ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.06.2024
Просмотров: 112
Скачиваний: 1
ж и м а |
Р подключается к выходу одной из схем сравнения |
Cpl — |
|
Ср4, |
соответствующей участку, д л я которого ац<.а'і. |
В |
рассма |
триваемой схеме ко входу Р подключен выход СрЗ, т. е. предпола гается, что, начиная с участка 4 аппроксимации (рис. 5-10), выпол
няется соотношение |
аа<а'і. |
|
|
|
|
Р а с с м о т р е н н а я |
схема |
позволяет |
о т р а б а т ы в а т ь |
функции, |
ап |
проксимированные |
пятью |
участками . |
Пр и девиации |
частоты, |
рав |
ной 20%!, схема обеспечивает отработку 4% - ного интервала аппроксимации, чему соответствует погрешность аппроксимации 0,012%,. Если взять интервал аппроксимации р а в н ы м 10%, то при погрешности аппроксимации 0,1% допускается девиация частоты 50%і. Принципиально число участков аппроксимации м о ж н о выби
рать произвольно . П р и |
этом будет изменяться количество |
схем |
||
совпадения |
Сп9 — Сп13, |
обеспечивающих коммутацию |
корректи |
|
рующих частот. |
|
|
|
|
В схеме |
предусмотрена возможность о т р а б а т ы в а т ь |
пять |
видов |
функций, что осуществляется соответствующим выбором образцо
вых частот /окіЧ-/ок5- В случае |
необходимости число видов |
функций |
|||||||
м о ж н о |
к а к увеличить, |
т а к |
и |
уменьшить, |
соответственно |
изменяя |
|||
число |
выходов |
делителя |
ДЧ |
|
и схем |
совпадения |
Сп14—Сп18. |
||
Совершенно |
аналогично |
выглядит |
и |
схема |
функционального |
преобразователя временных интервалов . Отличие такой схемы от
рассмотренной |
з а к л ю ч а е т с я |
только |
в р е ж и м е работы |
триггера |
Тг1. |
|||||
В случае измерения временных интервалов триггер Тг1 |
открывает |
|||||||||
схему |
совпадения Сп2 на время, равное |
и з м е р я е м о м у интервалу, |
||||||||
а на |
вход счетчика Сч1 поступают |
образцовые частоты, |
к а к |
изло |
||||||
ж е н о |
в гл. 2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Принципиально рассмотренная о р г а н и з а ц и я процесса |
отра |
|||||||||
ботки |
функций |
пригодна |
не только |
д л я преобразователей частоты |
||||||
и временных интервалов . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Аналогично |
м о ж н о организовать |
схему |
функционального |
пре |
||||||
о б р а з о в а т е л я н а п р я ж е н и я . В этом случае |
результат |
измерения пе |
||||||||
ред коррекцией |
вводится |
в |
регистр и |
в |
реверсивный |
счетчик. |
||||
О с т а л ь н а я схема отработки |
нелинейности |
|
полностью |
сохраняется . |
||||||
В |
основу проведенного а н а л и з а |
при з а м е н е реальной |
функции |
|||||||
кусочно-линейной был положен метод наименьших квадратов, |
т. е. |
|||||||||
точность аппроксимации о п р е д е л я л а с ь среднеквадратическим |
зна |
|||||||||
чением погрешности. Во |
многих случаях |
измерительной |
практики |
оценка погрешности аппроксимации среднеквадратическим значе
нием |
оказывается |
достаточной. О д н а к о могут встретиться |
случаи, |
когда |
необходимо |
иметь представление и о максимальной |
погреш |
ности |
аппроксимации . |
|
Известен [49] способ кусочно-линейной аппроксимации, в основу которого положена минимизация максимальной погрешности аппроксимации. При этом интервал аппроксимации определяется выражением:
ДХ, = 4 | Л / | 2 : | т а х , |
(5-61) |
где є •— абсолютная погрешность аппроксимации; | ZI | m a x — наибольшее абсолютное значение второй производной внутри интервала ХІ^І—ХІ. Пусть аппроксимируе-
м ая функция имеет вид:
|
|
|
Z = kX*. |
(5-62) |
Тогда |
Z"(X)=2K, |
и выражение |
(5-61) принимает вид; |
|
|
|
|
AXi = 4VeJ(2k). |
(5-63) |
Абсолютная погрешность є в единицах |
аппроксимируемой функции может |
|||
быть |
представлена |
следующей |
формулой: в = |
г)йХ2 , где г) — относительная по |
грешность аппроксимации. Тогда, подставляя последнее выражение в (5-63), после преобразований, имеем
|
|
|
АХІ/ХІ |
= Квт) |
, |
|
(5-64) |
|
|
|
|
т] = |
- і - ( Д Х , / Х , ) » . |
|
(5-65) |
||
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
На |
рис. |
5-11 штриховой линией |
построена |
зависимость т) = 8 ( Д а ) , |
где Д а = |
|||
— AXijXi |
— относительный интервал |
аппроксимации. Сравнивая эту кривую с кри |
||||||
вой (сплошная линия), построенной |
по |
выражению (5-49), можно |
заключить, что |
|||||
для одних и тех же относительных |
интервалов |
аппроксимации А а |
максимальная |
|||||
погрешность |
аппроксимации |
превосходит |
среднеквадратическую |
. примерно |
в 1,7 раза. Это обстоятельство необходимо иметь в виду при проектировании
функционального |
преобразователя. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Р а с с м а т р и в а е м ы й |
метод |
л и н е а р и з а ц и и |
кривой |
ошибок |
м о ж е т |
|||||||||||||||
быть |
р е а л и з о в а н |
и |
|
несколько |
по-другому |
'[50]. |
Пусть, |
например, |
||||||||||||
выходная характеристика |
П И П имеет вид: |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
f = U |
\ |
f |
|
J |
, |
|
|
|
|
(5-66) |
||
где f—выходная |
|
частота |
П И П ; |
/ с — н а ч а л ь н а я |
выходная |
частота |
||||||||||||||
П И П , соответствующая |
значению измеряемого |
п а р а м е т р а |
|
Х=0; |
||||||||||||||||
Л о = н е к о т о р а я |
постоянная; X— |
измеряемый параметр . |
|
|
|
|||||||||||||||
П е р е х о д я |
к периоду, |
получаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Т = Т о у г |
1 + |
Х/Х0. |
|
|
|
|
|
(5-67) |
|||||
Если д и а п а з о н значений измеряемого |
п а р а м е т р а |
простирается |
||||||||||||||||||
от Хі |
до |
Х2, |
то |
крайним |
значениям |
этого |
д и а п а з о н а будут соот |
|||||||||||||
ветствовать значения |
периодов |
Т\ и Т2. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Б е з л и н е а р и з а ц и и |
значения |
периодов |
в зависимости |
от |
измеря |
|||||||||||||||
емого |
п а р а м е т р а |
X р а с п о л а г а л и с ь |
бы на прямой, |
соединяющей |
дв е |
|||||||||||||||
точки нелинейной характеристики, соответствующие границам |
диа |
|||||||||||||||||||
п а з о н а Xi |
и Х2. |
Уравнение этой прямой имеет вид: |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Тл = |
7 \ + 1 ± = 1 ± - |
( X - |
|
Хх). |
|
|
|
(5-68) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л |
2 — л± |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р а з н о с т ь |
функций |
(5-67) |
и |
(5-68) |
представляет |
собой |
кривую |
|||||||||||||
ошибок: |
|
|
|
|
V l + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
у (X) |
= |
Т0 |
X/X0- |
|
7 \ |
— |
£ |
^ (X |
-X,). |
|
|
П о с ле несложных преобразований |
это в ы р а ж е н и е |
можно |
привести |
||||||
к виду: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У (X) |
= — |
^ |
— ( Т 0 |
У\ |
+ Х/Х0-Т1)-п, |
|
|
(5-69) |
|
|
' |
2 — |
' 1 |
|
|
|
|
|
где N — число импульсов, пропорциональное значению |
п а р а м е т р а |
||||||||
Х = Х2; |
п — число |
импульсов, пропорциональное |
текущему |
значе |
|||||
нию п а р а м е т р а X. |
В ы р а ж е н и е |
(5-69) представляет собой |
кривую |
||||||
ошибок, |
отнесенную |
к |
прямой |
выходной характеристике |
П И П . |
||||
В процессе измерения |
д о л ж н а |
воспроизводиться |
о б р а т н а я |
выход |
ная характеристика .
Сч1
Управление
Рис. |
5-13. |
Кусочно-линейная аппрокси- |
|
|
Рис. 5-14. |
|
Упрощенная |
|||||||||
|
мация |
кривой ошибок |
|
|
|
|
структурная |
схема |
цифро |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вого |
линеаризатора |
|
|||
К р и в а я |
ошибок, |
отнесенная |
к |
обратной |
выходной |
характери |
||||||||||
стике |
и полученная по изложенной |
выше |
методике, |
имеет |
вид: |
|||||||||||
|
|
|
г / ( Т ) |
= ^ - [ Г 2 - ( Г 1 |
+ Г 2 |
) Г |
+ |
Г 1 Т 2 |
] . |
|
|
|
(5-70) |
|||
В ы р а ж е н и е |
(5-70) представляет собой |
функцию |
второго |
порядка, |
||||||||||||
которая всегда |
симметрична . Н а |
рис. 5-13 функция |
(5-70) |
пред |
||||||||||||
ставлена графически, причем значения функции |
у (Т) |
и |
аргу |
|||||||||||||
мента |
Т в ы р а ж е н ы |
в единицах счета |
( б и т а х ) . |
|
|
|
|
|
||||||||
Функция |
у{Т) |
|
м о ж е т быть аппроксимирована л о м а н о й |
линией. |
||||||||||||
При этом число участков аппроксимации выбирается |
в |
зависи |
||||||||||||||
мости от необходимой точности |
аппроксимации . |
|
|
|
|
|
||||||||||
Л и н е а р и з а ц и я |
осуществляется |
изменением |
числа |
импульсов |
||||||||||||
образцовой |
частоты, |
поступающих |
|
на |
вход |
счетчика |
результата . |
|||||||||
Причем д л я участков ломаной с отрицательным наклоном |
необ |
|||||||||||||||
ходимо блокировать часть импульсов, тогда |
ка к д л я участков с по |
|||||||||||||||
л о ж и т е л ь н ы м наклоном необходимо |
д о б а в л я т ь |
некоторое |
число |
|||||||||||||
импульсов. Д л я |
участка с нулевым |
наклоном |
никаких |
поправок |
в число импульсов, поступающих на вход счетчика, вводить не требуется.
Н а к л о н ы прямолинейных участков характеризуются дробным числом. Д л я участков с отрицательным наклоном числитель дроби
о п р е д е л я ет число импульсов, которые |
д о л ж н ы быть з а б л о к и р о |
ваны на данном участке. З н а м е н а т е л ь |
дроби представляет полное |
число импульсов, поступивших на вход счетчика от генератора
образцовой частоты, т. е. представляет собой |
сумму |
числа |
импуль |
||||||
сов, |
я в л я ю щ е г о с я |
результатом измерения, и |
числа |
з а б л о к и р о в а н |
|||||
ных |
импульсов. |
|
|
|
|
|
|
||
Таким |
образом, |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
L1/Ki |
= e1/(m1 + e1), |
|
|
|
(5-71) |
где |
ех — число импульсов, |
пропорциональное |
величине ошибки на |
||||||
первом |
участке, |
п о д л е ж а щ е е блокированию; |
rrii |
— длина |
первого |
||||
участка аппроксимации в числе импульсов, |
пропорциональном |
||||||||
правильному |
результату измерения . |
|
|
|
|
||||
Числитель |
дроби, х а р а к т е р и з у ю щ е й участки |
с п о л о ж и т е л ь н ы м |
наклоном, представляет собой число импульсов, которое необхо димо добавить в счетчик результата, а з н а м е н а т е л ь равен р а з ности числа импульсов, пропорционального правильному резуль
тату измерения, и добавленного |
числа импульсов: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
L T / K T |
= |
eJ |
( m 4 — e t ) , |
|
|
|
|
|
(5-72) |
|||
где |
е 4 — число |
импульсов, |
пропорциональное |
ошибке |
на |
четвертом |
|||||||||||
участке |
аппроксимации; |
т 4 |
— длина четвертого участка |
|
аппрокси |
||||||||||||
мации |
в числе |
импульсов, пропорциональном |
правильному |
|
ре |
||||||||||||
зультату . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
П р и пяти-семи участках аппроксимации нелинейность п о р я д к а |
|||||||||||||||||
10% |
может |
быть уменьшена |
до |
0,1%,. Ц е л е с о о б р а з н о |
вводить |
||||||||||||
в среднюю часть кривой ошибок участок с нулевым наклоном, |
т а к |
||||||||||||||||
как |
он |
не |
требует введения |
поправок в |
число |
импульсов |
и |
не |
|||||||||
у с л о ж н я е т общую схему устройства. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Н а |
рис. 5-14 представлена |
у п р о щ е н н а я |
структурная |
схема |
циф |
||||||||||||
рового |
л и н е а р и з а т о р а , |
р е а л и з у ю щ е г о рассмотренный |
способ |
|
ли |
||||||||||||
неаризации . |
Вид корректирующей |
операции |
(добавление, блоки |
||||||||||||||
р о в к а ) |
автоматически |
з а д а е т с я |
д е ш и ф р а т о р о м |
Дш |
|
участков |
|||||||||||
аппроксимации |
кривой |
ошибок, |
входы которого |
подключены к вы |
ходам счетчика результата Сч1. К о м б и н а ц и о н н а я схема КС сов
местно с двоичным |
счетчиком |
Сч2 реализует дробные числа |
|
Ьп/Кп, |
|||||||||||||
х а р а к т е р и з у ю щ и е |
наклон |
га-го |
участка |
аппроксимации . |
П р е д п о л о |
||||||||||||
ж и м , двоичный счетчик имеет |
q |
р а з р я д о в . Тогда |
наклон га-го |
уча |
|||||||||||||
стка |
м о ж е т |
з а д а в а т ь с я |
в |
виде |
дроби: |
Ln/Kn |
— Pn/Qn, |
где |
Qn^ |
||||||||
^.2i—1. |
Д л я |
га-го |
участка |
аппроксимации |
объем |
двоичного |
счет |
||||||||||
чика Сч2 выбирается р а в н ы м |
Qn- |
З а |
время |
заполнения |
этого |
счет |
|||||||||||
чика на выходе комбинационной схемы КС появляется |
Рп |
импуль |
|||||||||||||||
сов, |
которые |
либо |
поступают |
через |
вентили |
В, |
у п р а в л я е м ы е |
де |
|||||||||
ш и ф р а т о р о м |
Дш, |
на вход |
счетчика |
результата Сч1, либо |
блоки |
||||||||||||
руют импульсы образцовой частоты fo. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Если |
Рп = 1, |
то |
на вход |
вентилей |
В |
подключается |
непосредст |
||||||||||
венно выход Qn двоичного |
счетчика Сч2. В этом случае |
на |
к а ж д ы е |
||||||||||||||
Qn |
импульсов |
образцовой |
частоты |
формируется |
один |
импульс |
|||||||||||
( Р „ = 1) |
коррекции. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П ри построении схемы л и н е а р и з а т о р а необходимо |
|
з а д а в а т ь |
|||||||||||||||
значение дробей Pn/Qn таким образом, чтобы они были |
как |
м о ж н о |
||||||||||||||||
б л и ж е по величине |
к |
значениям, |
полученным расчетным |
путем. |
||||||||||||||
|
К о м б и н а ц и о н н а я |
схема |
КС |
легко |
может |
быть |
синтезирована |
|||||||||||
с помощью карт К а р н о , рассмотренных в гл. 3. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
П р и |
симметричной |
кривой |
ошибок |
схема |
может упроститься, |
||||||||||||
т а к |
как |
симметричные |
участки |
аппроксимации |
(например, |
и |
||||||||||||
тъ |
на рис. |
5-13) |
имеют |
одинаковый наклон |
и отличаются |
только |
||||||||||||
знаком . Следовательно, дроби Pi/Qi и P5IQ5 |
могут |
формироваться |
||||||||||||||||
одной и той ж е |
схемой. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Последний способ |
реализации |
метода по |
сравнению |
|
с |
первым |
|||||||||||
о к а з ы в а е т с я |
более с л о ж н ы м в программировании . Только |
д л я |
сим |
|||||||||||||||
метричной формы кривой ошибок программирование |
|
несколько |
||||||||||||||||
упрощается . Д л я несимметричных форм кривых |
ошибок |
програм |
||||||||||||||||
мирование можно упростить сведением их к симметричным . |
Д л я |
|||||||||||||||||
этого реальную |
функцию ошибок |
можно р а з л о ж и т ь |
в р я д Тэйлора |
|||||||||||||||
и ограничиться к в а д р а т и ч н ы м членом. Но при этом точность |
ли |
|||||||||||||||||
неаризации |
понизится. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Первый |
способ |
реализации |
метода |
отличается |
простотой |
про |
|||||||||||
г р а м м и р о в а н и я , |
однако, |
требует |
большего времени |
на |
измерение, |
|||||||||||||
т а к |
к а к л и н е а р и з а ц и я |
осуществляется |
после окончания |
измерения, |
||||||||||||||
а не в процессе его, к а к |
при |
втором способе. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
5-4. Масштабирование результатов измерения |
|
|
|
|||||||||||||
|
Одной из з а д а ч , |
возникающих при |
построении |
И И С , |
является |
|||||||||||||
з а д а ч а м а с ш т а б и р о в а н и я |
результата |
измерения . |
|
М а с ш т а б и р о в а |
ние призвано обеспечить представление результата в абсолютных
единицах |
измеряемого |
п а р а м е т р а , |
а |
иногда |
и |
в процентах от не |
|||||
которого |
значения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В общем случае контролируемый п а р а м е т р определяется соот |
|||||||||||
ношением: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
X |
= k(Y0 |
+ |
Y), |
|
|
(5-73) |
|
где У — промежуточная |
величина, |
|
непосредственно |
и з м е р я е м а я ; |
|||||||
Уо— значение |
промежуточной |
величины при |
Х=0; |
k — коэффи |
|||||||
циент пропорциональности. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
К а к |
видно |
из в ы р а ж е н и я |
(5-73), |
з а д а ч а |
м а с ш т а б и р о в а н и я сво |
||||||
дится |
к |
выполнению операции |
у м н о ж е н и я |
некоторой |
переменной |
величины на постоянный множитель . Причем постоянный множи
тель |
k |
может быть как больше, т а к и |
меньше единицы. К р о м е |
||||
того, |
переменная |
величина |
д о л ж н а |
быть |
смещена |
на величину — |
|
Уо, что |
обеспечит |
н а ч а л о |
отсчета |
контролируемого |
п а р а м е т р а от |
||
нуля. |
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, м а с ш т а б и р о в а н и е |
представляет собой одну из |
|
основных вычислительных операций, |
которую необходимо |
произ |
водить в И И С . |
|
|
В с л о ж н ы х измерительных комплексах, имеющих в своем со |
||
ставе вычислительную машину, эта з а д а ч а легко решается |
Ц В М . |