Введение к работе
Актуальность работы. Важным направлением совершенствования вычислительной техники является развитие Функциональных преобразователей, которые применяются при обработке информации, управлении, контроле, диагностике, автоматизации научных исследований, для достижении эффективности применения средств функциональных преобразователей необходимо увеличение их точности, быстродействия, уменьшение затрат на разработку. В создавшихся условиях при разработав измерительных преобразователей необходил новый подход, позволяющий строить унифицированные схемы преобразователей и вести их расчет независимо от характера измеряемой.физической величины. Такой подход расширяет.функциональные возмокности измерителышх преобразователей, делает их многофункциональннш. Измерительный преобразователь, построенный по одной и той же схеме, способен преобразовать различные по природе физические величины. При этом конструкция первичного преобразователя, воспринимающего воздействие измеряемой физической величины, долана учитывать эти особенности.
Преобразователи, построенные на основе вычислительно-преобразовательных цепей (ВП-цепей), широко применяются при решении различных задач, в частности, в качестве аналогових вычислительных устройств для воспроизведения элементарных функций и произвольных нелинейных зависимостей. Решение задач функционального преобразования сводится к разработке ВП-цепей. Преобразование информации в ВП-цепях щюисходит путем обработки сигналов различной Форш представления; аналоговых, цифровых и цифро-аналоговых.
Взаимодействие ВП-цеп/ер с внешней средой обеспечивает две разновидности связей; до параметру управляющего Бездействия и по координатам, характеризующим состояние цепи. Параметр управляющего воздействия и координаты в зависимости от реализации ВП-цепей задаются в виде тока, напряжения, частота, кода, длительности импульса шш-сигнала.
Функциональные возможности ВП-цепей определяю*!;-:! набором типов операционных элементов (ОЭ), из которых они состоят. Наибольшее распространение получили элементы, характеристики которых имеют линейные шш квадратичные зависимости.
одно иг, Нсіправл.ішП лпльнейшого развития тесаши ВП-цопой
- г -связано с синтезом цепей с заранее заданными свойствами. Для решения этой задачи необходимо на всех этапах синтеза, начиная с самых первых, учитывать ограничения, накладываемые классо» ВИ-цепей, которые требуется синтезировать. Одним из признаков, по которым ВП-цепи делятся на классы, является набор используемых типов ОЭ. Цепям в различных наборах соответствуют разные ограничения. Наличие хе некоторого множества наборов выдвигает задачу выбора одного или нескольких из них по заданным критериям, к числу которых относятся точность и чувствительность.
Трудности создания формальных методик структурного синтез* связаны прежде всего с трудностью формализации задач структурного синтеза, которые связаны как с разнородностью ограничений реализуемости, так и с неоднозначностью выбора критериев качества. Кроме того, отсутствие аппарата эквивалентных преобразований і классификации структур приводит к чрезмерному увеличению * множества рассматриваемых структур в случае применения прямых комбинаторных методов синтеза.
Одним из перспективных направлений развития вычислительно* техники является построение ВП-цепей на аналого-цифровых микропроцессорах (АЦМІ). Здесь одним из критериев качества проектирования ВП-цепей па АЦМП. является минимальность числа элементов, используемых при построении цепей.
Целью исследований является: - расширение функциональны! возмокностеи ВП-цепей и повышение качества проектирования на этг пе структурного и параметрического синтеза перестраиваемых функциональных преобразователей.
В соответствии с поставленной целью решаются следующие задачи:
классификация множества структур ВП-цепей в трехтиповых наборах ОЭ, отличных от базового набора, по виду дробно-рациональноі функции и полюсно-нулевой диаграмме и определение условий физической реализуемости;
разработка методики структурного синтеза ВП-цепей в трехтипо-вом наборе оэ с привлечением функций отображения:
алгоритмизация процедур поиска оптимальных значений параметрої 03 на основе анализа кривой методической погрешности с учетог условий реализуемости.' . ' _ . .",..
Метод; исследованийо базируются 'на теории 'электрических це-
- з -пей , теории графов , теории аппроксимации , теории чувствительности, теории синтеза ВП-цепей , структурного программирования, структурного синтеза , синтеза и анализа средств функционального преобразования, а также накопленные к настоящему'времени опыт и результаты в области проектирования средств функционального преобразования.
Научная новизна работы заключается в :
-
решении задач синтеза, сводящихся к переходу в базовый трехтиповой набор 03 с использованием функций отображения;
-
исследовании механизма коррекции полюсно-нулевых диаграмм, приводимых к определенному (реализуемому) виду на этапе аппроксимации;
-
создании методики перехода из одного трехтипового набора ОЭ в другой набор с использованием аппарата функций отображения.
Практическая ценность:
-
Разработана инженерная методика проектирования вычислительных преобразователей с учетом ограничений на тип используемых 03. Полученные результаты по синтезу ВП-цепей позволяют строить ВП-цепи, обладающие повышенной точностью и низкой чувствительностью. В результате повышается параметрическая надежность и снижается стоимость вычислительных преобразователей на основе таких ВП-цепей при сохранении их высокой точности- Предложенный способ оптимизации параметров 03 и написанные на основе разработанных в работе алгоритмов программы, позволяют повысить качество проектирования вычислительных преобразователей.
-
Возможность построения ВП-цепей в трехтиповнх наборах, отличных от базового набора, что позволяет существенно расширить класс воспроизводимых функций.
-
Предложена методика параметрической оптимизации, позволяющая упростить процесс настройки ВП-цепей.
-
Создан пакет программ, позволяющий проводить генерацию ДРА при разных степенях полиномов числителя и знаменателя, вести поиск оптимальной ДТФ для таблично-заданной функции, а также проводить автоматизированный перевод ДРФ и зе полюсно-иулэвую диаграмму (ПНД) в ДРФ и ИНД других наборов 03.
Достоверность разработанных методов, алгоритмов, программ и структур подтверждается внедрением методик расчета, анализа, модельного и экспериментального исследований ВП-цепей, о чем сви-
_ 4 _
детельствует соответствующий акт.
Внедрение результатов работ. Результаты диссертационной работы внедрены во ВНИИЭП, где они использованы для расчета входящих в состав измерительных преобразователей линеаризаторов гра-дуировочных характеристик термопар и терморезисторов.
Общий эффект от внедрения составляет 10000 рублей.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
- межотраслевом научно-техническом семинаре " Разработка архи
тектуры и программного обеспечения вычислительных систем обработ
ки информации в реальном времени, использующих микромощную базу"
(Усть-Нарва, Эстонская ССР, 1991);
- межреспубликанской конференции "Методы и средства управления
технологическими процессами" (Саранск,-1991);
46-й областной научно-технической конференции "Проблемы развития радиотехники, электроники и связи" (Санкт-Петербург, 1991);
47-й областной научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития радиотехники, электроники и связи" (Санкт-Петербург, 1992).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 тезиса докладов и I статья.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 106 наименований, и 4 приложений. Основная часть работы изложена на 133 страницах машинописного текста. Работа содержит 23 рисунка и 17 таблиц.
