2. Разработка основных технических требований на устройство определения динамических характеристик 34
Блок процессора 45
Функциональный генератор 46
(3.10)
По вычисленному значению передаточной функции подстановкой p=j определяются частотные характеристики элемента. Алгоритм вычислений приведен на рис.3.6
Рис. 3.6. Алгоритм определения частотных характеристик по переходной функции
Представление результатов эксперимента
Результаты измерений передаточных функций в соответствие с алгоритмами рис.3.3 и рис.3.6 записываются в файлы в виде таблиц. В первой колонке таблиц записываются значения переменной частоты, во второй и третьей - соответствующие им значения модулей и аргументов коэффициентов G или частных передаточных функций W. Эти таблицы могут использоваться как таблично заданные значения передаточных функций элемента для расчета систем регулирования, а также представляться на экране сопряженной с устройством ПК в виде графиков частотных зависимостей коэффициентов. В последнем случае для графического представления результатов можно использовать как существующие программы (MATCAD, GRAFER, EXCEL и др.), так и упрощенные программы собственной разработки (PLOT, FC).
Выводы:
. Наиболее характерной группой элементов САР можно считать устройства типа электромагнитов, работающих в электромеханических системах регулирования в качестве аналогового исполнительного органа. В таких элементах проявляется ряд свойств, характерных для других групп элементов.
. Непосредственное определение коэффициентов четырехполюсника передаточной функции для элементов, обладающих характеристикой “отрицательной жесткости” оказывается затруднительным. В этом случае, для определения всех коэффициентов четырехполюсника может быть применен предложенный в этом разделе метод работы четырехполюсника на заданную нагрузку.
Разработка структур измерительного устройства и программной поддержки компьютерной обработки
ИНФОРМАЦИИ(3) часть
В соответствие с разделом 2, измерительный блок устройства должен состоять из двух основных частей:
функционального генератора, управляемого от ПК и
микропроцессорного блока, осуществляющего прием и обработку измерительных сигналов.
Микропроцессорный блок
В качестве микропроцессорного блока предполагается использовать устройство на основе микроконтроллера SAB С166 (С 167) AG SIEMENS. Этот контроллер имеет развитую периферию, включающую встроенный АЦП разрядностью 10 бит, устройство последовательного ввода-вывода, устройство типа САРСОМ и др. На базе этого контроллера можно с добавлением минимального количества внешних элементов (блок питания, внешняя память) построить систему сбора и обработки данных. Такие системы уже построены и широко применяются в промышленности. Кроме указанного контроллера в таких системах используются также контроллеры серии 196 фирмы INTEL, имеющие, правда, несколько худшие характеристики.
В настоящей работе поставлена цель - разработать специализированный микропроцессорный блок для устройства измерений динамических характеристик электромеханических систем автоматического регулирования и их элементов. Поскольку проектируемое устройство предназначено для широкого использования на практике, основной задачей можно считать обеспечение минимальной стоимости блока при условии реализации им поставленной задачи [17]
На рис.4.1 Д приведена функциональная схема блока процессора, разработанного для применения в измерительной системе. В качестве основы блока выбран процессор SAB С167 фирмы Siemens, обладающий уникальным набором характеристик при относительно низкой стоимости. К его особеностям следует отнести:
наличие 10-битного АЦП со входным мультиплексором на 16 каналов; наличие встроенного устройства US ART, реализующего функции последовательной передачи данных по синхронному каналу и по стандарту RS- 232, а также CAN-интерфейс;
возможность адресации внешней памяти объемом 16 Мб.
Кроме указанных особенностей этот контроллер обладает развитой системой прерываний, встроенными каналами ШИМ и САРСОМ и рядом других полезных особенностей, которые могут быть использованы при расширении функций измерительного устройства. Общая структурная схема контроллера приведена на рис.4.1.
Для обеспечения работы контроллера в блоке процессора необходимо добавление к нему ряда внешних устройств, перечень которых может быть определен с учетом основных функций, выполняемых процессором. В число этих функций входят:
прием внешних сигналов по четырем однополярным или дифференциальным каналам;
работа с внешней памятью объемом, определяемым программой обработки сигнала и, при необходимости, хранением результатов измерений;
выдача и прием сигналов по каналу RS-232 для загрузки и отладки устройства;
передача результатов измерений по гальванически развязанному каналу RS-232;
возможность выдачи 10... 12 бит управляющих сигналов для внешних устройств (функциональный генератор, система управления экспериментом);
генерация сигналов реального времени и выдача их совместно с результатами измерений.
Рис. 4.1 Блок-схемa микроконтроллера С167
Для реализации этих особенностей в блок процессора, кроме собственно контроллера, необходимо включить следующие элементы:
источник образцового напряжения для АЦП. Поскольку, максимальное значение входного сигнала АЦП С167 составляет 5В, представляется наиболее удобным использование в качестве источника опорного напряжения микросхему AD901 с напряжением питания 5В (напряжение питания SAB С167) и выходным напряжением 4,096 В;
внешняя оперативная память процессора, общий объем которой определяется, в основном, объемом рабочей программы и объемом данных одного цикла измерений.
Объем рабочей программы (исполняемый модуль) составляет, по предварительным проработкам, не более 4 Кб. Объем данных измерений определяется следующим образом. В цикле измерений записываются три канала по 4096 точек с объемом результата измерений по каждой точке 2 байта. Таким образом, общий объем памяти для записи одного цикла измерений составит 24576 байт.
Общий объем памяти с учетом служебных адресов составит не более 32 Кб. Это позволяет использовать в блоке процессора наиболее распространенные и дешевые микросхемы ПЗУ с объемом 32... 128 Кб;
передатчик совместно с элементами гальванической развязки для изолированного выхода RS-232. В качестве этих элементов выбраны приемопередатчик 8051, оптронные элементы типа АОТ128Д, а также линейные усилители на транзисторах КТ630, КТ815.
буферные элементы для защиты цифровых выходов (и входов) SAB С167. Эти элементы необходимо выполнить на наиболее распространенных микросхемах 555АП6 двунаправленных буферов
дополнительные элементы, обеспечивающие защиту входов АЦП, согласование уровней и усиление, при необходимости, входных сигналов АЦП. Эти элементы (защита на диодах D901 и усилители AD822 с однополярным питанием 5В) предполагается установить на отдельную выносную плату, поскольку количество и тип этих элементов могут изменяться для различных вариантов применения процессора.
Кроме перечисленных, блок процессор должен содержать ряд служебных элементов, необходимых для поддержания его работоспособности и обеспечения надежной работы (микросхема часов реального времени, тактовый генератор, дешифраторы адреса, микросхему вторичного источника питания, супервизор питания, аккумулятор для обеспечения энергонезависимости памяти.
На основании перечисленных функций и требуемого состава блока процессора было разработано техническое задание на блок и принципиальные схемы блока (ПРИЛОЖЕНИЕ 1)