Исследование и разработка аналоговых интерфейсов систем управления и контроля

• Автор: Мальцев, Станислав Леонидович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 131 с. : ил

Введение

Раздел 1. Современные аналоговые интерфейсы систем управления и контроля

1.1 Типы аналоговых интерфейсов и факторы, определяющие их параметры

1.2 Проблемы фильтрации сигналов первичных преобразователей

1.3 Особенности решения задачи выбора частоты дискретизации

1.4 Цели и задачи исследования

Раздел 2. Исследование и модернизация итерационного алгоритма расчета частоты дискретизации.

2.1 Обзор существующих алгоритмов расчета частоты дискретизации

2.2 Выбор вариантов аппроксимации огибающих спектров

2.3 Синтез итерационного алгоритма по расчету частоты дискретизации

2.4 Исследования по оценке максимальных производных реальных сигналов

2.5 Разработка прикладной программы по расчету частоты дискретизации
2.6 Выводы по разделу
Раздел 3. Оценка предельных характеристик аналоговых интерфейсов
3.1 Выбор условия постановки фильтра
3.2 Оценка влияния суммарной погрешности преобразования аналогового интерфейса на выбор частоты дискретизации
3.3 Выводы гю разделу
Раздел 4. Исследование интерфейсов цифровых датчиков
4.1 Современные методы проектирования цифровых фильтров
4.2 Синтез децимарных рекурсивных КИХфильтров с неперестраиваемыми ФНЧ
4.2.1. Разработка структуры фильтра
4.2.2. Оптимизация фильтра
4.3 Исследование методов перестройки фильтров
4.3.1 Особенности БИХфильтров
4.3.2 Особенности нерекурсивных КИХ фильтров
4.3.3 Об использовании рекурсивных КИХ фильтров
4.3.4 Реализация фильтров с управляемой частотой среза на простейших КИХ фильтрах с прямоугольной КИХ
4.3.5 Разработка фильтров на основе каскаднопараллельной комбинации звеньев с прямоугольной КИХ
4.3.6 Применение конечноразностных рекурсивных КИХфильтров
4.3.7 Применение рекурсивных КИХфильтров с ДЧХ типа ФНЧ
4.3.8 Плавное регулирование часюты среза фильтра
4.4 Выводы по разделу
Заключен не Литература Приложение
Введение


В первом разделе показано, что существующие на практике два алгоритма выбора частоты дискретизации теорема отсчетов и алгоритмы па основе аппроксимирующих полиномов имеют неопределенность при расчете, когда для получения промежуточных результатов необходима итоговая частота дискретизации. Эту неопределенность можно устранить итерационным процессом, что требует нового подхода к процессу выбора частоты. В конце раздела формулируются основные цели и задачи проводимых в диссертации исследований. Во втором разделе проводятся исследования по применению итерационного алгоритма расчета частоты дискретизации. Детальный обзор существующих алгоритмов позволил установить неопределенность при расчете частоты дискретизации, когда для получения промежуточных результатов необходимы итоговые. Эту неопределенность можно устранить итерационным процессом. Спектры, используемые при расчете, должны удовлетворять условию бесконечности и монотонности спада. Это делает необходимым введение процедуры аппроксимации спектров. Показано, что определение максимальных производных по неравенству Бернштейна дает избыточность, которая для реальных сигналов оценивается десятками и сотнями процентов. Использование предложенной в работе функции спектра позволяет с необходимой точностью находить максимальные производные сигналов в самом общем случае. В работе сделан вывод о том. Бернштейна является идеализированным частным случаем. Расчет погрешности наложения спектров, связанный с вычислением трех интегралов, аппроксимация спектров, нахождение максимальных производных, итерационный характер вычисления частоты дискретизации требуют разработки специальной прикладной программы, которая могла бы решать задачу выбора частоты с учетом современного подхода пользовательское меню, окна, помощь, руководство по эксплуатации, режим совета при расчетах, библиотека вариантов устройств. В третьем разделе исследуется проблема принятия решения о целесообразности постановки аналогового фильтра. Показано, что инструментальная погрешность восстановления растет с ростом степени аппроксимирующего полинома, что делает чаще всего нецелесообразным уменьшение частоты дискретизации за счет увеличения степени полинома. При снижении частоты дискретизации методическая погрешность восстановления растет, что необходимо учитывать при уменьшении частоты. Аналоговый фильтр целесообразно ставить в АН, если это приводит к уменьшению частоты дискретизации и достаточному уменьшению погрешности наложения спектра. Использование разработанной прикладной программы позволило получить предельные оценки параметров современных АИ. Анализ этих оценок дает основание сделать вывод о нецелесообразности постановки АФ в аналоговых интерфейсах с разрядностью преобразования более разрядов. Четвертый раздел посвящен исследованию интерфейсов цифровых датчиков. Как было показано ранее, основу интерфейса цифровых датчиков составляют децимарные фильтры. В разделе дается обзор современных методов проектирования цифровых фильтров. Цифровые фильтры по способу построения делятся на рекурсивные и нерекурсивные с обратными связями и без, а по длине импульсной характеристики ИХ на фильтры с бесконечной ИХ НИХ и конечной ИХ КИХ. Обычно рекурсивные фильтры имеют БИХ, нерекурсивныеКИХ. БИХ. Нерекурсивные фильтры конечного порядка всегда имеют КИХ. Произведенный в разделе синтез структур основных типов децимарных фильтров позволил выбрать оптимальные варианты в зависимости от конкретных условий применения и выбранной элементной базы. Рассмотрены фильтры на основе каскаднопараллельной комбинации звеньев, а также фильтры с управляемой частотой среза. В заключении приведены основные результаты работы. Завершает работу список цитируемой литературы. Рассмотрим более подробно содержание основных разделов. Раздел 1. Соответственно выделяют и два типа ЛИ. Рассмотрим общие свойства этих интерфейсов. Структурная схема А И системы управления и контроля для случая датчиков, имеющих аналоговый выход, представлена на рис. I АП цифроаналоговый преобразователь. Датчики физических величин с аналоговым выходом могут иметь в качестве выходной величины ток, напряжение, частоту.