автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Синтез измерительных устройств и систем с итерационной коррекцией погрешностей

ВВЕДЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ .II

ГЛАВА I. АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ -ИТЕРАЦИОННЫЙ ПОДХОД

1.1. Алгоритм последовательного уравноввшивающего преобразования

1.1.1. Метод постоянного шага

1.1.2. Метод деления отрезка

1.2. Параллельный способ измерения

1.3. Алгоритм параллельно-последовательного уравновешивающего преобразования

1.3.1. Стационарные алгоритмы

1.3.2. Нестационарные алгоритмы

1.4. Уравновешивающее преобразование - предельная разновидность

1.5. Условия сходимости алгоритмов

1.6. Алгоритмы взвешивающего кодирования

1.7. Стохастические алгоритмы измерения

1.7.1. Стохастическое уравновешивание

1.7.2. Стохастическое взвешивающее кодирование

1.8. Классификация алгоритмов аналого-цифрового преобразования

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 2. ИТЕРАЦИОННАЯ КОРРЕКЦИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. Постановка задачи

2.2. Метод постоянного шага

2.3. Метод секущих

2.4. Метод секущих с закрепленным концом

2.5. Метод парабол

2.6. Стохастические алгоритмы итерационной коррекции погрешностей

2.7. Условия сходимости алгоритмов итерационной коррекции погрешностей измерений

2.8. Индекс эффективности алгоритмов итерационной коррекции погрешностей

2.8.1. Метод постоянного шага

2.8.2. Метод секущих

2.8.2.1. Медленнодействующие АЦП

2.8.2.2. АЦП среднего быстродействия

2.8.2.3. Быстродействующие АЦП

2.8.3. Метод парабол

2.8.3.1. Медленнодействующие АЦП

2.8.3.2. АЦП среднего быстродействия

2.8.3.3. Быстродействующие АЦП

2.9. Комбинированные (смешанные) алгоритмы итерационной коррекции погрешностей измерений

2.10. Связь задачи итерационной коррекции погрешностей измерений с задачами оптимизации

2.11. Классификация алгоритмов итерационной коррекции погрешностей измерений

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 3. ИТЕРАЦИОННЫЕ АНАЛОГОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕМЕННЫХ СИГНАЛОВ

3.1. Постановка задачи

3.2. Анализ статических погрешностей итерационного преобразователя

3.3. Итерационные аналоговые преобразователи сред-неквадратических значений

3.4. Итерационные аналоговые преобразователи средних, средневыпрямленных и амплитудных значений . НО

3.5. Итерационные аналоговые преобразователи средней мощности переменных сигналов .ИЗ

3.6. Многофункциональные итерационные аналоговые измерительные преобразователи

3.7. Итерационные аналоговые измерительные преобразователи с адаптацией

3.8. Классификация алгоритмов итерационного преобразования параметров переменных сигналов в постоянный сигнал

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИТЕРАЦИОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ НА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ОСНОВЕ

4.1. Многоканальная аналого-цифровая система сбора данных

4.2. Сопряжение микропроцессора с внешними устройствами

4.2.1. Использование команд ввода-вывода

4.2.2. Использование команд обращения к ОЗУ

4.3. Программирование системы

4.3.1. Подпрограмма correctioiî .i

4.4. Многоканальная итерационная измерительная система обработки переменных сигналов произвольной формы

ВЫВОДЫ

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Проблема повышения точности - одна из традиционных проблем измерительной техники, а ее успешное решение является необходимой предпосылкой дам создания новых более совершенных средств измерений.

Широкое привлечение средств информационно-измерительной техники для решения различных прикладных задач диктует необходимость создания измерительных устройств и систем с гарантированно высокими метрологическими характеристиками в течение всего срока эксплуатации. Высокие требования к точности предъявляются и в тех случаях, когда рассматриваемое средство измерений включено в нижний, информационно-измерительный уровень иерархической системы управления. В этих случаях точность средств измерений оказывает прямое влияние на точность управления технологическими режимами, а, следовательно, и на качество выходного продукта.

Для решения задачи повышения точности в настоящей работе последовательно используется метод итерационной коррекции погрешностей измерений, развивающий кибернетический подход к проблеме повышения качества измерительных процедур. К числу основных достоинств метода итерационной коррекции следует отнести, прежде всего, универсальность, что вызвано применимостью метода к широкому кругу измерительных устройств и систем, и высокую точность, обусловленную способностью метода исключать систематические погрешности из результата измерений.

До последнего времени теория итерационной коррекции погрешностей была представлена в основном двумя алгоритмами - так называемыми аддитивным и мультипликативным алгоритмами итерационной коррекции, которые не могли в полной мере удовлетворить запросам теории и практики измерений. Требовались новые, более эффективные алгоритмы итерационной коррекции, ориентированные на измерение параметров как постоянных, как и переменных сигналов различной природы и формы.

Цель настоящей работы - синтез новых, более эффективных, в смысле быстродействия и точности, алгоритмов итерационной коррекции погрешностей измерений параметров постоянных и переменных сигналов и синтез структур измерительных устройств и систем на основе полученных алгоритмов.

В соответствии со сформулированной целью в работе ставились и решались следугацие задачи.

1. Разработка итерационной модели процессов аналого-цифрового преобразования и анализ на ее основе алгоритмов уравновешивающего преобразования и взвешивавшего кодирования.

2. Разработка алгоритмической модели процессов итерационной коррекции погрешностей измерений и получение на ее основе новых более эффективных алгоритмов итерационной коррекции.

3. Разработка критерия объективного количественного сравнения эффективности различных частных алгоритмов итерационной коррекции погрешностей.

4. Синтез алгоритмов и структур итерационной аналоговой и итерационной аналого-цифровой обработки переменных сигналов произвольной формы.

Научная новизна полученных в работе теоретических результатов выражается в следующем.

1. Синтезированы обобщенные алгоритмы уравновешивающего преобразования и взвешивающего кодирования, с помощью которых предложен ряд новых алгоритмов измерения.

2. Синтезирован обобщенный алгоритм итерационной коррекции погрешностей измерений, описывающий множество частных алгоритмов итерационной коррекции.

3. Синтезированы шесть новых эффективных алгоритмов итерационной коррекции погрешностей измерений, црименение которых позволяет повысить качество итерационной коррекции.

4. Разработан критерий объективного количественного анализа эффективности различных алгоритмов итерационной коррекции.

5. Синтезированы новые алгоритмы и структуры итерационной аналоговой и итерационной аналого-цифровой обработки переменных сигналов произвольной формы (в том числе алгоритмы итерационного измерения р -норм переменных сигналов).

Полученные в работе результаты нашли применение в подсистеме метрологического обеспечения автоматизированной системы научных исследований в области физико-технических проблем энергетики (АСНИЭП) для института физико-технических проблем энергетики АН Литовской ССР. Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанных методов итерационного повышения точности измерений составляет 31,7 тысяч рублей в год.

Использованный в работе теоретический аппарат составляют -теория методов коррекции погрешностей измерений, теория методов последовательных приближений, теория адаптивных устройств и сио-тем, теория оптимизации.

Решению основной задачи работы - коррекции погрешностей измерений - предшествует анализ самих процессов измерений и разработка итерационной модели процессов уравновешивавшего преобразования и взвешивающего кодирования. Результатом проведенных исследований явился синтез обобщенных итерационных алгоритмов уравновешивающего преобразования и взвешивающего кодирования. С использованием полученных обобщенных алгоритмов последовательно рассмотрены существующие алгоритмы аналого-цифрового преобразования. Показано, что указанные алгоритмы являются частными случаями соответствующих обобщенных алгоритмов и могут быть получены из них заданием правила выбора шага на каждой итерации.

Предложен также ряд новых алгоритмов аналого-цифрового преобразования.

Решение основной задачи работы потребовало разработки единого общего подхода к исследованию процессов итерационной коррекции погрешностей измерений. Основой такого подхода явился обобщенный алгоритм итерационной коррекции погрешностей, включающий в себя множество частных алгоритмов итерационной коррекции погрешностей измерений, в том числе и известные аддитивный и мультипликативный алгоритмы.

Использование предложенного обобщенного подхода позволило автору синтезировать шесть новых эффективных алгоритмов итерационной коррекции, позволяющих повысить качество коррекции. Выявлен новый тип алгоритмов коррекции - так называемый стохастические алгоритмы итерационной коррекции.

Появление большого количества алгоритмов итерационной коррекции выдвинуло задачу разработать методику объективного количественного сравнения эффективности различных частных алгоритмов итерационной коррекции. Для этого в работе впервые предложен критерий, названный индексом эффективности алгоритмов итерационной коррекции погрешностей измерений. Его использование позволило очертить области наиболее эффективного применения рассматриваемых алгоритмов, а также дало возможность предложить новую разновидность алгоритмов итерационной коррекции погрешностей, названную комбинированным (смешанным) алгоритмом итерационной коррекции.

Предложенная в работе итерационная модель далее обобщается на задачи итерационной аналоговой и итерационной аналого-цифровой обработки переменных сигналов произвольной формы. Алгоритмической основой здесь, как и ранее, служит обобщенный алгоритм итерационной коррекции погрешностей. Рассмотрены особенности построения итерационных измерительных устройств и систем на микропроцессорной основе.

Автор защищает:

1. Обобщенные итерационные алгоритмы уравновешивавдего преобразования и взвешивавшего кодирования.

2. Обобщенный алгоритм итерационной коррекции и шесть новых эффективных алгоритмов итерационной коррекции погрешностей.

3. Методику количественного анализа эффективности конкурирующих алгоритмов итерационной коррекции погрешностей.

4. Метод итерационного измерения функционалов переменных сигналов произвольной формы, в том числе - измерение р -норм сигналов.

5. Структуру итерационной измерительной системы аналого-цифровой обработки переменных сигналов.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Р(0 - функция преобразования (характеристика) корректируемого измерительного тракта

У(2) - функция преобразования (характеристика) цифро-аналогового преобразователя опорного канала ф(х) - характеристика функционального преобразователя [(.) - оператор интегрирования X* - измеряемая аналоговая величина

- результат аналого-цифрового преобразования измеряемой величины

- искомый кодовый эквивалент измеряемой величины 2 - код, записываемый в регистр ЦАП опорного канала - выходная величина корректируемого измерительного тракта П - номер итерации у(п) - параметр обобщенного алгоритма, называемый шагом ^ - оптимальное значение шага §а5с(п) - абсолютная погрешность на ГЬ -ой итерации (5отн(/г) - относительная погрешность на п -ой итерации Тр - время, затрачиваемое на определение Р[Ч>(%п)]

- время, затрачиваемое процессором на каждой итерации на вычисление шага у(Л-) и его умножение на число

Ттакт - тактовый период вычислительного устройства (процессора) Шрдзр - время "отработки" одного двоичного разряда искомого кода в процессе аналого-цифрового преобразования

Тумн - время, затрачиваемое процессором на выполнение одной операции умножения

J(•) - критерий оптимальности (критерий качества) jl - параметр, характеризующей скорость сходимости процессов итерационной коррекции погрешностей

П - порядок алгоритмов итерационной коррекции погрешностей измерений

Э - индекс эффективности алгоритмов итерационной коррекции погрешностей измерений оL - мультипликативная погрешность ß - аддитивная погрешность correction - подпрограмма коррекции, реализующая обобщенный алгоритм итерационной коррекции погрешностей gamma - подпрограмма вычисления шага у(П) в обобщенном алгоритме итерационной коррекции погрешностей

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Впервые разработана итерационная алгоритмическая модель процессов аналого-цифрового преобразования, в основу которой положены обобщенные алгоритмы уравновешващего преобразования и взвешивавшего кодирования, синтезированные в работе.

С помощью разработанной итерационной модели предложен ряд новых алгоритмов измерения, в том числе полиадический алгоритм, приводящий к полиадической системе счисления. Синтезирована структура АЦП, работающего одновременно в нескольких системах счисления и позволяющего повышать точность измерений за счет контроля и исправления ошибок в реальном масштабе времени.

2. Разработана алгоритмическая модель процессов итерационной коррекции погрешностей и впервые синтезирован обобщенный алгоритм итерационной коррекции погрешностей измерений, описывающий множество частных разновидностей алгоритмов итерационной коррекции. Доказано, что различные частные алгоритмы итерационной коррекции могут быть получены из обобщенного алгоритма конкретным заданием правила выбора шага на каждой итерации. Доказано также, что обоснованный целенаправленный выбор шага алгоритма позволяет оптимизировать быстродействие соответствующих итерационных измерительных устройств и систем.

3. Впервые в теории итерационной коррекции погрешностей предложены шесть новых эффективных алгоритмов итерационной коррекции, среди которых - метод секущих с закрепленным концом, метод парабол и другие алгоритмы, использование которых позволяет повысить точность (быстродействие) итерационных измерительных структур. Показано, что среди предложенных новых алгоритмов итерационной коррекции особое место занимает метод секущих, выгодно отличающийся своей универсальностью, относительной простотой и высокой скоростью сходимости.

4. Исследована скорость убывания погрешностей в процессе итерационной коррекции для трактов измерения различного типа -как с линейной, так и с существенно нелинейной функцией преобразования. Доказано, что для нелинейных трактов каждая итерация по методу секущих позволяет уменьшать относительную погрешность, в среднем, в 8-10 раз. Для линейных трактов измерения указанный алгоритм является оптимальным и обеспечивает коррекцию систематических погрешностей всего за одну итерацию.

5. Впервые в теории итерационной коррекции погрешностей предложен критерий объективного количественного сравнения эффективности различных алгоритмов итерационной коррекции. С помощью предложенного критерия, названного индексом эффективности, проведен сравнительный анализ рассматриваемых алгоритмов итерационной коррекции и определены области их наиболее эффективного использования.

6. Предложен новый, комбинированный алгоритм итерационной коррекции погрешностей измерений и проведен анализ его свойств. Определены условия, при которых предложенный алгоритм превосходит другие алгоритмы итерационной коррекции погрешностей.

Отмечены преимущества предложенного комбинированного алгоритма в многоканальных измерительных устройствах и системах. Показано, что применение комбинированного алгоритма позволяет сократить сопряженные вычислительные затраты, обеспечивая при этом высокую скорость убывания погрешностей измерений.

7. С единых общих позиций рассмотрена задача итерационной аналоговой обработки переменных сигналов произвольной формы. Синтезированы обобщенные структуры преобразователей с одновременным и разновременным сравнением. Показано, что систематические погрешности тракта измерения рассматриваемых преобразователей корректируются и в пределе не оказывают влияния на результат преобразования.

8. Впервые предложен новый эффективный алгоритм итерационного измерения среднеквадратических значении, соответствующий классическому методу Ньютона. Показано, что предложенный алгоритм итерационного измерительного преобразования обеспечивает нахождение искомого значения при любых значениях начальной погрешности, при этом каждая дополнительная итерация позволяет уменьшать относительную погрешность, в среднем, в 10-12 раз.

9. Синтезированы структуры итерационных аналоговых измерительных преобразователей средних, средневыпрямленных и амплитудных значении, а также итерационных преобразователей средней мощности переменных сигналов произвольной формы. Доказано, что соответствующим выбором шага используемого алгоритма итерационной коррекции можно оптимизировать быстродействие рассматриваемых итерационных преобразователей, сводя требуемое количество итераций к минимально возможной величине, равной единице.

10. Рассмотрены итерационные аналоговые измерительные преобразователи с адаптацией. Получен алгоритм и синтезирована структура адаптивного измерительного преобразователя средних, средне-выпрямленных и амплитудных значений, а также средней мощности переменных сигналов произвольной формы. Показано, что привлечение идей адаптации в рамках рассматриваемой итерационной модели позволяет синтезировать структуры самооптимизирующихся измерительных преобразователей и повышает качество их функционирования.

II; Рассмотрены принципы построения итерационных измерительных устройств и систем на основе средств современной микропроцессорной техники. Синтезирована структура многоканальной итерационной измерительной системы аналого-цифровой обработки переменных сигналов произвольной формы. Показано, что синтезированная структура обеспечивает высокоточное измерение самых различных характеристик исследуемых сигналов, в их числе - мощность, средние, средневыпрямленные и среднеквадратические значения, р-нормы сигналов произвольной природы и формы и другие функционалы. Доказано, что, по сравнению с традиционными системами, итерационные измерительные системы обладают большей точностью, универсальностью и меньшими аппаратно-программными затратами, а, следовательно, обладают большей экономической и метрологической эффективностью.

12. Полученные в работе теоретические результаты использованы в подсистеме метрологического обеспечения автоматизированной системы научных исследований в области физико-технических проблем энергетики (АСНИЭП). Включенные в состав подсистемы алгоритмы итерационной коррекции повышают метрологическую эффективность автоматизированной системы АСНИЭП, обеспечивая заданную точность в широком диапазоне начальных погрешностей аналого-цифрового измерительного тракта системы при минимальном количестве циклов коррекции. В качестве системной многозначной меры использован серийный программно управляемый калибратор напряжений.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения предложенных в работе методов итерационного повышения точности измерений составляет 31,7 тысяч рублей в год.

В заключение отметим, что полученные соотношения и выводы в полной мере применимы и для преобразователей средних и амплитудных значений, рассмотренных выше.

3.5. Итерационные аналоговые преобразователи средней мощности переменных сигналов

Измерение мощности, выделяемой переменным сигналом на активной нагрузке - одна из весьма распространенных задач измерительной техники. Дня ее решения разработан ряд методов и подходов, которым посвящены соответствующие исследования [54, 76, 77] .

Ниже исследуется возможность построения преобразователя средней мощности, в основу работы которого положен метод итераций. Рассмотрим структуру, точностные возможности, а также алгоритмы функционирования указанного преобразователя.

Как известно, мощность Р переменного сигнала X(t), выделяемая на активной нагрузке сопротивлением /?н , определяется выражением:

3.34) О

Дня решения поставленной задачи, как и ранее, воспользуемся методом замещения. Будем искать некоторое эквивалентное постоянное напряжение, выделяющее на нагрузке то же значение мощности, что и исследуемый переменный сигнал: т . . Т

1 ЙН т Л 1 о

ЛЬсИ (3.35) где Хоп - опорное напряжение. Из последнего выражения имеем:

Г Т о о

Сравнивая выражения (3.36) и (3.12), приходим к выводу, что рас0 сматриваемая задача итерационного преобразования мощности соответствует постановке задачи (3.12), рассмотренной ранее. При этом интегральному значению квадрата переменного сигнала Х({) ставится в соответствие интегральное значение произведения двух постоянных сигналов, один из которых фиксирован по уровню ( Хоп ).

Для отыскания значения X* , соответствующего (3.36), воспользуемся обобщенным алгоритмом (3.13), который в данном случае имеет вид:

Г Т хп+1 =ХП-/(П){А¡Хо„-ХлсИ-А]хи)сИ} . (3.37)

О о

Структурная схема итерационного преобразователя, соответствующего алгоритму измерения (3.37), приведена на рис.3.7) (М7 -множительное устройство).

Работа преобразователя происходит итерационно, при этом каждая итерация, как обычно, состоит из трех тактов.

Первый такт - ключ находится в положении I. Ключ Д? замкнут, ключи и 184 разомкнуты.

Ключ Йи - в положении I. Входной сигнал Х(Ь) подается на оба входа множительного устройства, производится интегрирование квадрата входного сигнала за время Т.

Второй такт - ключ 5, , переводится в положение 2. Ключ ^ замкнут, ключи & и 84 разомкнуты.

Ключ 5// - в положении 2. Производится интегрирование за время Т произведения (Хоп' Хп/ ).

Третий такт - ключи & и разомкнуты. Ключ 34 переписывает напряжение с выхода интегратора в схему выборки-хранения.

С ростом числа итераций напряжение на выходе преобразовате

Рис. 3.7. Итерационный аналоговый измерительный преобразователь средней мощности переменных сигналов. ля стремится к X* , при этом: т

Т Т

3.38)

О о

В установившемся режиме выходная величина преобразователя связана с входным переменным сигналом выражением:

X.- ' ' т х'(*)(# . (3.39) О Хо„ Т

Таким образом, рассмотренный преобразователь является итерационным измерительным преобразователем средней мощности переменных сигналов. Сравнивая структуру преобразователя по рис.3.I со структурой по рис.3.7, приходим к выводу, что в рассматриваемом случае блок ФС*0 представляет собой множительное устройство, в один из входов которого включен дополнительный ключ 5// .

Пусть в качестве блока ФОО используется множительное устройство, характеристика которого определяется выражением: где Ы)ф и о(2<р - погрешности коэффициента передачи (чувствительности) соответственно по первому и второму входу множительного устройства, уЗ(£ - приведенная к выходу аддитивная погрешность множительного устройства [78,79] .

Требования к погрешностям остальных блоков определены в пункте 3.2, где проведен анализ статических погрешностей итерационного преобразовтеля. С учетом сделанных замечаний величина А , характеризующая влияние мультипликативной погрешности (А = ), определится выражением:

3.40)

Аддитивная погрешность 8 всего преобразователя, как и ранее, корректируется после первой же итерации. Влияние мультипликативной погрешности , как это следует из (3.38), с ростом числа итераций резко уменьшается и в пределе, в установившемся режиме, она оказывается полностью скорректированной.

Рассмотрим теперь как должен быть выбран шаг jf(n) , чтобы необходимое количество итераций было минимальным. Для этого сначала получим оценку скорости убывания абсолютной погрешности.

Вычтем из обеих частей (3.37), тогда с учетом (3.39) получим:

Хп*ГХ*=[!-Х(")АхопТ](Хп-Х*)- (3.41)

Очевидно, чем меньше по модулю выражение on I J » тем выше быстродействие рассматриваемого итерационного преобразователя. С выбором шага у(П) , равным

ГС«>~ ' (3.42) необходимое количество итераций сведется к минимально возможной величине, равной единице.

Таким образом, и в данном случае обоснованный выбор шага позволяет оптимизировать быстродействие итерационного преобразователя.

3.6. Многофункциональные итерационные аналоговые измерительные преобразователи

Рассмотренный на рис.3.7 итерационный измерительный преобразователь мощности является и преобразователем среднеквадратических значений, если ключ в течение всего времени работы преобразователя находится в положении I. В этом случае множительное устройство на входе преобразователя становится квадратором, а работа всего преобразователя в целом описывается алгоритмом (3.21), рассмотренным выше.

Если ключ в преобразователе по рис.3.7 в течение всего времени работы находится в положении 2, то рассматриваемый итерационный преобразователь мощности становится итерационным преобразователем средних значений, алгоритм работы которого имеет вид:

Хл+/ -X* - у (П)|Л [Х0пхп сИ-А1х0ПХ(Ш{}.

1 о о

С ростом числа итераций выходная величина преобразователя стремится к среднему значению входного переменного сигнала.

1 Т

Хгь , о

Быстродействие итерационного преобразователя по рис.3.7 в режиме измерения средних значений оказывается таким же, как и при измерении мощности, а скорость убывания абсолютной погрешности определяется выражением (3.41). Выбирая шаг у(п) в соответствии с (3.42), можно оптимизировать быстродействие преобразователя.

Существует еще одна интересная возможность, реализуемая преобразователем по рис.3.7 и связанная с задачами линеаризации.

Для многих важных в прикладном аспекте задач существует большая группа первичных измерительных преобразователей (датчиков) характеристика которых квадратична. Для обеспечения линейного отсчета в этих случаях требуются дополнительные меры по линеаризации характеристики первичного преобразователя, что достигается включением отдельного корнеизвлекаицего устройства. При этом для территориально разнесенных объектов корнеизвлекающее устройство может быть соединено с первичным измерительным преобразователем через соответствующую линию связи, подверженную в условиях промышленных применений действию различных помех. Это предполагает введение дополнительных устройств для фильтрации помех.

Рассматриваемый итерационный преобразователь, совмещая в себе свойства линеаризатора и фильтра, позволяет выполнить обе необходимые здесь функции. Для этого необходимо в первом и втором тактах на каждой итерации устанавливать ключ Л// соответственно в положение 2 и в положение I. Коммутация остальных ключей остается без изменений.

Работа преобразователя в этом случае описывается следующим итерационным алгоритмом:

Т Т

Хгь-1(п)1А\х2Г1сИ-А1х0П-ха)(Н1 . * о о

С ростом числа итераций выходная величина преобразователя стремится к своему установившемуся значению

Из приведенного выражения следует, что преобразователь по рис.3.7 в рассматриваемом режиме работы осуществляет линеаризацию квадратичных характеристик, первичных измерительных преобразователей, при этом предварительное интегрирование входного сигнала обеспечивает эффективное помехоподавление. Быстродействие преобразователя в режиме линеаризации такое же, как и при измерении среднеквадратических значений.

Таким образом, итерационный аналоговый измерительный преобразователь по рис.3.7 позволяет по выбору измерять среднюю мощность, средние и среднеквадратические значения переменных сигналов произвольной формы, а также осуществляет линеаризацию квадратичных характеристик первичных преобразователей при высоком по-мехоподавлении. Важно подчеркнуть, что переход с режима на режим в рассмотренном многофункциональном измерительном преобразователе осуществляется лишь за счет изменения правила коммутации ключа (табл.3.2). Это обеспечивает максимальное использование всех узлов и блоков преобразователя, а, следовательно, минимальную избыточность.

Другой подход к созданию многофункциональных измерительных преобразователей параметров переменных сигналов реализован итерационным преобразователем по рис.3.8 и основан на использовании набора входных блоков 0(Х) с заданными характеристиками. Подключение требуемого блока здесь осуществляется переключателем , управление которым может производиться как вручную, так и дистанционно, программным путем. Последнее обстоятельство позволяет включать рассматриваемый многофункциональный преобразователь в измерительные тракты систем измерения, контроля и управления, обеспечивая при этом высокую точность преобразования, сочетающуюся с универсальностью и технической простотой.

3.7. Итерационные аналоговые измерительные преобразователи с адаптацией

Рассмотренные выше итерационные аналоговые преобразователи средних, средневыпрямленных и амплитудных значений, а также преобразователи средней мощности переменных сигналов обладают одним общим свойством - для каждого из них существует соответствующее оптимальное значение шага Д. , при котором требуемое количество итераций минимально и равно единице. Выбор такого оптимального значения шага основан на текущей информации о характеристике

1. Алиев Т.М., Шекиханов A.M. Обобщенный алгоритм итерационной коррекции погрешностей цифровых измерительных приборов. -В кн.: Тезисы докладов Всесоюзной конференции ИИС-79, Л., 1979, с. 26-27.

2. Алиев Т.М., Шекиханов A.M. Итерационная теория измерений.- В кн.: Тезисы докладов Всесоюзной конференции ИИС-81, Львов, 1981, ч.1, с. 59-61.

3. Цифровые электроизмерительные приборы /Под ред. В.М.Шяян-дина. М.: Энергия, 1972, -400 с.

4. Рыжевский А.Г., Шляндин В.М. Об общности методов аналого-цифрового преобразования. В кн.: Труды симпозиума "Проблемы создания преобразователей формы информации, "Киев, Изд-во института Кибернетики АН УССР, 1970, с. 84-96.

5. Шляндин В.М. Цифровые измерительные устройства. М. : Высшая школа, 1981, -335 с.

6. Кавалеров Г.И., Мандельштам С.М. Введение в информационную теорию измерений. М.: Энергия, 1974, -376 с.

7. Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств. Л.: Энергия, Ленинград,отд., 1968, -248 с.

8. Малиновский В.Н. Цифровые вольтметры интегрирующего типа.- Приборы и системы управления, 1973, № 2, с. 10-14.

9. Кнеллер В.Ю., Скоморохов В.А. 0 методологических принципах построения структурной теории преобразователей информации. -В кн.: Тезисы докладов Всесоюзной конференции ИИС-79, Л., 1979, с. 24-26.

10. Скоморохов В.А. 0 необходимых и достаточных условиях инвариантного преобразования информации. В кн.: Тезисы докладов

11. Всесоюзной конференции ИИС-81, ч.1, с. 40-42.

12. Стахов А.П. Введение в алгоритмическую теорию измерений. -М.: Советское радио, 1977, -288 с.

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

14. Гитис Э.И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств. М.: Энергия, 1975, -448 с.

15. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые цреобразователи информации /Под ред. В.Б.Смолова. Л.: Энергия, 1976, -336 с.

16. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. -Киев, Вища школа, 1971, -551 с.

17. Швецкий Б.И. Электронные цифровые приборы. Киев: Тех-шка, 1981, -247 с.

18. Федоров Р.Ф., Яковлев В.В., Добрис Г.В. Стохастические преобразователи информации. I.: Машиностроение, 1978, -304 с.

19. Билинскии И.Я. Стохастические аналого-цифровые преобразователи. В кн.: Материалы Ш Всесоюзного симпозиума "Проблемы создания преобразователей формы информации','Киев: Наукова думка, 1976, ч.1, с. 84.

20. Нода Т. Исследование различных систем цифровых вольтметров интегрирующего типа. Дэнси Кейсоку, 1968, т.8, $ 5 (рус. пер. № 77092/9).

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

22. Бахтиаров Г.Д., Малинин В.В., Школин В.П. Аналого-цифровые преобразователи. /Под ред. Г.Д.Бахтиарова. М.: Советское радио, 1980, -280 с.

23. Алиев Т.М., Дамиров Д.И., Шекиханов A.M. Введение в алгоритмические основы цифровых измерений. Измерение Контроль Автоматизация, 1981, № 3 (37), с. 3-1I.

24. Справочник по цифровой вычислительной технике /Под ред. Б.Н.Малиновского. Киев: Техшка, 1974, -512 с.

25. Акушский И.Я., 10щщкий Д.И. Машинная арифметика в остаточных классах. М.: Советское радио, 1968, -430 с.

26. Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправлящие ошибки. Пер. с англ. /Под ред. Р.Л.Добрушина и С.И.Самойленко. М.: Мир, 1976, -594 с.

27. Алиев Т.М., Дамиров Д.И., Шекиханов A.M. Алгоритмический подход к аналого-цифровому преобразованию. Измерительная техника, 1981, № Ю, с. 9-II.

28. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1973, -832с.

29. Гитис Э.И. Предложения по классификации преобразователей аналоговой величины в цифровую. В кн.: Теория и применение дискретных автоматических систем. М.: Изд-во АН СССР, I960, с. 323.

30. Заволокин А.К. О классификации преобразователей непрерывной величины в числовой эквивалент. Там же, с. 314.

31. Цапенко М.П. О классификации цифровых измерительных приборов. Измерительная техника, 1961, 5, с. 32-35.

32. Алиев Т.М., Сейдель Л.Р. Автоматическая коррекция погрешностей цифровых измерительных приборов. М.: Энергия, 1975, -216 с.

33. Земмельман М.А. Автоматическая коррекция погрешностей измерительных устройств. М.: Изд-во стандартов, 1972, -200 с.

34. Туз Ю.М. Структурные методы повышения точности измерительных устройств. Киев, Вища школа, 1976, -255 с.

35. Малиновский В.Н., Евланов 10.Н., Структурные методы улучшения основных метрологических характеристик цифровых средств измерения. Труды МЭИ. - "Информационно-измерительная техника", М., 1980, Вып. 454, с. 3-9.

36. Бромберг Э.М., Куликовский К.Л. Тестовые методы повышения точности измерений. М.: Энергия, 1978, -176 с.

37. Ильин В.А. и др. ИИС с адаптивно-итерационным методом прецизионных быстродействующа измерений В кн.: Тезисы докладов Всесоюзной конференции ИИС-77, Баку, 1977, ч.1, с. 43-44.

38. Изаков Е.Т. Автоматическая коррекция погрешностей измерительных каналов ИВК и ИИС на основе методов обратного преобразования. В кн.: Тезисы докладов Всесоюзной конференции ИИС-81, Львов, 1981, т.I, с. 203-204.

39. Попов В.П. Об автоматической коррекции погрешности результатов аналого-цифрового преобразования. Автометрия, 1976, Л 5, с. 63-70.

40. Кеман, Ридхолм. Аналого-цифровое преобразование с оперативной коррекцией погрешностей. Электроника, 1976, т.49, Ш 18, с. 24-31.

41. Алиев Т.М., Дамиров Д.И,, Шекиханов A.M. Итерационные алгоритмы коррекции погрешностей цифровых измерительных приборов. Измерительная техника, 1980, № 12, с. 11-13.

42. A.c. }'■>. 766001. Преобразователь аналог код /Т.М.Алиев, Д.И.Дамиров, A.M.Шекиханов, - опуб. в Б.И. 1980, № 35.

43. A.c. $ 890553. Устройство преобразования аналога в код. /Т.М.Алиев, А.М.Шекиханов, Д.И.Дамиров. Опуб. в Б.И. 1981, № 46.

44. A.c. В 930649. Преобразователь аналог код /Т.М.Алиев, А.М.Шекиханов, Д.И.Ламиров. Опуб. в Б.И., 1982, Ш 19.

45. Шекиханов A.M. Метод парабол в экстремальных цифровых измерительных системах. В кн.: Тезисы докладов П конференции молодых ученых Закавказских республик по автоматическому управлению, Тбилиси, 1980, с.20-22.

46. Алиев Т,М., Дамиров Д.И., Шекиханов A.M. Индекс эффективности итерационных алгоритмов коррекции погрешностей. Приборы и системы управления, 1981, № 10, с. 21-22.

47. Шекиханов A.M. Смешанные алгоритмы и многоканальные микропроцессорные измерительные системы. В кн.: Тезисы докладов П Республиканской научной конференции аспирантов ВУЗов Азербайджана, Баку, 1979, с. 206.

48. A.c. В 752789. Преобразователь аналоговых величин в цифровой код /Д.И.Дамиров, Т.М.Алиев, A.A.Тер-Хачатуров. Опуб. в Б.И. 1980, № 28.

49. Островский A.M. Решение уравнений и систем уравнений -М.: Изд-во Иностранной Литературы, 1963, -219 с.

50. Цыпкин Я.З. Адаптация и обучение в автоматических системах М.: Наука, 1968, -400 с.

51. Цыпкин Я.З. Основы теории обучающихся систем. М.: Наука, 1970, -255 с.

52. Фельдбаум A.A. Основы теории оптимальных автоматических систем. М.: Наука., 1966, -624 с.

53. Итеративные методы в теории игр и программировании /Под общей ред. В.3.Беленького и В.А.Волконского М.: Наука, 1974, -240 с.

54. Алиев Т.М., Шекиханов A.M. Итерационные аналоговые измерительные преобразователи. Измерительная техника, 1982, $ 3,с. 19-21.

55. Мартяшин А.И., Шахов Э.К., Шляндин В.М. Преобразователиэлектрических параметров дяя систем контроля и управления. М.: Энергия, 1976, -392 с.

56. Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. М.: Советское радио, 1977, -240 с.

57. Туз Ю.М., Сергеев И.Ю. Итерационный преобразователь интервала времени в напряжение. Измерительная техника, 1976, № 7, с. 15-17.

58. Попов B.C., Рубан И.Г. Итерационный преобразователь периода электрических сигналов в постоянное напряжение с непрерывным сбросом. Измерительная техника, 1980, № 4, с. 39-41.

59. Волгин Л.И. Быстродействущий фазоимдульсный модулятор. -Приборы и системы управления, 1978, В 6, с. 35.

60. Сергеев И.Ю. Итеративный преобразователь средних значений напряжения с адаптацией. В кн.: Аналого-дискретные преобразования сигналов. Выпуск 4 - Преобразование интегральных характеристик широкополосных сигналов, Рига, Зинатне, 1979, с. 143-145.

61. Смирнов A.A. Повышение помехозащищенности интегрирущих итерационных широтно-импульсных преобразователей. Сборник трудов ВНИИЭП - Вопросы проектирования средств электроизмерительной техники, Л., 1980, с. 31-39.

62. Волынский А.Е. Об одном методе повышения быстродействия итерационных широтно-импульсных преобразователей. Там же,с. 40-49.

63. Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. /Под ред. Е.И.Гальперина. М.: Советское радио, 1974, -312 с.

64. Гутников B.C. Применение операционных усилителей в измерительной технике. Л.: Энергия, Ленинград, отд., 1975, -120 с.

65. Малинин В.В., Портнягин М.А., Гуселетов М.В. Аналоговыеключи и коммутаторы на полевых транзисторах. Обзоры по электронной технике. Сер. Микроэлектроника, 1978, Вып. 3 (590), -76 с.

66. Бахтиаров Т.Д., Дикий С.Л. Аналоговые ключи, Зарубежные радиоэлектроника, 1976, № 8, с. 81-105.

67. Маклюков М.И. Протопопов В.А. Применение аналоговых интегральных микросхем в вычислительных устройствах М.: Энергия, 1980, -160 с.

68. Бахтиаров Г.Д. Устройства выборки и запоминания: принципы построения, состояние разработок и перспективы развития. Зарубежная радиоэлектроника, 1978, №10, с. 71-97.

69. Матера. Прецизионная схема выборки и хранения. Электроника, 1977, т.50, № 21, с. 76-77.

70. Бешкарев A.B., Попов B.C. Преобразователи действующего значения переменного напряжения. Измерительная техника, 1980, № 5, с. 61-64.

71. Желбаков H.H. Преобразователь действующего значения переменного напряжения в постоянное. Там же, с. 59-61.

72. Лейтман М.Б., Савченко В.Д. Измерительный преобразователь действувдего значения переменного напряжения с унифицированным выходом. Измерительная техника, 1977, № 6, с. 68-70.

73. Ван-Эрк Т., Раух Е. Основы точного измерения сигналов переменного тока. Электроника, 1976, т.49, № 6, с. 27-30.

74. Сантони А. Измерение действующих значений сигналов сложной форш. Электроника, 1976, т.49, № 6, с. 26.

75. Кацман Ф.О. О правильном выборе и использовании вольтметра для измерения дейстЕукщих значений. Там же, с. 31-35.

76. Циделко В.Д., Иванов Б.Р. Принципы построения определителей экстремума сигнала. Измерения Контроль Автоматизация, 1977, № I (9), с. 16-31.

77. Мирский Г.Я. Измерение мощности электрических сигналов.-Измерение Контроль Автоматизация, 1980, МЬ 1-2, с. 3-10.

78. Безикович А.Я., Шапиров Е.З. Измерение электрической мощности в звуковом диапазоне частот Л.: Энергия, Ленинград, отд., 1980, -168 с.

79. Тимонтеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Радио и Связь, 1982, -112 с.

80. Справочник по нелинейным схемам. Под ред. Д.Шейнголда М.: Мир, 1977, -523 с.

81. Рождественская Т.Е. Электрические компараторы для точных измерений тока, напряжения и мощности. Под ред. В.О.Арутшова. -М.: Изд-во стандартов, 1964, -187 с.

82. Благоразумов В.М., Шахов Э.К. К вопросу об оценке случайных погрешностей интегрирующих преобразователей. Известия ВУЗов, Приборостроение, 1973, т.16, $ II, с. 12-16.

83. Обозовский С.С., Обозовская С.С., Чайковский О.И. Погрешности аналого-цифрового преобразования методом двухтактного интегрирования. Измерительная техника, 1974, .> 3, с. 9-11.

84. Сергеев И. 10. Анализ погрешностей итеративного измерительного преобразователя. Измерительная техника, 1979, № 9, с. 24-25.

85. Прянишников В.А. Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока. М.: Энергия, -224 с,

86. Ноультон Д. Точный интегратор с непрерывным сбросом. -Электроника, 1972, № 18, с. 60-62.

87. Холт, Хилл, Лингград. Дискретизация с применением интегрирования. ТШЭР, 1973, т.61, № 5, с. 200-202.

88. Хилл, Лингград, Холт. Системы дискретизации с применениеминтегрирования. ТЙИЭР, 1974, т.62, й 9, с. 124-125.

89. Овчинников В.Г. Анализ влияния собственных шумов в интегрирующих преобразователях с интегратором, построенным по двух-канальной схеме. Цифровая информационно-измерительная техника, Межвузовский сборник научных трудов, Пенза, 1981, № II, с. 100-105.

90. Клингман Э. Проектирование микропроцессорных систем: Пер. с англ. /Под ред. СД.Пашкеева. М.: Мир, 1980, -576 с.

91. Хилбурн Дж., Джулич П. Микро-ЭВМ и микро-процессоры: Пер. с англ. /Под ред. С.Д.Пашкеева. М.: Мир, 1979, -463 с.

92. Соучек Б. Микропроцессоры и микро-ЭВМ: Пер. с англ. /Под ред. А.И.Петренко. М.: Сов. Радио, 1979, -520 с.

93. Прангишвили И.В. Микропроцессоры и микро-ЭВМ. М.: Энергия, 1979, -231 с.

94. Березенко А.Н., Корягин Л.Н., Назарьян А.Р. Микропроцессорные комплекты повышенного быстродействия. М.: Радио и Связь, 1981, -168 с.

95. Фуллигар и др. Сопряжение преобразователей данных и микропроцессоров. Электроника, 1976, т.49, № 25, с. 23-35.

96. Euler К. Neue Prinzipien zur Analog-Digital Umwandlung und deren optimale Auslegung.- Frequenz,1963, B. 17, Nr 10 ,364.371.

97. Fiegenbaum W. Prazisions-A-D- und Prazisions-D-A-Umsetzung. Kadio Fernsehen Elektronik, 1981, B. 30, Nr 7, S. 416-421 (Teil 1) Nr 8, S. 517-522 (Teil 2).

98. Sugiyama T., Yamaguchi K. Pulsewidth modulation DC Potentiometer. IEEE Trans., 1970, v. IM-19, Nr 4, p. 286-290.

99. Chacko E., Bargh J.K. Inexpensive sample-and-hold unit is fast and accurate.- Electronic Eng., 1976, v. 48,Nr 6, p. 58-59.

100. KÜhnel G. Probleme der elektronischen Effektivwertmessung. Radio Fernsehen Elektronik, 1931 , B. 30, Nr 6, S. 393-395.