Разработка программы для определения модулей и фаз передаточных функций.
Обработанные в микроконтроллере массивы выборок входных и выходных сигналов со значениями периода опорного сигнала и сдвига фаз между сигналами передаются в компьютер через стандартный последовательный интерфейс RS-232 для окончательной обработки, определения амплитуды передаточной функции и построения графиков частотных характеристик объекта.
Для устранения постоянной составляющей выходного сигнала, которая может присутствовать при измерении в цепях, не имеющих гальванической или электрической развязки выходного сигнала по постоянному току, производится выделение симметричной части сигналов следующим образом:
где BfO[i], Bfl [i] - элементы массивов соответственно входного и выходного сигналов (массивы состоят из 400 элементов);
АА, ВВ - средние значения этих массивов.
Переменная часть массивов определяется по формуле:
B0[i] = Bf0[i] - АА,
В1 [i] = Bfl [i] - ВВ,
где B0[i], Bl[i] - элементы переменной части массивов входного и выходного сигналов, i =
0,1,...,399.
Для этих массивов определяются абсолютные максимумы каждого полупериода (из 10 периодов) после чего определяются средние значения амплитуды для каждой выборки
где В0mах[j], Blmax[j] - значения абсолютного максимума]-го полупериода,
n - количество полупериодов в выборке;
АВ0,АВ1 - средние значения амплитуд для каждой выборки.
И, наконец, последняя операция - определение амплитуды передаточной функции объекта в децибелах
Текст программы для отображения модуля и сдвига фазы передаточной функции представлен в ПРИЛОЖЕНИИ 3 (fc.cpp).
Выводы:
. Для разработки процессорной части специализированного процессорного блока, наиболее подходящим по соотношению цена-качество можно считать микроконтроллер SAB С167 фирмы Siemens AG, обладающий развитой периферией и высокой рабочей скоростью по сравнению с микроконтроллерами других типов.
. Существенное упрощение программного обеспечения и интерфейсных устройств функционального генератора и блока процессора может быть достигнуто при использовании двух внешних каналов передачи данных - CENTRONICS для управления функциональным генератором и RS-232 для передачи результатов измерения в ПК.
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Устройства, построенные на принципах, сформулированных в настоящей работе, использовалось для проведения ряда экспериментов по двум направлениям исследования.
Целью первой группы исследований было определение эксплуатационных и некоторых метрологических характеристик разработанного устройства,
Целью второй группы исследований являлось использование разработанного устройства для анализа характеристик электромагнитов со сплошным магнитопроводом, применяемым в ряде устройств автоматики, в том числе в системах магнитного подвеса роторов.
Исследование устройства для определения частотных характеристик.
Трудности калибровки разработанного измерительного устройства и проверки его характеристик связаны с практическим отсутствием оборудования, предназначенного для поверки аналогичных устройств. Поэтому, проверка созданного измерительного устройства осуществлялась двумя способами.
Первый способ основывался на сравнении показаний измерительного устройства с показаниями приборов, обладающих определенными метрологическими характеристиками при измерениях напряжений и фаз. В качестве таких приборов использовались двухканальный анализатор типа 2034 фирмы Bruel&Kjaer и стенд, построенный на базе аналоговых приборов фирмы RFT, включающем фильтры типа 1023, генератор типа 30008 и самописец 2308 фирмы Bruel&Kjaer.
Измерение модуля и аргумента передаточной функции проводились этими приборами со следующими погрешностями (по паспортным данным):
анализатор 2034 ± 0,1 Дби ±1 Эл.0 соответственно;
стенд RFT ± 0,5 Дб и ± 5 Эл.° соответственно.
В
/о у
торой способ поверки измерительного устройства заключался в определении модуля и аргумента передаточной функции специального эталонного калибратора, составленного из точного резистора 10 КОм с допуском ± 0,1% и образцового конденсатора 0,1 мкФ с погрешностью 0,3 %, Эти элементы образовывали апериодическое звено первого порядка, для которого определялись расчетные АЧХ и ФЧХ и сравнивались с такими же характеристиками, полученными экспериментально.В связи с тем, что для аналогово-цифрового преобразования в измерительном устройстве использовались АЦП с разрешающей способностью 10 бит, проводились также исследования точности работы измерительного устройства при различных уровнях входных напряжений канаиов в пределах определенного ранее требуемого динамического диапазона 40 Дб.
На рис.5.1 показаны амплитудно-частотные характеристики апериодического звена, представляющего собой дроссель с сопротивлением 0,29 Ом и индуктивностью 0,068 Гн, измеренные указанными выше приборами и измерительным устройством, а на рис.5.2 - фазочастотные характеристики для того же случая.
Измерения проводились для значения входного сигнала апериодического звена, равного 4 В, то есть верхнего значения динамического диапазона измерения АЦП. Указанные характеристики дают основание предположить, что разработанное измерительное устройство в указанных выше условиях работает практически с точностью цифрового анализатора 2034 и превышает по точности определения АЧХ аналоговый измерительный стенд.
На рис.5.3 приведены амплитудные частотные характеристики, определенные с помощью измерительного устройства для упомянутого выше калибратора с постоянной времени 1 мс (R- 10 КОм С=0,1 мкФ) для двух значений входного напряжения калибратора (4 В, 0.4 В), а также расчетная АЧХ. На рис.5,4 приведены фазочастотные характеристики калибратора для тех же случаев.
Приведенные характеристики дают основание полагать, что измерительное устройство вполне работоспособно при изменении напряжений на входе АЦП в пределах до 40 Дб от верхнего значения диапазона измерений (4,096 В).