5.Разработка структурной схемы стенда бтп.

В связи с тем , что для реализации функций синуса и косинуса используется одноквадрантный дробно-рациональный синусный преобразователь (ОДРСП) существует необходимость в предварительном преобразовании входного сигнала для ОДРСП и в управляемой инверсии его выходного сигнала. Поэтому структурная схема стенда БТП содержит:

• блок линейнонарастающей-линейноспадающей функции (БЛНЛСФ);

• блок одноквадрантного синусного преобразователя (БОСП);

• блок управляемой инверсии (БУИ);

• генератор тактовых импульсов (ГТИ);

• коммутационное поле (КП) ;

• источники питания (ИП).

БОСП предназначен для аппроксимации функции Y=SIN (/2) X

X  0;1 дробнорациональной функцией (29).

БЛНЛСФ предназначен для перевода четырехквадрантной координаты в одноквадрантную и воспроизведения управляющих сигналов для БУИ. БЛНЛСФ реализует следующую зависимость:

Uвх sin = (1 - ) * Uоп ;

Uвх cos = * Uоп ;

Где 0 В  Uоп  10 В.

БУИ предназначен для инверсии выходного сигнала в зависмости от сигнала управления (14р):

Uвых = Uвх , если Nупр(14р) = “0”

Uвых = - Uвх , если Nупр (13р)= “1”

Структурная схема БТП представлена на рис.1 .

Преобразователь работает следующим образом:

В БЛНЛСФ на счетные входы счетчика с ключей (расположенных в коммутационном поле (КП)) поступает код, задающий начальное напряжение для Uвх sin(cos) , где с приходом тактовых импульсов начинается прямой счет и после преобразования этого кода в напряженме (с помощью ЦАПа) оно подается на вход БОСП, в котором и происходит его аппроксимация; также из БЛНЛСФ на БУИ идет управляющий разряд, в соответствии с которым происходит инвертирование напряжения с выхода БОСП.

В стенде БТП предусмотрены также режимы работы : статический (установка входного напряжения двоичным кодом) и динамический (развертка функции во времени , то есть генерация функциональных зависимостей).

Для реализации обратных функции (то есть ARCSIN и ARCCOS ) сигнал с выхода БЛНЛСФ подается на неинвертирующий вход ОУ , БОСП с инвертором включается в обратную связь этого ОУ и выходной сигнал подается на БУИ (рис.1.2).

На рисунке 1.1 показана работа БТП.

5.1 Разработка структурной схемы босп.

На этапе синтеза схем ДРФП по заданному приближению

необходимо выполнить следующие действия:

1. Выбор графа дробно-рациональной функции;

2. Моделирование ДРФП:

1. Приведение моделируемого уравнения к виду , удобному

для моделирования;

2. Составление структурной схемы;

3. Нахождение машинного и масштабных уравнений;

4. Выбор масштабов и коэффициентов передач.

3. Проверка устойчивости ДРФП.

Лучшими для синтеза схем ДРФП являются следующие

графы рациональной дроби: безконтурный, одноконтурный,

многоконтурный с последовательными управляемыми

ветвями и цепной граф. Схемы ДРФП соответствующие

данным графам называют : безконтурный, одноконтурный,

последовательный и цепной ДРФП.

Методика построения графов по заданному дробно-

рациональному приближению описана ниже, однако она не

является достаточной для осуществления синтеза стуктурной

схемы ДРФП, т.к в ней отсутствует методика

моделирования.

На этапе моделирования необходимо решать задачу масштабирования - под которой понимают определение точной взаимозависимости электрической схемы и реализуемой дробно-рациональной функции, включая вычисления значений констант (то есть коэффициентов передач и смещений ) и диапазонов изменения напряжений. Поскольку диапазоны изменения зависят от конфигурации схемы, масштабные соотношения следует определять после того , как конфигурация схемы уже выработона. Однако возможность реализовать соответствующие масштабные соотношения (следует определять) может быть решающим доводом при выборе конфигурации схемы.

Выбор независимых коэффициентов передач и масштабов следует осуществлять из условия максимального использования диапазона выходных напряжений блоков.

Методы построения и расчета умножающих и неумножающих

последовательных ДРФП изложена в работе (6) и может быть

использована для других видов функциональных

преобразователей.

Для синтеза структурной схемы преобразователя выбираем

многоконтурный граф дробно-рациональной функций (29) , по

которому построили последовательный ДРФП.

Функциональный синусный преобразователь можно реализовать следующим образом (рис.2).

Преобразователь состоит из трехвходового инвертирующего сумматора 1, двух двухвходовых инвертирующих умножителя 2 и 3 и двухвходового инвертирующего сумматора 4, трехвходового инвертирующего сумматора 5..

Вход преобразователя связан с первым входом первого сумматора 1 и управляющими входами умножителей 2 и 3 и первым входом сумматора 4, выход первого сумматора связан с первым входом умножителя 2 и третьим входом сумматора 5; выход умножителя 2 связан со вторым входом первого сумматора , первым входом умножителя 3 и вторым входом сумматора 5 , выход умножителя 3 связан с третьим входом первого сумматора и вторым входом сумматора 4 , выход сумматора 4 связан с первым входом сумматора 5, выход которого является выходом функционального преобразователя .

При синтезе данного ДРФП использован метод грубо-точной аппроксимации функции, то есть в преобразователе грубая

аппроксимация производится линейной функцией Х (см(29)) с использованием линейных преобразователей , инструментальная погрешность которых ничтожно мала, а точная аппроксимация осуществляется путем моделирования нелинейной составляющей реализуемой функции, схемой с минимальным весовым коэффициентом передачи на выход функционального преобразователя, что обеспечивается выбором весовых коэффициентов с учетом использования всего линейного диапазона умножителей.

Весовые коэффициенты передачи по второму и третьему входу сумматора 1 соответственно равны : 0.0710868 и 0.1666104.

Весовые коэффициенты передачи 1-ому входу сумматора 1, второму входу сумматора 4 и второму и третьему входу сумматора 5, выбираются с учетом использования всего линейного диапазона умножителей, и соответственно равны :

1.09

0.5242896 / 1.09=0.4809996 ,

0.0469939 / 1.09=0.04311367,

0.571283 / 1.09=0.5241128.

Весовые коэффициенты передачи по первому входу сумматора 4 и первому входу сумматора 5 равны 1.0. В умножителях 2 и 3 реализованы коэффициенты – 0,1;

Таким образом :

К11 = 1.09

К12 = 0.071086

К13 = 0.166103

К2 = К3 = 0.1

К41 = К51 = 1

К42 = 0.480999

К52 = 0.043113

К53 = 0.524112

Где Кij – коэффициент передачи i-ого блока по j-му входу.

В нашем случае преобразователь реализован немного иначе , чем описанный выше (рис.2.1). Весовые коэффициенты реализуются с помощью пяти десятиразрядных ЦАПов и соответственно совпадают с перечисленными ранее , а изменяя коэффициенты можно реализовывать и другие функции помимо названных, но это является предметом дальнейших работ.

Кроме того, в нашем преобразователе 1-ый умножитель неинвертирующий, сумматор 5 не используется ,потому как на базе ОУ 140УД17А собран 2-ой сумматор(4) как по инвертирующему входу , так и по неинвертирующему.