Введение к работе
Актуальность.
Более чем двадцатилетняя история развития микропроцессоров (МП) и микропроцессорных измерительных приборов (МИП) является одновременно историей борьбы за повышение их точности и быстродействия. При этом, наряду с экстенсивным наращиванием вычислительных мощностей МП (увеличение разрядности, повышение тактовой частоты), постоянно развиваются математические и программные методы повышения точности обработки измерительной информации при сохранении высокого быстродействия.
Несмотря на большое число работ, посвяшешгах как самим вычислительным методам повышения качества средств измерений, так и вопросам использования МП для этих целей - среди них можно выделить работы Т. М. Алиева, Н. С. Анишина, п. А. Арутюнова, И. М, Вишенчука, В. С. Гутникова, в. ю. Кнеллера, к. Л, Куликовского, А. М, Иелик-Шахназарова, Г. Я. Мирского, П. П. Орнатского, Ю.Н. Туза, Э. И, Цветкова, Б. И. Швецкого и др. -вопросы программно-математического или алгоритмического повышения точности или быстродействия применительно к малогабаритным, переносным МИП широкого применения для измерения Физических величин по электрическим сигналам датчиков остаются весьма актуальными.
Основные пути совершенствования точностных характеристик МИП связаны с улучшением методов программной линеаризации характеристик первичных преобразователей, фильтрации помех и шумов, автоматической коррекции систематических погрешностей, а также с интеллектуализацией измерительные устройств, совершенствованием средств разработки и отладки их программного обеспечения (ПО).
Цель работы.
Настоящая работа посвяшена развитию существующих и разработке новых математических и. программных методов повышения точности и быстродействия современных МИП с учетом требований и ограничений, свойственных электрическим приборам, для измерения неэлектрических величин, анализу методических погрешностей, возникающих в результате применения МП в составе таких приборов и поиску возможных
путей их снижения, а также развитию методов и средств отладки НИП. Для достижения этой цели в диссертации решаются следующие задачи :
1. Исследование совместного влияния процедур линеаризации, коррекции и Фильтрации на величину систематической погрешности измерительного прибора. Разработка и исследование способов снижения указанной погрешности.
г. Разработка и исследование методов оптимальной и адаптивной цифровой Фильтрации в НИП для подавления широкополосных и периодических помех. Разработка и обоснование быстрых алгоритмов для ЦИФРОВЫХ Ш-фильтров.
3. Развитие методов программной линеаризации характеристик
преобразования НИП.
-
Анализ и развитие методов введения программной тєрмокоррєк-ции в ИИП (на примере микропроцессорного толщиномера и лабораторных весов).
-
Разработка структур, ПО и средств отладки НИП для измерения толшины, массы и др., реализующих предложенные технические решения, практическая их проверка и внедрение в промышленность,
Нетоды исследований.
Нетоды исследований основаны на теории погрешностей, аппарате линейной алгебры, математической статистики и численного анализа с использованием математического моделирования.
Научная новизна.
1. Предложен алгоритм расчета быстрого оптимального Фильтра
Винера для выделения постоянного сигнала на Фоне гармонической
помехи за время, меньшее периода помехи. Показана возможность реа
лизации аналогичного адаптивного Фильтра. Предложены структуры
параллельного адаптивного Ш-Фильтра и RAND-Фильтра, позволяющие
снизить коэффициент расстройки и уменьшить тем самым систематичес
кую погрешность смешения Фильтра. Получена оценка их максимального
помехоподавления.
-
Исследованы способы программной линеаризации характеристик НИП, Предложены различные методы повышения точности для линеаризации на основе кусочно-линейной аппроксимации (КЛА). Для сокращения объема вычислений и сохранения ПО алгоритма КЛА при переходе на кусочно-параболическую аппроксимацию предложено использовать представление параболы через инвариант.
-
На основе анализа наиболее чувствительных к температурным 2
воздействиям узлов электронной схемы разработаны методы введения термокоррекции в микропроцессорный толщиномер и лабораторные весы.
Ч. На примере микропроцессорного толщиномера рассмотрены пути и возможности повышения активной роли КИП в процессе измерения.
Практическая ценность работы :
1. Разработан пакет программ на языке HATLAB для моделирования
и расчета характеристик оптимального и адаптивного цифрового
Фильтра. С помошью данного пакета получены оценки эффективности
применения оптимальных и адаптивных КИХ-Фильтров в зависимости от
вида помех (на примере микропроцессорных лабораторных весов).
2. Разработан пакет программ для моделирования и реализации
алгоритмов K/IA повышенной точности, Предложен эффективный ассемб
лерный модуль КЛА для М.ИП.
3. Разработаны и приведены быстрые программы вычисления квад
ратного корня на языках ассемблера и С, использующие алгоритмы
CORDIc-ариФметики, дана оценка их точности в зависимости от быстро
действия.
4. Полностью разработаны принципиальные схеми и пакеты про
грамм микропроцессорных цифровых весов с термокоррекцией, микропро
цессорного толщиномера, лабораторного стенда для измерения механи
ческих характеристик паротурбинных агрегатов черной металлургии и
микропроцессорного озрнометра, измерительно-отладочного комплекса
со встроенным программатором и эмулятором ППЗУ.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы в микропроцессорном толщиномере, разработанном по техническому заданию Бобруйского завода "Бесоприбор", в лабораторном стенде для измерения механических характеристик паротурбинных агрегатов (СПбГГУ), микропроцессорном озонометре (Смоленское ПО "Аналитприбор"). Измерительно-отладочный комплекс внедрен на предприятиях "Вектор" и ЛОНИИС (СПб.), используется при выполнении НИР и в учебном процессе в СПбГТУ.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на Всесоюзной научно-технической конференции "ИИС-89" (Ульяновск), Всесоюзной научно-технической конференции "Микропроцессорные системы автоматики" (Новосибирск, 1990 г.), IV Всесоюзной научно-технической выставке "Контроль толшины покрытий и его метрологическое обеспечение" (Ижевск, 1990 г.), Международном симпозиуме-выставке "Аппаратные и программные средства организации и управления
производством" (Ленинград, 1990 г.), Всесоюзной конференции "Современное состояние аналитического приборостроения в области анализа газовых сред и радиоспектроскопии" (Смоленск, 1991 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Методология измерений" (Ленинград, 1991 г.), Республиканском научно-техническом семинаре "Методы и технические средства зашиты информации" (Санкт-Петербург, 1993 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано И печатных трудов, в том числе одно авторское свидетельство. Материалы диссертации вошли в отчеты по НИР кафедры ИИТ ЛГТУ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Обший объем работы 226 стр,, в том числе 38 рисунков, 23 таблицы, 28 стр. приложений. Список использованной литературы включает 105 наименований.
