Введение к работе
..'5
Актуальность темы. Составной частью современных систем управления являются устройства сбора и первичной обработки информации : параметрах контролируемого объекта. Эти устройства во многом определяют качественные показатели системы в целом. Данные о физических и химических Свойствах объекта получают или за счет применения датчиков, или при непосредственном воздействии на него электрических сигналов. В обоих случаях используется представленип датчиков и объектов в виде схемы замещения, параметры которой несут информацию об их характеристиках. Как правило, такая схема представляется в виде линейного пассивного многоэлементного двухполюсника.
Длл определения параметров объектов создано немало приборов, использующих известные методы. Широкое распространение получил: устройства первичной обработки информации на основе мостовых цепей ( МЦ ), в состав которых включают контролируемые объекты или параметрические преобразователи. Это связано с тем, что с помощью МЦ непосредственно находят параметры элементов электрических цепей, а% также многие физические неэлектрические величины. На широту диапазона распространения мостовых цепей влияет то. что они позволяют определять и контролировать многочисленные показатели технологических процессов, сзойств сырья, готовой продукции и т.д.
Перспективной основой устройств сбора и первичной обработки информации для систем управления являются мостовые цепи с импульсным питанием. Они имеют наряду с такими известными полокительнымн свойствами, как высокая чувствительность, возможность эффективно подавлять помехи, малая пс гребляемая мощность и др ,такне раздел' -ное уравновешивание только переменными резисторами. Применение последних в качестве регулируемых элементов оправдано тем, что у них по сравнению с конденсаторами и индуктивными катушками меньше габаритные размеры и вес. больше диапазон изменения основного параметра, проще задать нужы;* закон его регулирования. С другой стороні і раздельное урз.зксзешивание упрощает и ускоряет процесс определения и контроля параметров многоэлементного двухполюсника (МЛ). Среди МЦ с питанием импульсами сложной формы до недавнего зремекл было известно ограниченное число схем с раздельным уравновешиванием только регулируемыми резисторами, которое не охватывают :-;се возмояныэ варианта построения мостовых цепей для опрелелешгя двух и трех параметров МД. Поэтому представляется актуальной и перспективной задача продолжения исследование в этой
области для создания устройств первичной обработки информации о параметрах любых реальных трехэлементных двухполюсников.
Цель работы заключается в исследовании и дальнейшем развитии способа определения параметров многоэлементных двухполюсников с использованием мостовых цепей, питающихся импульсами с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, а также в создании устройств сбора и первичной обработки информации для систем управления на основе мостовых цепей.
В соответствии с этим в диссертационной работе ставятся следующие задачи:
- построение математической модели мостовых цепей, питающихся
импульсами с изменением напряжения в течение их длительности по
закону степенных функций;
- разработка мостовых цепей с раздельным уравновешиванием
только регулируемыми резисторами для определения параметров объек
тов, представляемых в виде реальных двухполюсников с трехэлемент
ной схемой замещения, содеркащеГ как однородные, так и разнородные
реактивные элементы;
- анализ новых мостових цепей такого типа для нахождения зна
чения сопротивления трех реэистивных датчиков, включаемых в одну
КЦ;
і - формирование базы данных по мостовым цепям с трехэлементной схемой замещения объекта и раздельным уравновешиванием только регулируемыми резисторами;
- создание методики нахождения чувствительности по определя
емым и уравновешивающим параметрам исследуемых мостовых цепей с
питанием импульсами сложной Формы.
Методы исследования базируются на аппарате математического анализа, методе переданных состояния и операторном методе (преобразовании Лапласа). Для анализа чувствительности мостовых цепей применялся также аппарат высвей алгебры.
Научная новизна. Впервые разработана и исследована группа МЦ с импульсным питанием и раздельным уравновешиванием только регулируемыми резисторами для нахождения параметров объектов с разнородными реактивными элементами в трехэлементной схеме.замещения.
Существенно дополнены новымиисследованиями мостовые цепи для определения параметров двухполюсников с однородными реактивными элементами, а также для нахождения значения сопротивления двух или трех резистивнкх датчиков в составе одной Щ.' При этом сохранено раздельное уравновешивание только регулируемыми резисторами наряду
6~
с другими -известными положительными свойствами. Питание всех таких мостовых цепей осуществляется импульсами с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций.
Выявлено новое свойство математических выражений определенней структуры на основе корней уравнений, позволяющее определять их только через свободный член и коэффициенты уравнений.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, ' что сформирована база данных по всем мостовым цепям, раздельно уравновешиваемым только регулируемыми резистсрами. с двух и трехэлементной схемами замещения объектов. Эта база данных позволяет по эквивалентной схеме объекта определять структуру мостовой цепи. алгоритм ее уравновешивания и формулы для нахождения значений искомых параметров. Общее число МЦ. вошедших в эту базу данных, составляет свыше ста вариантов.
Кроме того., создана методика определения чувствительности МЦ. питающихся импульсами сложной Форш, использующая выявленное свойство выражений определенной структуры на основе корней уравнений.
Разработаны схемотехнические решения мостовых цепей рассматри-. ваеного типа и специализированное устройство первичной обработки информации на оснозе МЦ с импульсным питанием.
На зашиту выносятся слелукчме положения:
математическая модель мостовых цепей, питающихся импульсами с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций:
схемотехнические решения мостовых цепей такого типа с раздельным уравновешиванием только регулируемыми резисторами для опрел- ления как параметров реальных двухполюсников с трехэлементно., схемой замещения. ~ак и для нахождения значения сопротивления двух и трех резистионнх датчиков, вклиненных в одну МЦ:
методше определения чувствительности данню* мостовых цепей;
специализированное устройство первичной обработки информации на основе Щ с импульсным питанием.
мппобания работы. Результаты работа накладывались и обсуждались на I и- п международных конференциях "Актуальные .проблем:-, электронного приборостроения" (Новосибирс.. 1S92 и 1994 гг.). конференции с кегдународкыч участием "Радиотехнические системы (навигации, связи)., средства измерений и новій информационные технологии" (Красцс.чрск. 1992 г.). I и II межд^народшг'. конференциях "Оп-ыко-эдектронныз приборы и устройства з системах распознавания образов, обработки изображения: и екзолыгс? шфориации" (Курск. 1S93
и 1995 гг.), Юбилейной конференции ученых Курского политехнического института (Курск, 1994 г.), международной конференции "Информатика и проблемы телекоммуникаций" (Новосибирск, 1995г.), 7 Всероссийской конференции "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (Крым. 1995 г.).
Работа выполнена в рамках единого заказ-наряда Госкомвуза Российской Федерации ( ГР 0192.0012282 ) по теме "Разработка и исследование устройств.контроля, измерения и автоматизации с комплексом положительных свойств на основе мостовых цепей, питающихся импульсами сложной Формы".
Внедрение работы. Результаты диссертационной работы нашли при-йенекие в созданном устройстве для контроля уровня сыпучих веществ, внедренном в АООТ "Курскхимволокно". внедрены в учебный процесс и используются при выполнении' госбюджетных НИР в Курском государственном техническом университете. Разработан, изготовлен и внедрен лабораторный стенд для определения параметров трехэлементных двухполюсников.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ и получено авторок.э свидетельство на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и прилонений, изложена на 120 страницах основного текста, содержит 36 рисунков, . 17 таблиц, а такке библиографический список из 115 наименований.
