иметь не менее чем трехкратный резерв времени для повторной передачи данных при обнаружении искажений. Следовательно, коэффициент расширяемости комплекса по информационным потокам составит соответственно Пид= 0,53/0,47 = 1,1 и Пик= 0,88/0,12 = 7,3 по информационному каналу передачи данных и передачи команд, г|с = 0,44/0,56 = 0,78 — по сетевому каналу. Это дает возможность наращивать информационный обмен в комплексе.
Важной характеристикой информационного обмена является среднее время реакции комплекса на запросы экипажа, поступающие от пульта управления. Для получения этих оценок выполнено имитационное моделирование системы обмена информацией. Для экспоненциальных потоков заявок на изменение режимов индикации и режимов работы оборудования J1A, поступающих от пультов управления, среднее время реакции составило 30 мс, максимальное время не превысило 150 мс.
ВЫВОДЫ
1. Предложенная сетевая структура позволяет получить универсальный, отказоустойчивый, открытый комплекс РЭО, реализующий современные информационные технологии измерения, управления и навигации.
2. Архитектура позволяет решить важную задачу межпроектной унификации, дает возможность эксплуатировать комплекс на ЛА различного класса и
выполнять изменения состава комплекса в его процессе модернизации
3. Реализация комплекса позволит существенно снизить массу РЭО путем уменьшения числа линий связи между системами.
4. Благодаря кластерной структуре комплекс удовлетворяет высоким требованиям к надежности функционирования.
5. Использование сетевых протоколов позволяет обеспечить требуемую достоверность передачи информации, при допустимой загрузке каналов и достаточной расширяемости систем.
ЛИТЕРАТУРА
1. Зайцев С.С., Кавцуков М.И., Ратанов C.B. Сервис открытых информационно-вычислительных сетей. М.: Радио и связь, 1990.
2. Смирнов А. С., Курочкин Ю.А., Степанов В.А. Надежность и диагностирование цифровых устройств и систем. СПб ГТУ, 1993.
Леонид Васильевич Власов — канд. техн. наук, Санкт-Петербургский ГТУ;
Ш (812) 247-28-16
Галина Федоровна Малыхина — д-р техн. наук;
Ш (812) 247-60-01
Евгений Васильевич Шилов — канд. техн. наук, холдинг "Ленинец", Санкт-Петербург.
Ш (812) 293-91-25 □
УДК 681.124
СТРУКТУРНО-АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ С МНОГОСЕКЦИОННЫМИ РЕЗОНАНСНЫМИ ДАТЧИКАМИ
Н.И. Иопа, В.Н. Локиохин, А.Н. Терехин
Рассматриваются особенности структурно-алгоритмической организации систем измерения уровня (СИУ), связанные с разработкой интерфейса первичного и вторичного преобразователей, алгоритмов опроса секций и линеаризации разрывных характеристик многосекционных датчиков. Дается сравнительный анализ предлагаемых структур и алгоритмов.
Тенденция к унификации конструктивных параметров первичных измерительных преобразователей уровня привела к появлению частотных датчиков секционного типа, чувствительные элементы которых образуются путем соединения секций датчика одинаковой длины "встык" или "внахлест" [1]. Их применение в СИУ позволяет получить постоянную величину абсолютной погрешности АН измерения уровня Н, снизить относительную погрешность 6тах = АН///тах путем увеличения верхнего предела измеряемого уровня //тах.
Однако такой способ построения датчиков ставит перед теорией и практикой построения измерительно-вычислительных средств СИУ ряд новых задач, к которым, в первую очередь, следует отнести организацию интерфейса первичного и вторичного преобразователей, выбор способа опроса секций и линеаризации характеристик первичного преобразователя, являющихся функциями с разрывами первого рода. В связи с этим весьма актуальны разработка структур и создание специального алгоритмического обеспечения СИУ, что в совокуп-
но _ Sensors & Systems • № 4.2001
Рис. 1. СИУ с многосекционным датчиком
Рис. 2. СИУ с мультиплексным разделением каналов многосекционного датчика
ности позволяет достичь требуемых метрологических характеристик системы при измерении уровня диэлектрических и криогенных сред.
Далее (рис. 1 и 2) рассматриваются две структуры СИУ с многосекционным датчиком [2, 3]. Первая (см. рис. 1) ориентирована на реализацию вычислительного преобразователя ВП как в импульсно-цифровом, так и в микропроцессорном вариантах, вторая (см. рис. 2) — в микропроцессорном. В состав двухканального первичного преобразователя ПП (см. рис. 1) входят многосекционный датчик Д, содержащий я секций длиной l¡ или l¡ + Ají, соединенных соответственно "встык" или "внахлест", корректирующий контур КК для первой секции, коммутирующие устройства КУ1 и КУ2, экстремальные регуляторы ЭР1 и ЭР2. Коммутация через КУ1 и КУ2 частот Fq\, Fqi, , Fqn, /ф с выходов секций и КК ко входам F]¡ и F-ц ВП осуществляется со стороны ВП под управлением кода коммутации Nc¡ или сигналов унитарного число-импульсного кода nc¡. При коммутации к входам ВП частот с секций датчика в качестве Fjj всегда выбирается сигнал Fq¡ с выхода полностью заполненной секции датчика, несущего информацию о диэлектрической проницаемости в измеряемой среды.
Отличительной особенностью структуры СИУ (см. рис. 2) [2] является более простая схема ПП благодаря применению в ней одного ЭР и одного коммутатора КУ. позволяющих в режиме разделения времени передавать в ВП через одну линию связи сигналы частот измерительного F\¡ и компенсационного Fu каналов. Кроме того, в систему введена шина управления для передачи из ВП в следящую систему экстремального регулятора кода Мэр, с помощью которого в цифроуправляемом генераторе частоты возбуждения первичного преобразователя устанавливается начальное значение F¡, приближенно равное частоте резонанса Fq¡. Это значительно сокращает время Тп выхода датчика на резонанс и сокращает цикл опроса Тд секций датчика. Наличие в СИУ дополнительного осведомительного сигнала Fp (частоты рыскания), формируемого ПП, позволяет выявлять в системе появление аномальных сигналов F\ ¡, превышающих предельно допустимые значения, и формировать достоверную информацию об уровне среды.
Особенность характеристики многосекционного датчика Д — наличие в ней разрывов первого рода (рис. 3, а).
Разрывы обусловлены тем, что значения резонансных частот ¡, р21 участков характеристики датчика формируются последовательно в соответствии с кодом номера секции МС1 = /, поступающим в ПП со стороны ВП, управляющего коммутацией ¡, ¡. В результате на выходах ПП, который содержит п секций, формируется по-
Рис. 3. Нелинейная характеристика частотного датчика с разрывами:
определение а,- по частоте (а) и по коду Мщ (или Ж^) (б); формирование кода КуН (в)
Датчики и Системы • № 4.2001
11
следовательность частотных сигналов: F\¡= 4i¡(H¡, e¡) и / >/ А.г-(ег-, Hjm¡sx), /= 1, 2,..., я, образующих соответственно разрывные характеристики F] = Fu и F^u.^u F]„ и /<2 = F21 u F22 u...u F2„ измерительного и компенсационного каналов ПП (/<21 = F<j,).
В связи с этим возникает задача линеаризации разрывных характеристик многосекционных датчиков. При ее решении актуален вопрос сокращения времени формирования кода уровня Мд = II и соответственно времени измерения Тд, что обусловлено необходимостью опроса и обработки информации с некоторого множества секций датчика, когда их число я 3> 1.
В общем случае формирование кода уровня Мд = = КдН для многосекционного датчика сводится к вычислению нелинейной зависимости
я
NH=KH^a,(H,)<fil(Z¡), (1)
/= 1
где Кц = Лятах/Дпах — масштаб преобразования;
s^¡l(Z¡) — характеристика /-й секции, в которой Z¡ = = y¡(F] ¡, Fjj) — одна из компенсационных зависимостей; H¡ — интервал измерения уровня Н для /-й секции, aj(Hj) = щ = {0,1} — функция логики включения операции линеаризации II¡ = s^¡l(Z¡) в сумму (1).
Значение II¡ описывается в виде выражения:
H,= H-^lh (2)
/= 1
где S — число полностью заполненных секций датчика; l¡ — длина измерительного участка /-й секции; для .V = 0 значение Н\ = Н.
Функция включения щ принимает значение 1 или 0 в зависимости от принадлежности H¡ в выражении (2) измерительному участку [0, l¡\ (рис. 3, б):
a¡= 1, если 0 < H¡ < l¡; иначе a¡ = 0.
Операция a¡ выявляет точки разрыва и обеспечивает включение необходимых функций <р(- l(Z¡) в равенство (1) для формирования линейной зависимости кода Мд от уровня среды Н.
Для реализации функции H¡ = s^¡l(Z¡) целесообразно во многих случаях выбрать полиномиальную аппроксимирующую зависимость, например полином
второго порядка P2¡(Z¡) [3], приближающийся к <р]l(Z¡) с заданной методической погрешностью:
ч, = <P¡\Zj) = P2¡(Z¡) = а01 + a i jZj + a2izf.
Учитывая, что Pi¡(Zj) = Мд^Кд, выражение (1) для определения кода Мд можно записать в виде суммы значений Nf¡¡, вычисленных для отдельных секций (см. рис. 3, б):
NH=
/= i
Однако несмотря на простоту определения Мд по формуле (3) при данном способе существенно увеличивается результирующая погрешность ад формирования Мд, возникающая при сложении я кодов Ыщ, каждый из которых в процессе последовательного измерения уровня в я-секциях формируется с погрешностью о/ц. С учетом того, что ошибки <зщ имеют нормальный закон распределения, среднеквадратическая погрешность
_ Г" ~
Для исключения зависимости погрешности измерения уровня ад от числа секций датчика предлагаются алгоритмы вычисления кода уровня Мд, в которых значение ад определяется погрешностью измерения уровня только в одной (5+ 1)-й секции, в которой находится текущее значение измеряемого уровня Н. Тогда
= (4)
Суть этих алгоритмов заключается в использовании различных вариантов записи выражения (3), характеризующихся способами образования составляющих, участвующих в формировании кода Мд. Так, при первом варианте записи значение Мд равно
Хд= МН5+и (5)
/= 1
а при втором (рис. 3, в) —
Мд=М5+МН5+], (6)
где Ыц и коды, пропорциональные соответственно длине секции /г- и уровню в 5 полностью заполненных секциях.
Из формул (5) и (6) следует, что в общем случае при определении кода уровня Мд необходимо выполнить четыре операции.
1. Определение числа 5 полностью заполненных секций путем их опроса:
я
5 = Х щ — 1.
/= 1
При этом найденное значение 5 должно однозначно указывать на следующую секцию
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.