Введение к работе
Актуальность темы. Современные тенденции и подходы к построению систем телеметрического контроля и управления угловым положением объектов связаны с использованием преобразователей переме-щений типа «угол-параметр-код», где в качестве первичного датчика применяются синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ),
а в качестве вторичных – схемы АЦП, преобразующие сигналы вращающихся трансформаторов в код (АЦП ВТ). Оба устройства являются функционально завершенными и имеют свои метрологические и технические характеристики, подлежащие нормированию, измерению и контролю.
В связи с тенденцией к интенсификации производства и повышению технических и метрологических характеристик датчиков углового положения существует необходимость в исследовании данных устройств, а также повышении уровня их метрологического обеспечения, которые неразрывно связаны с применением средств измерений, обладающих более высоким уровнем технических, эксплуатационных и метрологических характеристик.
Наиболее актуальны данные аспекты в вопросах контроля параметров АЦП ВТ, принимающих информацию от первичных датчиков углового положения и преобразующих ее в цифровой эквивалент. Это связано с тем, что в существующих нормативно-технических документах регламентированы методы контроля погрешности АЦП ВТ, нацеленные на применение в измерениях «эталонных» первичных преобразователей, не существующих в строгом смысле этих терминов.
Такой подход имеет ряд недостатков, связанных с высокой трудоемкостью самих методов контроля из-за необходимости использования большого количества вспомогательного и контрольно-измерительного оборудования, отсутствием возможности автоматизации данного процесса и низкой точностью. Эти недостатки можно устранить путем контроля параметров АЦП ВТ с помощью методов, ориентированных на использование имитаторов сигналов СКВТ, построенных, в свою очередь, на основе измерительных генераторов электрических сигналов.
Большой вклад в совершенствование преобразователей «угол-параметр-код» и развитие методов их анализа внесли В. Г. Домрачев, Б. С. Мейко, Дж. Вульвет, В. В. Алексеев, В. М. Домрачев и другие отечественные и зарубежные ученые.
В то же время использование имитаторов сигналов СКВТ как в виде самостоятельных устройств, так и в составе средств контроля параметров АЦП ВТ требует решения задач, направленных на предъявление к ним требований по точности, совершенствование структур, а также совершенствование методик оценки точности.
Актуальность решения данных задач и обусловила постановку работы.
Цель диссертационной работы заключалась в совершенствовании средств контроля параметров АЦП ВТ и методик оценки их точности.
Поставленная в работе цель достигалась решением следующих задач:
-
анализ и математическое описание преобразователей «угол-параметр-код» с целью выделения параметров выходных сигналов СКВТ, влияющих на точность преобразования АЦП ВТ;
-
получение уточненного аналитического выражения, устанавливающего взаимосвязь между отклонениями от номинальных значений параметров выходных сигналов СКВТ и суммарной угловой ошибкой, вызванной их влиянием при преобразовании угла в код;
-
совершенствование структур и способов построения средств, имитирующих электрические сигналы СКВТ, с целью автоматизации, унификации и повышения точности контроля параметров АЦП ВТ;
-
совершенствование алгоритмов и методик определения погрешности средств, формирующих электрические сигналы СКВТ;
-
создание программно-аппаратного комплекса, предназначенного для контроля параметров АЦП ВТ и обладающего более высоким уровнем функциональных и метрологических характеристик.
Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись методы теории автоматического управления, теории электрических цепей и сигналов, теории погрешностей, методы спектрального анализа, элементы численных методов и математического анализа.
Объект исследования - научно-технические решения в области контроля параметров АЦП ВТ.
Предмет исследования - принципы формирования сигналов СКВТ с заданной точностью.
Научная новизна работы:
1. Получено аналитическое выражение, устанавливающее взаимосвязь между параметрами выходных сигналов СКВТ и угловой погрешностью, вызванной их влиянием, отличающееся учетом влияния фазовых отклонений сигналов СКВТ и позволяющее предъявить требования по точности
к устройствам, имитирующим сигналы СКВТ.
2. Предложен и теоретически обоснован способ формирования электрических сигналов СКВТ, отличающийся использованием принципов, аналогичных балансной модуляции, позволяющий имитировать как статические, так и динамические режимы работы СКВТ.
3. Предложена методика определения погрешности средств, имитирующих сигналы СКВТ, реализованных на двух индуктивных делителях, отличающаяся оценкой взаимной нелинейности и позволяющая снизить методическую составляющую погрешности.
4. Предложен алгоритм определения погрешности средств, имитирующих сигналы СКВТ, отличающийся использованием в качестве эталонного средства имитатора сигналов СКВТ, реализованного на двух индуктивных делителях, и позволяющий оценивать как статическую, так и динамическую ее составляющую.
Практическая значимость:
1. Разработан и исследован имитатор сигналов СКВТ, построенный на основе принципов, аналогичных балансной модуляции, позволяющий моделировать различные режимы работы СКВТ, такие как неподвижное положение ротора, вращение с заданной скоростью, вращение с ускорением.
2. Разработана методика определения погрешности имитатора сигналов СКВТ, реализованного на двух индуктивных делителях, позволяющая использовать данный имитатор в качестве эталонного средства.
3. Разработана методика определения погрешности средств, имитирующих сигналы СКВТ, с помощью эталонного имитатора, позволяющая оценивать как статическую, так и динамическую погрешности.
4. Создан программно-аппаратный комплекс, позволяющий значительно расширить возможности контроля функциональных параметров АЦП ВТ.
Реализация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований получили практическое воплощение в разработанном на ОАО «Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов» комплексе испытательного оборудования для обеспечения производства гибридных микросхем АЦП ВТ: 427ПВ2Т и 427ПВ3 в рамках выполнения Государственного контракта № 4684 от 30.06.2003 г.
На защиту выносятся:
1) аналитическое выражение, устанавливающее взаимосвязь между значениями амплитудных и фазовых отклонений выходных сигналов по синусному и косинусному каналам и угловой погрешностью, вызванной их влиянием при имитации сигналов СКВТ;
2) способ и структура построения имитатора сигналов СКВТ, основанные на применении принципов, аналогичных балансной модуляции;
3) методика определения погрешности имитатора сигналов СКВТ, реализованного на двух индуктивных делителях, заключающаяся в оценке их взаимной нелинейности на основе метода последовательных приращений;
4) алгоритм определения статической и динамической погрешностей средств, имитирующих сигналы СКВТ, с помощью эталонного имитатора, реализованного на двух индуктивных делителях;
5) программно-аппаратный комплекс для контроля функциональных параметров АЦП ВТ в статическом и динамическом режимах.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на международных научно-технических конференциях «Метрологическое обеспечение измерительных систем» (Пенза, 2006 г.), «Современные информационные технологии» (Пенза, 2006 г.), «Материалы для пассивных радиоэлектронных компонентов» (Пенза, 2007 г.), научно-практической конференции «Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий» (Пенза, 2011 г.), международных симпозиумах «Надежность и качество» (Пенза, 2006-2012 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 работа, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК РФ, 13 печатных работ без соавторов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, состоящего из 98 наименований, трех приложений. Диссертационная работа изложена на 150 страницах основного текста, содержит 50 рисунков и 8 таблиц.
