22.4. Алгоритмические способы коррекции цпп микроэвм

22.4.1. Снижение аддитивной и инструментальной составляющих погрешности

В том случае, хогда аналоговые данные поступают всего по нескольким каналам, но обработка требует большего объема вычислений, целесообразно использовать интегрирующие преобразователи. Пока микроЭВМ по программе производит обработку данных одного канала, у ЦПП оказывается достаточно времени для перевода в цифровую форму сигналов следующего канала. Если же мнкроЭВМ будет работать с недогрузкой и в этом случае, то целесообразно возложить на нее функции логической части преобразователя, что существенно упростит схему ЦПП. При этом появляются дополнительные возможности, заключающиеся в программном управлении точностью процесса преобразования при некотором увеличении времени обработки данных.

Этот подход используется при реализации алгоритмических методов повышения точности интегрирующего ЦПП, в котором напряжения, пропорцио­нальные синусу и косинусу угла, интегрируются в течение определенного интер­вала времени на двух интеграторах. Затем два интегратора и инвертор замыкаются в кольцо, образуя гармонический генератор. По ближайшему пере­ходу через нуль выходного напряжения одного из интеграторов кольцо размы­кается и получившийся временной интервал генерациа путем заполнения частотой преобразуется в цифровой эквивалент Ф угла в (см. гл. 9):

где — коэффициент передачи инвертора.

Очевиден основной недостаток такого преобразовання — зависимость выход­ного кода от величин постоянных времени интеграторов. Онн изменяются при изменения внешних условий и в результате старения. К тому же в нормальных

условиях необходимо задать постоянные времена интегратора таким образом, чтобы одновременно выполнялись два равенства: (9.21) и (9.22).

Устранить влияние v на выходной код угла можно лишь, получив инфор­мацию о его реальном значении. Эту информацию в виде кода Ф, соответст­вующего 1/4 периода гармонических колебаний преобразователя (90°), можно получить двумя способами.

Сущность первого способа [а. с. 982045 (СССР)] состоит в использовании генератора гармонических сигналов, начальные условия которого пропорцио­нальны синусу и косинусу угла поворота. После интегрирования напряжений, пропорциональных синусу и косинусу угла в поворота в течение расчетного временного интервала на первом и втором интеграторах запоминают напря­жения определяемые в соответствии с (9.10) и (9.11).

При взаимном инегрировании вторым интегратором выходного инвертиро­ванного напряжения первого интегратора, а первым интегратором — выходного напряжения второго интегратора выходные напряжения интеграторов изменя­ются в соответствии с уравнениями (9.12) и (9.13).

Время t0 от начала взаимного интегрирования до ближайшего перехода через нуль выходного напряжения одного из интеграторов определяется реше­нием этих уравнений и лри равно ~" т. е. время взаимного интегрирования пропорционально измеряемому углу поворота 9. После изме­рения времени например, путем заполнения его высокочастотными импуль­сами н их подсчета оба интегратора обнуляют.

Далее напряжения дополнительно интегрируют в течение того же

интервала на втором и первом интеграторах соответственно и запоминают. При взаимном интегрировании вторым интегратором выходного инвертирован­ного напряжения первого интегратора, а первым интегратором — выходного напряжения второго интегратора выходные напряжения интеграторов изменя­ются в соответствии с уравнениями, аналогичными уравнениям (9.12) и (9.13),

Время t₂ от начала дополнительного взаимного интегрирования до пере­хода через нуль выходного напряжения одного из интеграторов

После измерения времени оба интегратора обнуляют. Цифровой эквивалентугла поворота Ф получают делением первого времени взаимного интегрированияна сумму времен взаимного интегрирования где М — коэф-

фициент пропорциональности.

Таким образом, код угла не зависит от постоянной интегрированияи от частоты следования импульсов заполнения временных интерваловпри их измерении, в результате чего точность преобразования угла поворота вала в - код повышается за счет снижения аддитивной составляющей погреш­ности ЦПП.

По второму способу [а. с. 982049 (СССР) ] кодполучают непосредственнымизмерением 1/4 периода гармонических колебаний, т. е. временного интервала между двумя ближайшими переходами через нуль выходных напряжений интеграторов

Такой способ позволяет снизить как аддитивную составляющую погреш­ности, вызванную изменением величины постоянных времени интеграторов, которая определяет период гармонических колебание при изменении темпе-

ратуры окружающей среды, так и ее инструментальную составляющую, вызванную несоответствием реального я расчетного периодов гармонических колебаний. Отпадает необходимость в трудоемкой ручной операции точной выставки определенной величины периода гармонических колебаний, а следо­вательно, и величины постоянных времени интеграторов при первоначальной настройке преобразователей, что существенно снижает трудоемкость их изго­товления.

Преимущество первого способа перед вторым в том, что он не требует Специальной доработки отсчетной части готового преобразователя, однако он требует больших затрат машинного времени и выполнения соотношения (9.21) (при углах, близких к границам квадрантов, необходимостью этого равенства можно пренебречь).

22.4.2. Реализация алгоритмов коррекции

При использовании микроЭВМ алгоритм коррекции предусматривает сле­дующую последовательность:

В результате обычного цикла преобразования в соответствии с (22.1) получают первое значение кода. Переключением меняют местами напряжения, поступающие на входы отсчетной части преобразователя, цикл преобразования повторяют и получают значение кода

Если (9.21) выполняется, то получаются следующие значения кодов:

Суммируя затем эти коды с помощью микроЭВМ, получают код

По второму способу, получив информацию о значении в цифровом виде, учитывают влияние ее изменения на выходной код Ф с помощью мнкроЭВМ следующим образом: код Ф умножают на код соответствующий 90°

в необходимом значении веса младшего разряда, и делят на код

Таким образом получают цифровой эквивалент угла, не зависящий ни от частоты гармонических колебаний, ни от частоты заполненияК дополнительным достоинствам следует отнести и то, что код угла с любым весом младшего разряда получают сразу, без дополнительного преобразования.

На рис. 22.10 представлено устройство для реализаций этого способа. Преобразователь содержит СКДУ, интеграторы ИР1 и ИР2, инвертор

компараторы К1 и К2, блок синхронизации ВС, предназначенный для управле­ния преобразователем по тактам, вычислительный блок ВБ, предназначенный для выполнения деления временных интервалов и умножения на код, ключи Кл1 — Кл4. В реальном устройстве функции ВБ возложены на микроЭВМ. Преобразователь работает в четыре такта.

На первом такте замыкаются Кл1 и КлЗ н происходит интегрирование выходных напряжений СКДУ, пропорциональных синусу и косинусу угла. На втором такте Кл1 и КлЗ размыкаются, Кл2 и Кл4 замыкаются и начина­ется генерация двухфазных гармонических колебаний. Длительность второго -такта—до первого перехода через нуль выходного напряжения одного из интеграторов. Длительность этого временного интервала равнаИнтервалзапоминается в вычислительном блоке либо в виде кода, получен­ного от заполнения импульсами счета интервала либо в виде напряжения полученного в результате интегрирования положительного напряжения за время На третьем такте генерация двухфазных коле-

баний продолжается до второго перехода через нуль выходного напряжения одного из интеграторов, т. е. длительность третьего такта соответствует 1/4 периода двухфазных гармонических колебаний. Следовательно, длительность третьего такта

Интервал запоминается в вычислительном блоке также либо в виде кода аналогично интервалу либо в виде напряжения полученного в

результате интегрирования отрицательного напряжения за время На чет­вертом такте размыкаются Кл2 и Кл4 и происходит обнуление интеграторов. Одновременно в вычислительном блоке происходит деление интервалана интервал и умножение на код 8, эквивалентный углу 90°. В микроЭВМ выполнение этих операции производится с кодами интервалова в анало-

говом ВБ — методом двухтактного интегрирования, где на первом такте интег­рируется на втором— длительность первого такта соответствует кодовому эквиваленту угла 90^е.

В результате четвертого такта в вычислительном блоке получают код Ф, представляющий собой цифровой эквивалент угла 9 и не зависящий от круго­вой частоты гармонических колебанийи от частоты импульсов счета:

Моменты проведения коррекции определяются оператором или программой исходя из ожидаемой динамики ухода параметров. В ряде случаев целесооб­разно проведение коррекции перед каждым преобразованием. На рис. 22.11 представлена функциональная схема такого ЦПП.

Его отсчетная часть содержит источник опорного напряжения ИОН, фор- мирователь кода квадрантов ФКК, ключи Кл1 и Кл2, коммутаторы KP1 и КР2,интеграторы ИР1 и ИР2, делитель Д, инвертор компараторы K1

и К2, логические схемы ИЛИ!, ИЛИ2, И1, И2, блоки управления БУ1 — БУ4, генератор импульсов триггер счетчик шинный формирователь ШФ, формирователь строба ФС и регистры RG1 и RG2. Алгоритм его функциониро­вания предусматривает два режима: коррекции и рабочий, каждый из которых осуществляется за четыре такта.

Сопряжение микроЭВМ с ЦПП производится с помощью шины данных ШД и шины управления, включающей сигналы ЗАПИСЬ, ЧТЕНИЕ, ГОТОВ.

Обмен информацией между микроЭВМ и ЦПП предусматривает стандартные операции пересылки, которые выражаются, как правило, в одной команде, например MOV.

Задание алгоритма функционирования ЦПУ производится БУ1 — БУ4. Для определения их структуры обозначим сигналы на выхсдах RG1 У1 — У4, сигнал на выходе ИЛИ2 — КОМ, сигналы на выходе сигналы на

выходах Ст — Cт1 и Ст2, сигнал на шине коррекции — КОРР, сигнал на выхот де ИЛИ1 —У5, сигналы на управляющих входах КР1 и КР2— У6 и У7, сигнал на входах обнуления ИР1 и ИР2 — У8, сигнал на управляющих входах клю­чей Кл1 и Кл2 — У9.

Структура БУ1 определяется выражением

БУ1 состоит из элементов НЕ, 2И—2И—2ИЛИ н 2И — 2И — 2И — ЗИЛИ. Структура БУЯ определяется выражением

БУ2 состоит из элемента 2И — 2И — ЗИ — ЗИЛИ.

Структура БУЗ определяется выражением

БУЗ состоит из элементов 2И — 2И — 2ИЛИ и 2И - 2И — ЗИ — ЗИЛИ.

Структура БУ4 определяется выражениями

БУ4 состоит из элементов НЕ, И и 2И — 2И — 2ИЛИ.

На первом такте коррекции из микроЭВМ. в RG1 записывается код 1000, элемент И1 открыт, так как Тг1 установлен в исходное состояние сигналом СБРОС. Одновременно в RG2 по сигналу ЗАПИСЬ заносится из ЩД через ШФ, открытый в этом направлении при снятии сигнала ЧТЕНИЕ, код, соот­ветствующий предполагаемому состоянию Д, при котором постоянные времени интеграторов ИР1 и ИР2 равны. По окончании сигнала ЗАПИСЬ Тг1 устанав­ливается в нулевое состояние с помощью ИЛИ1 и БУЗ и тем самым разре­шает подачу импульсов от G через И2 на вход Ст1. Блок БУ4 формирует сигнал на четвертом выходе, и напряжение с ИОН через Кл1 и Кл2 поступает на ИР1 и ИР2, Длительность первого такта задается Ст1, при появлении импульса на первом выходе которого БУЗ выдает сигнал на RG1. Единица сдвигается на второй выход RG1, и заканчивается первый такт — интегрирова­ния постоянного напряжения ИР1 и ИР2.

На втором такте БУ2 через формирователь строба ФС обнуляет Ст1, на который продолжают поступать импульсы с G. Одновременно БУ4 формирует сигнал на втором выходе, тем самым с помощью КР1 и КР2 замыкая ИР1, ИР2 и Инв в кольцо и образуя гармонический генератор. В момент перехода выход­ного напряжения ИР1 через нуль срабатывает К2 и сигнал через ИЛИ2 и БУЗ устанавливает Тг1 в состояние логической единицы. При этом прекращается счет импульсов в Ст1, где накопился код, эквивалентный углу 45°. Одновре­менно БУ1 выдает сигнал на сдвигающий вход RG1 и единичный сигнал сдвигается на его третий выход, тем самым завершается второй такт кор­рекции.

На третьем такте по сигналу ЧТЕНИЕ из микроЭВМ ЩФ передает циф­ровой эквивалент 45° с выходов Ст1 в ШД. МикроЭВМ при наличии сигна­ла ГОТОВ (единичное состояние принимает этот код и запоминает его. По окончании сигнала ЧТЕНИЕ с помощью ИЛИ1 и БУЗ Тг1 устанавливается в состояние\ 0, тем самым через БУ2 и ФС Ст1 обнуляется н на его вход снова начинают поступать импульсы счета. Одновременно вновь замыкаются ИР1, ИР2 и в кольцо, так как снова появляется сигнал на втором вы­ходе БУ4, и продолжается формирование гармонических колебаний. В момент перехода выходного напряжения ИР1 через нуль срабатывает компаратор К1 и сигнал через схему ИЛИ2 и БУЗ устанавливает в единичное состояние,

тем самым сигнал через БУ1 подается на сдвигающий вход RG1 и единичный сигнал сдвигается на четвертый выход RG1 третий шаг заканчивается.

В начале четвертого такта по аналогии с третьим ЦПУ «замирает» до момента снятия сигнала ЧТЕНИЕ из микроЭВМ, с которым она приняла код, соответствующий четверти периода гармонических колебаний ЦПУ. По оконча­нии сигнала ЧТЕНИЕ с помощью ИЛИ1 и БУЗ устанавливается в нуле­вое состояние, тем самым через БУ2 и ФС Ст обнуляется и на его вход посту­пают импульсы G. Одновременно на третьем выходе БУ4 появляется сигнал, поступающий на вход обнуления ИР1, ИР2. По появлению сигнала на втором выходе Ст, который тем самым задает длительность интервала обнуления интеграторов, с помощью БУЗ устанавливается в единичное состояние.

На этом режим коррекции ЦПП завершается.

В микроЭВМ код 45° умножается на код 90° и делится на код Т/4. Таким образом формируется код, не зависящий от периода гармонических колеба­ний ЦПП и зависящий от равенства постоянных времени интеграторов. Срав­нивая его с кодом, соответствующим 45°, вычисляют код который не­обходимо подавать на Д, чтобы постоянные времени ИР1, ИР2 были равны.

Временные диаграммы выходных напряжений ИР] (А), ИР2 (Б) и пря­мого выхода Тг (В) в режиме коррекции представлены на рис. 22.12.

По сигналу ЗАПИСЬ из микроЭВМ в RG1 записывается код 1000, фор­мируется единичный сигнал на первом выходе RG1 и начинается первый ра­бочий такт работы ЦПУ. Одновременно в RG2 через открытый ШФ заносит­ся код По окончании сигнала ЗАПИСЬ Тг устанавливается в нулевое состояние с помощью БУЗ. Это обеспечивает прохождение импульсов от G на Ст. Блок БУ4, воздействуя на КР1 и КР2, обеспечивает подачу выходных напряжений СКДУ на входы ИР1 и ИР2. При появлении сигнала на первом выходе Ст БУ1 подает сигнал на сдвигающий вход RG1, единичный сигнал сдвигается с первого на второй выход регистра RG1, первый такт заканчи­вается.

На втором такте БУ2 через ФС обнуляет Ст, на который продолжают поступать импульсы счета с G. Блок БУ4 формирует сигнал на втором выхо­де, замыкая с помощью Kp1 и Кр2 ИР1, ИР2 и Инв в кольцо и образуя гар­монический генератор.. В момент перехода выходного напряжения одного из интеграторов через нуль срабатывает К1 или К2 и сигнал через схему ИЛИ2 и БУЗ устанавливает в единичное состояние. При этом прекращается счет

импульсов в Ст, где накопился код Ф, эквивалентный углу 0. Одновременно БУ1 выдает сигнал на сдвигающий вход RG1 и единичный сигнал сдвигается на его третий выход. На этом заканчивается второй рабочий такт.

На третьем такте состояние Ст н ИР1, ИР2 не изменяется, так как на их входы ничего не подается. Третий шаг продолжается до появления из мик­роЭВМ сигнала ЧТЕНИЕ, если он не появился ранее. При наличии сигнала ЧТЕНИЕ ШФ передает Ф с выхода Ст в ШД. МикроЭВМ при наличии сиг­нала ГОТОВ принимает этот код и запоминает его. При снятии сигнала ЧТЕНИЕ с помощью ИЛИ и БУЗ устанавливается в нулевое состояние. Через БУ2 и ФС Ст обнуляется, и на его вход вновь начинают поступать импульсы счета. Одновременно через БУ1 производится сдвиг единицы на четвертый выход RG1, и третий такт заканчивается.

На четвертом такте производится обнуление ИР1 и ИР2. Сигналом на втором выходе Ст с помощью БУЗ устанавливается единичное состояние. На этом заканчивается второй режим работы ЦПП. Временные диаграммы выходных напряжений ИР1 (А), ИР2 (Б) и прямого выхода в рабочем режиме представлены на рис. 22.13.