Файл: Каверкин, И. Я. Анализ и синтез измерительных систем.pdf

ции достигается приданием системам еще одной функции — само­ контроля (рис. 3-11). По существу он сводится к тестовым провер­ кам работоспособности систем и сохранения метрологических ха­ рактеристик тракта прохождения входных сигналов или проверки достоверности результатов обработки информации, получаемой посредством измерительных преобразований и ее представления. Эти проверки могут проводиться применительно к тракту в целом, к отдельным средствам структуры ИИС или даже узлам и блокам этих средств.

Операции самоконтроля выполняются либо автоматически, либо по командам человека. В первом случае тестовые значения сигна-

Рис. 3-12. Структурная схема системы с автоматической кор­ рекцией по результатам самоконтроля

лов 5 Т [Л ] Доб.т [*], С UK в соответствии с программой Sy [У] воздействуют на элементы структуры и результаты их преобразо­

вания Яр.т.Пр [х], обработки Яр.т.об [х], представления Sp.T.0 [А] сравниваются с наперед заданными, запрограммированными зна­ чениями. То же происходит и в случае, когда контроль выполня­ ется по командам оператора, с той разницей, что программа зада­ ния теста может быть выбрана произвольно из того набора, который предусмотрен в системе.

Для автоматического самоконтроля обычно предусматривается

Лоб Іх] отличаются от ожидаемых, заранее заданных допусковых

значений Лд [х]. Работа системы в таком режиме означает практи­ чески введение принудительной жесткой связи операций самокон­ троля с результатами выполнения системой ее основных функций измерительных преобразований и обработки измерительной инфор­ мации.

90

Дальнейшей ступенью в совершенствовании систем с автомати­ ческим самоконтролем является намечающийся переход от систем с жесткой программой к самонастраивающимся (самокорректирую­ щимся) системам, предусматривающим, в частности, автоматиче­ скую коррекцию своих характеристик. Введение в такие системы свойств автоматического использования результатов самокон­ троля — активного изучения текущего состояния ИИС — и при­ спосабливаемое™ к изменению характеристик измеряемых сигна­ лов или к изменению условий эксплуатации (возмущающих воз­ действий на операторы, реализуемые средствами системы) делает возможным обеспечение заданных параметров системы при неполной априорной информации о характе­ ристиках объекта и влиянии усло­ вий эксплуатации (случайных воз­ мущений) на эффективность функ­ ционирования системы. В струк­ турной схеме системы первого типа (рис. 3-12) результаты прохожде­ ния тестового сигнала 5 Т [А] через

измерительную часть ИИС Ар.т [х] подвергаются обработке и сравне­

нию с заданным значением Ад [х]. На основании сравнения Ар.т [х]

и Ад [jc1 в средствах обработки формируется корректирующее воз­

действие АКіТ[х]. Это воздействие в свою очередь учитывается уже

при обработке результатов преобразования X* [х] сигналов объекта Sx [А,]. Таким образом, в данной схеме средства обработки реали­ зуют следующие операторы:

на этапе самоконтроля и формирования корректирующих воз­ действий

Як. об L^р. т [*1) А,д [%] = Ак. т [х],

на этапе обработки результатов измерительных преобразований сигналов исследуемого объекта

ЯоЛ Ак. т 1*1 > А. [х]] = Я«, об [я] >

Здесь Л. об 1*1 — оценка характеристики А [х], полученная в результате ее измерительных преобразований и обработки с уче­

том коррекции Ак. х [х 1, сформированной по данным самоконтроля. Структурная схема второго типа (рис. 3-13) имеет то принци­ пиальное отличие от рассмотренной схемы, что в ней формирование корректирующих воздействий — команд S y_к [А ] осуществляется средствами обработки в процессе сравнения результатов измери­ тельных преобразований, т. е. оценок А* [х] и их изменений

91

ДА* [х], отражающих изменения характеристик А \х\ измеряемых сигналов Sx [X], с запрограммированными значениями этих изменений.

Речь может идти об изменении скорости измеряемых процессов или абсолютных значениях характеристик этих сигналов. Форми­ руемые в этом случае корректирующие сигналы 5 у. к [А] обеспе­ чивают соответствующее изменение режимов работы измерительной части системы и метрологические характеристики ее средств, на­ пример, быстродействие средств сбора и измерительных преобразо­ ваний, диапазоны преобразования и чувствительность и т. д. Это,

Рис. 3-14. Структурная схема системы, инвариантной к внеш­ ним воздействиям

в свою очередь, позволит получить на выходе измерительной части

результаты Ак [х] уже с учетом их коррекции. Для данной схемы операторы, реализуемые соответственно средствами обработки ин­ формации и измерительной части системы, имеют вид:

R o6\%*[x], ДА* [JC]] = Sy. K[X];

R». ч [ X* [X], ДА* [X], Sy. к [А]] = X* [X].

В системах третьего вида (рис. 3-14) автоматически корректи­ руются влияния внешних возмущающих воздействий Sz [X] на элементы структуры, обусловливающие появление на выходе изме­ рительной части системы искаженных результатов измерительных преобразований X* [х, г].

По результатам преобразований X* [z] в канале измерения воз­ действий S z [X] средствами формирования корректирующих воз­ действий создается сигнал коррекции X* [£]. Этот сигнал при об­ работке результатов преобразований измерительной частью си­ стемы X* [х, z } учитывается средствами обработки и обеспечивает получение на их выходе неискаженных (скорректированных) резуль­ татов Хк. об [х, z I.

92

Таким образом обеспечивается выполнение условия инвариант­ ности системы по отношению к внешним возмущающим воздейст­ виям. Операторы, реализуемые в этом случае, могут быть записаны в виде: для средств обработки информации

R o6[%* [X, z], l ’ [£]] = С о б [X],

для измерительной части системы

ЯИ.Ч[5 ,М , SZ[*,]] = X*[*, г].

3-2. Краткий обзор основных типов ИИС и их применения

Быстродействующая малогабаритная измерительная система К.729-1 предназначена для многоканальных измерений сигналов, представленных в виде напряжения постоянного тока. Система

Измерительное устройство

Рис. 3-15. Структурная схема измерительной системы К 729-1

(рис. 3-15) предусматривает в своем составе коммутаторы, собст­ венно измерительное устройство и пульт управления. Измеритель­ ное устройство обеспечивает работу с двумя абонентами: цифровой вычислительной машиной и пультом управления.

Коммутация входных сигналов выполняется двумя выносными 16-канальными коммутаторами, удаленными от измерительного устройства на расстояние до 20 м.

Измерительное устройство включает в себя аналогово-цифровой преобразователь, устройство управления и блок питания.

Режим работы системы задается потребителями измерительной информации — вычислительной машиной (ЦВМ) или пультом уп­ равления (ПУ). В соответствии с кодом обращения, поступающего от абонентов, измерительное устройство направляет в выбранный коммутатор код адреса канала. При этом соответствующий канал подключается к аналого-цифровому преобразователю (АЦП). Из­ мерительное устройство выполняет преобразование входного сиг­ нала в последовательный двоичный код и направляет его к абоненту,

93

обратившемуся к системе с запросом. Код адреса каналов, с кото­ рым ИУ обращается к коммутаторам, также последовательный дво­ ичный. АЦП обеспечивает преобразование напряжений в диапазоне 0,01 — 10 б с разрешающей способностью 10 мв. Основная погреш­ ность АЦП равна 4- 0,1 % диапазона + 0,1% измеряемой вели­

чины. Время преобразования не превышает 45 мксек. Входное со­ противление преобразователя равно 5 Мом. Число разрядов кода 10. Общая длительность одного измерения (с учетом коммутации) не превышает 90 мксек. Суммарная основная погрешность измере­ ния системы (коммутация и аналого-цифровое преобразование) с частотой 10 кгц при выходном сопротивлении источника сигнала 2 ком не превышает + 0,2% диапазона + 0,2% измеряемой вели­

чины.

Преобразователь может работать как с внутренней, так и с внешней синхронизацией. Устройство управления предназначено для обеспечения связи между измерительным устройством и або­ нентами (ЦВМ и ПУ) и по команде абонентов выполняет следую­ щие операции: выбор необходимого коммутатора, выдачу адреса требуемого канала и команды на включение; выдачу сигнала на запуск АЦП; передачу кода результата измерения абоненту.

Назначение пульта управления — применение при настройке, поверке и контроле системы. Пульт обеспечивает по выбору опе­ ратора следующие режимы работы системы:

однократное обращение по одному каналу; многократное обращение по одному каналу с запуском от внут­

реннего или внешнего генератора; многократное обращение по двум каналам с запуском от внут­

реннего или внешнего генератора; контроль работы по двум каналам при подаче на вход системы

тестовых сигналов.

Код обращения, поступающий с пульта управления (номер ком­ мутатора и номер канала) на измерительное устройство, контроли­ руется с помощью светового табло. В случае неправильного набора код может быть исправлен посредством устройства коррекции. При­ нятый пультом код результата измерения преобразуется в десятич­ ный код и выводится на цифровое табло с указанием полярности.

При работе системы с вычислительной машиной режимы ее работы (при адресном выборе каналов) задаются машиной.

Потребляемая системой мощность составляет: без пульта управ­ ления 12 вт, с пультом 32 вт. Масса отдельных устройств системы не превышает: измерительного устройства 1,8 кг, коммутатора 0,45 кг, пульта управления 12 кг.

Быстродействующая малогабаритная измерительная система

K729-II предназначена для многоканальных измерений электри­ ческих сигналов различного вида, передачи результатов измерения приемникам информации (абонентам), преобразования цифрового кода, поступающего от абонентов, и его передачи по заданному адресу. В состав системы (рис. 3-16) входят выносные измеритель-

94

Рис. 3-16. Структурная схема измерительной системы К 729-11

95

ные коммутаторы с различным числом коммутируемых каналов, измерительное устройство и пульт управления, выполняющий вспо­ могательные функции, источники питания.

В соответствии с измеряемым и преобразуемыми сигналами из­ мерительная система содержит следующие виды измерительных трактов:

тракт измерения напряжения постоянного тока высокого уровня;

тракт измерения напряжения постоянного тока низкого уровня; тракт измерения временных интервалов, заданных в виде пе­

риода следования импульсов и в виде длительности импульсов; тракт кодирования состояния контактов контролируемых реле; тракт преобразования цифрового кода в напряжение постоян­

ного тока.

Последовательная коммутация входных сигналов обеспечивется выносными коммутаторами трех типов (16-, 32- и 64-канальными), удаленными от измерительного устройства на расстояние до 20 ж. Общее число коммутаторов может быть увеличено в системе до 16, что соответствует 1000 каналов.

Вкоммутаторах могут устанавливаться любые наборы ключей

всоответствии с видом коммутируемых сигналов. В частности, для сигналов, представленных в виде напряжения постоянного тока высокого уровня и временных интервалов, применяются бескон­ тактные ключи; для коммутации сигналов в виде напряжения по­ стоянного тока низкого уровня: бесконтактные в одном измеритель­ ном тракте и контактные — в другом.

Измерительное устройство системы (рис. 3-16) содержит цен­ тральный измерительный коммутатор, набор аналого-цифровых преобразователей, цифро-аналоговый преобразователь, выходной коммутатор, устройство циклического опроса и устройство управ­ ления.

Центральный коммутатор обеспечивает подключение любого из

выносных коммутаторов ко входу аналого-цифровых преобразова­ телей в соответствии с видом преобразуемого сигнала, по командам поступающим от устройства управления. Потребляемая коммута­ тором мощность не превышает 1,25 вт.

Режим работы системы задается от приемников информации (абонентов): ЦВМ, ЗУ и пульта управления. В зависимости от кода обращения, выдаваемого тем или иным абонентом, измерительное устройство направляет в выбранный выносной коммутатор код ад­ реса канала. В результате соответствующий канал оказывается подключенным ко входу измерительного устройства, которое вы­ полняет преобразование входного сигнала в двоичный код и направ­ ляет его к абоненту, обратившемуся к системе. Измерительное уст­ ройство в случае обращения к цифро-аналоговому преобразователю выдает аналоговые сигналы на один из 10 выходов. При необходи­ мости в системе предусмотрена возможность увеличения числа выходов с аналоговыми сигналами до 30.

96