПАВ проводилося з метою визначення похибок мір частоти і часу, що реалізуються у функціонально-логічній архітектурі МК, а також визначення коефіцієнта їх взаємної кореляції, який дорівнює р = - 0.981.

У додатку 1 наведений лістинг програми і результати моделювання похибки дискретності на основі уточненої математичної моделі.

У додатку 2 наведені вхідні дані і результати моделювання повної похибки вимірювання оптимальних ПАВ.

У додатку 3 - результати експериментальних досліджень ПАВ.

У додатку 4 - програмне забезпечення ТАБ.

У додатку 5 - документи, що підтверджують впровадження і використання результатів досліджень.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І висновки

1. Виконана систематизація ПАВ частотно-часових параметрів сигналів, на основі якої виявлені переваги методу коінциденції як базису оптимальних ПАВ. Доведена необхідність і можливість покращення їх метрологічних характеристик.

2. На основі виконаних досліджень запропоновані і розроблені процесорні алгоритми вимірювання, які характеризуються покращеними метрологічними характеристиками і мінімальними апаратурними затратами для їх реалізації.

3. Розроблена методика дискретного вибору оптимальних ПАВ за сукупністю показників якості з урахуванням жорстких обмежень на функціонально-логічну архітектуру використовуваних МК і параметри проектованого ВЧЧП

4. Внаслідок дослідження джерел похибок ВЧЧП на основі оптимальних ПАВ запропонована математична модель повної похибки, визначені і реалізовані шляхи їх зниження. Виконаний аналіз похибки дискретності дозволив

ести її уточнену математичну модель, придатну для дослідження гра-них метрологічних характеристик ПАВ.

На основі ММВБ розроблений алгоритм і ГЕПП для імітаційного моделю-ня похибок ВЧЧП на базі ПАВ.

Розроблені методи алгоритмічного апріорного виключення причин ви-нення інструментальних складових вислідної похибки, застосування х дозволило зменшити величини цих складових без алгоритмічного уск-нення ПАВ.

Запропонований метод об'єднання алгоритмів багатофункціональних [І на базі ПАВ, застосування якого дозволило зменшити в два рази докові затрати резидентно'! пам’яті програм МК при реалізації багато-кціональних ВЧЧП в два рази, і забезпечити при цьому можливість кціонування об’єднаного алгоритму в умовах можливих переривань. Розроблені адаптивні ПАВ ЧЧП, застосування яких дозволило уникнути ати швидкодії через виконання ПП обслуговування переривань, а також яьшити гнучкість вимірювального процесорного алгоритму за рахунок ифікації векторів переривань при їх обмеженій кількості.

Розроблені бібліотеки типових вимірювальних та обчислювальних про/р оптимізованих відповідно за метрологічним критерієм ефективності

и.ностю пам'яті програм, застосування яких дозволило автоматизувати зтотно скоротити процес проектування оптимальних ПАВ, а також знех-ати похибкою обчислювальних операцій.

На основі теоретичних досліджень практично реалізований і впровад-лй на Добротвірський ДРЕС спеціалізований тахометр автомата безпеки гирозгінного захисту ротора турбогенератора на основі ПАВ ЧЧП. Го-гься його серійний випуск у ВАГ "Промприлад".

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

(ирианаки Н. В., Мокренко П. В., Леськив И. Н., Самотый В. В., Зриш С.Ю. Вопросы теории и проектирования передающих полукомплектов систем телемеханики. - К.: УМК ВО, 1991. - 208 с.

Іитання теорії та проектування передавальних напівкомплектів систем телемеханіки/ М.В. Кіріанакі, П.В. Мокренко, І.М.Леськів.В.В. Само-?ий, С.Ю. Юріш/ Під ред. М. В. Кіріанакі,- К.: НМК ВО, 1991.-204 с. • Переклад з російського видання.

’лущенко К. А., Кирианаки Н. В., Котыло 0. Б., Юриш С.Ю. Измерители іастотно-временных параметров сигналов на базе ОЭВМ серии К1816 // 1икропроцессорные средства и системы. -1988.-N6.-С.80-82.

4. Кіріанакі М.В., Дейнега В.П., Юріш С. Ю. Мікропроцесорні тахометр нового покоління для турбогенераторів ДРЕС і АЕС //Вісник Державне го Університету "Львівська політехніка".-1995.- Вип.292.-С.52 - 6С

5. Кіріанакі М.В., Дейнега В.П., Юріш С. Ю., Мірошніков В. В., Шевчеь ко О.Ю. Спеціалізований тахометр для турбогенераторів //Вимірювань на техніка та метрологія. - 1995. - Вил.51. - С.81-84.

6. Кирианаки Н.В., Витер А.С., Котыло 0. Б., Юриш С. Ю. Универсальнь микропроцессорный частотомер //Приборы и системы управления.- 198?

- N8. - С.26 - 27.

7. Кирианаки Н.В., Юриш С.Ю. Использование микропроцессорных комплен тов в кодовых системах телеконгроля //Контрольно-измерительная тех ника. - 1988. - Вып.44. - С.29 - 36.

8. DeynegaV.P., Kirianaki N.V., Yurish S. Y. Microcontrollers Comps tible Smart Sensor of Rotation Parameters with Frequency Output / In Proceedings of Twenty-First European Solid-State Circuits Confe rence ESSCIRC’95, 19-21 September, Lille, FRANCE.-1995.-pp.346-34Є

9. Dudykevich V.B., Yurish S.Y. A modified Method of Algorithm Mergir //Pattern Recognition and Image Analysis, USA.-1994.-N3.-Vol.2. pp. 230 - 232.

10.Kirianaki N.V., Yurish S.Y. Intelligent Adaptive Systems of Tele metry //In Proceedings of International Conference on Programabl Devices and Systems (PDS'96), November 26-28, 1996, Ostrava, Czec Republic. - 1996. - pp. 224-231.

11.Kirianaki N. V., Yurish S. Y. Program Methods of Measurements fc Microcontrollers Based Measuring Instruments //In Proceedings с International Conference Programmable Devices and Systems PDS'9E 9-10.11.95, Gliwice, POLAND.- 1995. - pp.103-110.

12.Mokrenko P.V., Pavlyuk E.I., Yurish S.Y. Model of Quantum Converte of Current/Frequency with Shock Excitation// In Proceedings of Ir ternational IMEKO Workshop on ADC Modelling, May 7-9, 1996.- Smole nice Castle, Slovak Republic. - 1996. - pp.30-34.

13.Mokrenko P.V., Yurish S.Y. Digital Measuring Instruments of Direc Current with Quantum Caesium Converter //In Proceedings of 6th Ir ternational Conference on Industrial Metrology (СІМГ95), Oct 25-27, 1995. - Zaragoza, SPAIN. - 1995. - pp. 158-166.

14.Yurish S.Y., Dudykevich V.B. Microelectronics CAD Education and re searches: Where is Ukraine Going ? //In Proceedings of 1st Еигорег Workshop on Microelectronics Education, 5-6 February, 1996. Villard de Lans, FRANCE. - 1996. - p.38.

Yurish S. Y., Dudykevych V.B., Mokrenko P.V. Program-simulated methods of frequency-time measurements for virtual measuring systems// In Proceedings of 6th International Conference on Industrial Metrology (СІМГ95), Oct.25-27, 1995.-Zaragoza, SPAIN.-1995.-pp.249-256. Yurish S. Y., Kirianaki N.V. A modified Method of Algorithm Merging for DSP //In Proceedings of Workshop on Design, Methodologies for Signal Processing, Aug. 28-30, 1996. - Zakopane, POLAND. - 1996.-

pp.81-84.

Yurish S.Y., Kirianaki N.V. Hardware/Software Co-synthesis Methodology for Single-chip Microcomputer Based Converters //In Proceedings of International Conference Programmable Devices and Systems PDS’95, 9-10.11.95, Gliwice, POLAND.- 1995.- pp.153-157. '

Yurish S.Y., Kirianaki N.V. Single-Chip Microcontrollers in Industrial Measuring System //In Proceedings of' International Conference on Programmable Devices and Systems (PDS’96), November 26-28, 1996, Ostrava, Czech Republic.-1996. - pp. 133-140.

Yurish S.Y., Mokrenko P.V. Program-Simulated Methods for Frequency/ Code Converters //In Proceedings of International IMEKO Workshop on ADC Modelling, May 7-9, 1996.- Smolenice Castle, Slovak Republic.

- 1996. - pp. 35 - 40.

A.c. 1372245 СССР, G01R 23/02. Цифровой частотомер /А. С. Витер,

B.Б. Дудыкевич, О.Б. Котыло, В.И. Отенко, С.Ю. Юриш.1988, БИ N5.

А.с.1531020 СССР, G01R 23/02. Преобразователь частота-код/А. С. Витер, В.Б.Дудыкевич, О.Б. Котыло, С.Ю. Юриш. 1989, БИ N47.

А.с. 1803882 СССР, G01R 25/00. Преобразователь фаза-код/ В. Б'. Дуды-кевич, В. Н. Максимович, В. И. Отенко, С. Ю. Юриш, В. Я. Супьян,

C. Н. Горбатюк. 1993, БИ N11.

Дудыкевич В.Б., Котыло О.Б., Стрилецкий 3.М., Юриш С. Ю. Цифро-час-тотный преобразователь, управляемый микропроцессорной системой.-М., 1987. - 13 с. Деп. В ЦНИИТЭИ, N3727, пр.87.

Дудикевич В. Б., Юріш С. Ю. Використання сучасних однокрисгальних мікроконтролерів у вимірювачах частотно-фазочасових сигналів // Контроль и управление в технических системах. Тез.докл. 3-й Международной научн. технин. конф.18-21 сентября 1995 г.: В 2 т. - Винница, 1995. - Т.2. - С.276 - 277.

Дудикевич В.Б., Юріш С.Ю. Синтез процесорних алгоритмів програмних способів вимірювання частотно-фазочасових параметрів сигналів // Контроль и управление в технических системах. Тез. докл. 3-й Международной научно-технин. конф. 18-21 сентября 1995 г.: В 2 т. - Вин-

- 16 -

ница, 1995. - Т.2. - С.282 - 283.

26.Дудыкевич В. Б., Котыло 0. Б., Стрилецкий 3. М., Юриш С. Ю. Цифре частотные преобразователи в измерителях частотно-временных парамеч ров электрических сигналов, управляемых микропроцессорными систем« ми // Интегрирующие частотные время-импульсные преобразователи цифровые средства измерения на их основе. Тез.докл. зонального сб минара 18-19 мая 1987 г. - Пенза, 1987. - С.60-62.

27.Дудыкевич В.Б., Отенко В.И., Юриш С.Ю. Микропроцессорные цифро-час тотные специализированные процессоры // Применение вычислительно техники и математических методов в научных исследованиях. Тез.дога: научно-техн. конф. - Севастополь, 1990.- С.171-172.

28.Дудыкевич В.Б., Стрилецкий З.М., Юриш С.Ю. Однокристальные микроЭЕ в адаптирующихся системах экспериментальных исследований частотно временных параметров электрических сигналов //Применение вычисли тельной техники и математических методов в научных и экономически исследованиях. Тез.докл. научно-техн. конф.- Киев, 1989.-С.105-106

29.Дудыкевич В.Б., Юриш С.Ю. Адаптивные способы измерения частотно фазовременных параметров электрических сигналов //Контроль и управ ление в технических системах. Тез.докл. научно-техн. конф. стра Содружества Независимых Государств 8-10 сентября 1992 г. - Винница 1992. - С.89 - 90.

30.Дудыкевич В.Б., Юриш С.Ю. Анализ и оптимизация структур процессор ных алгоритмов программных способов измерения //Применение вычисли тельной техники и математических методов в научных и экономически исследованиях. Тез. докл. научно-техн. конф. - Киев, 1991. - С.76.

31.Дудыкевич В.Б., Юриш С.Ю. Математическая модель погрешности кванто вания оригинального варианта метода дискретного счета для измерени: частотно-временных параметров //Вимірювальна та обчислювальна тех' ніка в технологічних процесах і конверсії виробництва. Тез. доп.ІІ науково-техн. конф. 23-25 травня 1995 р.-Хмельницький, 1995.-С.117

32.Дудыкевич В.Б., Юриш С.Ю. Метод объединения алгоритмов программны; способов измерения частотно-фазовременных параметров сигналов //Радиотехнические системы (навигации, связи), средства измерений и новые информационные технологии. Тез. докл. научно-техн. конф. с международным участием 16 - 18 сентября 1992 г. - Красноярск, 1992. -

С.61 - 65.

33.Дудыкевич В.Б., Юриш С.Ю. Метрологический анализ программных способов измерения частотно-временных параметров сигналов при помощі имитационного моделирования //Применение вычислительной техники 1

математических методов в научных исследованиях. Тез. докл. научно-рехн. конф. - Севастополь, 1990. - С.190 - 191.

1удыкевич В. Б., Юриш С. Ю. Перспективы использования программных способов измерения частотно-временных параметров сигналов в области :редних и высоких частот //Современные методы радиоизмерений в диа-іазонах высоких частот (ВЧ) и сверхвысоких частот (СВЧ). Тез. докл. Региональной научно-техн. конф. 17-19 сентября 1991 г.-Новосибирск,

1991. - С.87.

(удыкевич В.Б., Юриш С.Ю. Преобразователи фазовых сдвигов к микро-іроцессорньїм частотомерам на базе однокристальных микроэвм //Современные проблемы фазоизмерительной техники. Тез.докл. Всесоюзной на-Ліно-техн. конф. 18-22 сентября 1989 г.-Красноярск, 1989. - С.9-10. (ирианаки Н. В., Дейнега В. П., Юриш С. Ю. Тахометр для настройки и испытания противоразгонной защиты турбогенераторов //Контроль и управление в технических системах. Тез.докл. научно-техн. конф. стран Содружества Независимых Государств 8-10 сентября 1992 г. - Винница,

1992. .- С. 246 - 247. , . .

<ирианаки Н. В., Юриш С. Ю. Новый метод прецизионного измерения и контроля частотно-фазовременных параметров сигналов //Метрологія та вимірювальна техніка (Метрологія-95). Тез.доп. Української науково-гехн.конф. 10-13 жовтня 1995 р.- Харків, 1995.- С.164.

•Сирианаки Н. В., Юриш С. Ю. Программные способы измерения частотно-^азовременных параметров сигналов на базе метода коинциденции //Радиотехнические системы (навигации, связи), средства измерений и новые информационные технологии. Тез. докл. научно-техн. конф. с международным участием 16 - 18 сентября 1992 г.- Красноярск, 1992.-:.79-84. '

<ирианаки Н. В., Юриш С. Ю. Системное проектирование многофункциональных тахометров и виртуальных тахометрических систем //Метрологія та вимірювальна техніка (Метрологія-95). Тез. доп. Української иауково-техн. конф. 10-13 жовтня 1995 р. - Харків, 1995. - С.109. Ориш С.Ю. Анализ и синтез алгоритмов программных способов измерения частотно-временных параметров сигналов цифровых информационных систем //Цифровая обработка сигналов в системах связи и управления. Гез.докл. Межрегиональной научно-техн. конф. - Львов, 1992. - С.22. Ориш С.Ю. Программные способы измерения частотно-временных параметров электрических сигналов // Метрологія та вимірювальна техніка (Метрологія-95). Тез. доп . Української науково-техн. конф. 10 - 13 ковтня 1995 р. - Харків, 1995. - С.176.

Юриш С.Ю. Процессорные алгоритмы и измерители частотно-временных параметров электрических сигналов (на базе метода коинци-денции).

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.05 - приборы и методы измерения электрических и магнитных величин, Государственный Университет "Львовская Политехника", Львов, 1997.

Защищается 41 научная работа, которые содержат теоретические исследования и практические реализации процессорных алгоритмов измерения (ПАИ) частотно-временных параметров электрических сигналов на базе метода коинциденции. Предложены оптимальные ПАИ и измери-те-ли, обладающие минимальными аппаратурными затратами. Разработана методика дискретного выбора оптимальных ПАЙ и методы коррекции погрешностей. Предложена уточненная математическая модель погрешности дискретности и регрессионная модель полной погрешности оптимального ПАИ.

Yurish S. Y. Progrm-oriented Methods and Measuring Instruments for Frequency-Time Parameters of Electric Signals (based on coincidence measuring method).

PhD thesis according to the speciality 05.11.05 - Instruments and Methods of Measurements of Electrical and Magnetic Quantities, State University Lviv Polytechnic, Lviv, 1997.

The PhD thesis based on the 41 scientific works are submitted for the defence. It contain the theoretical researches and practical realizations of program-oriented methods of measurements (PMM) for frequency-time parameters of electric signals based on the method of coincidence. The optimum PMM and instruments are of-ferred. They have a minimum possible hardware. The technique of discrete choosing of the optimum PMM and correction methods for errors are developed. The specified mathematical model for the quantization error and regressive model for the total error of the optimum PWM are described.

Ключові слова: процесорні алгоритми вимірювання, частота,

час, похибка дискретності, метод коінциденції, вектоона оптиміза-ція, мікроконтролер, моделювання, корекція.