Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы автоматического управления высокой точности. Учебное пособие для СПО
.pdf
Рис. 10.17. Структура для вычисления ошибки АЦП,
а также фильтр второго порядка
Рис. 10.18. Ошибка первого канала (достаточно мала)
161
Рис. 10.19. Ошибка второго канала (слишком велика)
Рис. 10.20. Сравнение фактического сигнала второго канала (черная линия)
с восстановленным сигналом (синяя линия)
Моделирование за более длительный интервал времени показало, что
указанный скачок ошибки не исчезает. Также в одном из модельных экс-
162
периментов сигналы были специально видоизменены таким образом, чтобы в момент переключения значения этих сигналов мало отличались, т. е.
в этот момент сигналы первого и второго каналов совпадают. Даже в этом
случае при переключении канала возникал скачок ошибки на величину
0,8 единиц. Это составляет около 50 % амплитуды входного сигнала или
25 % его размаха. Соответствующие графики показаны на
рис. 10.21–
10.23. Так, на рис. 10.21 показан входной сигнал (красная линия) и резуль-
тат преобразования в том случае, когда разница между входными сигналами первого и второго каналов в момент переключения каналов невелика.
рис. 10.22 показан результат преобразования, полученный путем обра-
На
ботки кодов, сформированных при работе второго канала. На
рис. 10.23
показан вид ошибки преобразования. Результат преобразования содержит
ошибку, возникающую в момент переключения каналов. Отдельно вид
ошибки второго канала показан на
рис. 10.23.
Рис. 10.21. Результат эксперимента, когда новое значение сигнала второго канала
мало отличается от предыдущего значения первого канала (красная линия – вход-
ной сигнал, синяя линия – результат преобразования)
163
Рис. 10.22. Результат преобразования в другом режиме АЦП: синяя линия – ре-
зультат преобразования, черная линия – фактический сигнал второго канала
Рис. 10.23. Ошибка второго канала в новом режиме
164
10.8. Ненадежный способ уменьшения ошибки преобразования
при использовании схемы с коммутацией
Эффективный, но недостаточно надежный способ уменьшения ошибки
преобразования второго канала найден эмпирически. Он состоит в том, что
устройство восстановления второго канала включается на 0,08 с раньше,
чем требуется. Соответствующие графики показаны на
рис. 10.24.
Этот вариант ненадежен, поскольку при изменении фазы второго сигнала или времени упреждения ошибка второго канала вновь становится
существенной. Этот эксперимент лишь показывает, что средняя величина
результата преобразования существенно зависит от того, какая часть
предыдущего кода, полученного при предшествующем преобразовании,
используется при восстановлении сигнала, преобразуемого в последующем интервале времени.
Рис. 10.24. Отдельно входные сигналы двух каналов и результат их преобразова-
ния: u1 – входной сигнал первого канала, u2 – входной сигнал второго канала, z1 –
результат преобразования по первому каналу, z2 – результат преобразования по
второму каналу
10.9. Обсуждение и выводы
Исследования показали, что использование одного АЦП в режиме
коммутации крайне нежелательно. Вследствие переключения следящей
системы, имеющейся в составе АЦП, возникает переходный процесс, ко-
165
торый порождает динамическую ошибку. Если весь результат преобразования входного сигнала в виде получаемой последовательности дискретных импульсов полностью используется для восстановления входного
сигнала, то среднее значение входного сигнала не искажается за счет динамической ошибки, поэтому преобразование без коммутаций даже сигнала с существенными скачками дает достаточно точный результат по среднему значению. Иными словами, в режиме без коммутации динамическая
ошибка относительно мала и не порождает статической ошибки.
Если же осуществлять разделение входных сигналов и выходных последовательностей по нескольким каналам, то возникает неконтролируемая статическая ошибка после каждого переключения.
Можно предложить следующий алгоритм действия.
Даже если применяется коммутация АЦП, получаемый поток циф-
1.
ровых отсчетов не следует разделять на два потока, а преобразовать в параллельный код целиком.
После преобразования последовательного кода в параллельный код
2.
следует раздельно использовать отсчеты, которые относятся разным каналам.
Отсчеты, получаемые в момент переключения каналов, ненадежны.
3.
10.10. Метод снижения погрешности многоканального АЦП
с коммутацией
Если все же разработчики решатся применить АЦП с коммутацией на
основе одноканального АЦП, можно предложить метод снижения погрешности измерений с помощью такого АЦП. Соответствующая структурная
схема показана на
рис. 10.24, а именно, в устройстве следует использовать
ключ, имеющий на один канал больше, чем используется. В этом канале на
вход следует подать нулевой потенциал, а формирователь управляющих
импульсов следует сделать таким, чтобы дополнительный канал включался каждый раз между периодами подключения информационных каналов.
Устройство работает почти так же, как описано в предыдущем разделе,
с тем отличием, что каждый раз на вход одноканального АЦП поступает
сначала нулевой уровень от нулевой шины дополнительного канала ключа,
лишь затем (возможно, через намного меньший промежуток времени, чем
требуется для преобразования) тот сигнал, который следует преобразовать,
поэтому каждый раз в начале цикла работы вход одноканального АЦП
оказывается закороченным, а потом подключенным к соответствующему
входу многоканального АЦП. Следовательно, условия работы для каждого
канала идентичны и не зависят от значения уровня сигнала, измеряемого в
предыдущем цикле. По этой причине устраняется начальное смещение и
перекрестное влияние каналов и, как следствие, снижается погрешность.
166
Источник
сигнала 1
Ключ
Источник
сигнала 2
Нулевая
шина
Формирователь
импульсов
коммутации
АЦП
Мультиплексор
Регистр 1 Регистр 2
Рис. 10.25. Предлагаемый способ снижения погрешности АЦП с коммутацией
Данный метод исследован путем моделирования. На
рис. 10.26 показа-
на структура для моделирования, которая использовалась для этого исследования. Этот эксперимент состоял в том, что сигнал первого канала искусственно сводится в ноль за 0,1 с до момента коммутации, а следующий
сигнал второго канала искусственно сводится в ноль на время первой 0,1 с
преобразования. Это обеспечивалось с помощью дополнительного ключа.
Этот ключ установлен на выходе основного коммутатора. Соответствующая структурная схема показана на
рис. 10.27.
Рис. 10.26. Структура для снижения погрешности АЦП с коммутацией и результат
ее работы в виде графика на осциллографе
167
Источник
у
сигнала 1
Источник
сигнала 2
имп
Рис. 10.27. Альтернативная структурная схема для снижения погрешности
Ключ
Формирователь
льсов коммутации
многоканального АЦП с коммутацией
Ключ
АЦП
Мультиплексор
Регистр 1 Регистр 2
В данном устройстве второй ключ управляется таким образом, что
между каждым переключением основного ключа подключает на свой выход нулевой потенциал. Соответствующий график показан на
рис. 10.28.
Рис. 10. 28. График сигнала в момент переключения: красная линия – входной
сигнал АЦП, синяя линия – результат преобразования
На графике крупно показано отличие обрабатываемого сигнала: входной сигнал АЦП (красная линия) на момент, начинающийся за 0,1 с до
переключения и завершающийся через 0,1 с после переключения, принудительно делается равным нулю; при этом результат отслеживания АЦП
168
(синяя линия) имеет динамическую ошибку, которая с течением времени
заметно уменьшается. На
рис. 10.29 показан результат преобразования
сигнала с использованием этого способа. Видно, что сигналы в достаточной степени совпадают. На
рис. 10.31 – ошибка первого. В обоих случаях ошибка достаточно мала.
на
рис. 10.30 показана ошибка второго канала, а
Целесообразно убедиться, что при этом средняя ошибка близка к нулю.
Поскольку второй канал был наиболее проблемным, целесообразно исследовать ошибку именно в этом канале. С этой целью увеличим время моделирования, полученный результат показан на
рис. 10.32. Видно, что сред-
няя ошибка, действительно, равна нулю.
Рис. 10.29. Результат преобразования сигнала по структуре рис. 10.26: входные
сигналы и результаты преобразования по каждому канал
в достаточной степени совпадают
169
Рис. 10.30. Ошибка второго канала в эксперименте по рис. 10.26 (синяя линия –
ошибка без фильтрации, черная линия – ошибка после фильтрации)
Рис. 10.31. Ошибка первого канала в эксперименте по рис. 10.26 (синяя линия –
ошибка без фильтрации, черная линия – ошибка после фильтрации)
170
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]