Способ коррекции погрешности уравновешивающего преобразования физических величин

 

СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ПОГРЕШНОСТИ УРАВНОВЕШИВАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, основанный на формировании корректирующего сигнала в контуре уравновешивания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности коррекции, в контур уравновешивания вводят дополнительный корректирующий сигнал, образованный сравнением, например, по фазе исходного корректирукщего сигнала с сигналом в контуре уравновешивания.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) Su)) 0 05 В 13 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTMA (21) 2514638/18-21, 2554114/18-21 (22) 01.08.77 (46) .07.08.84. Бюл. и 29 (72) К.Л. Грудев (53) 621.395.664(088.8) (56) 1. Туз Ю.М. Структурные методы повышения точности измерительных устройств. Киев, "Вища школа", 1976, с. 22-37.

2. Авторское свидетельство СССР

М 477389, кл. G 05 В 6/02, 1972 (прототип). (54) (57) СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ПОГРЕШНОСТИ УРАВНОВЕШИВАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, основанный на формировании корректирующего сигнала в контуре уравновешивания, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности коррекции, в контур уравновешивания вводят дополнительный корректирующий сигнал, образованный сравнением, например, по фазе исходного корректирующего сигнала с сигналом в контуре уравновешивания.

11О71О

Изобретение относится к адаптивным следящим системам, используемым в измерительной технике, в системах уравновешивающего преобразования физических величин. 5

Известны способы коррекции погрешности уравновешивающего преобразования физических величин, основанные на формировании корректирующего сигнала в контуре уравновешивания, при кото- llO рых коррекция осуществляется путем суммирования корректирующего сигнала с сигналом в контуре уравновешивания или управления параметром в контуре уравновешивания С11. IS

Решение задачи коррекции в этом случае связано с созданием в соответствии с принципом инвариантности структурной избыточности, реализуемой при временном или пространствен - рб ном разделении каналов преобразова" ния.

При этом в качестве критерия регулирования в адаптирующих обратных связях используется некоторая функция 25 от результата сравнения сигналов в разделенных каналах преобразования, корректирующий сигнал может также формироваться в специальном канале с заданной функцией преобразования Зр (комбинированные системы).

Недостатки таких известных спосо" бов заключаются в повышенных аппаратурных затратах и жестких требованиях к реализации параметров в каналах преобразования (при использовании пространственного разделения каналов преобразования, в недостаточных быстродействии и точности преобразований, связанных соответственно с конеч40 ными частотами изменения параметров цепей преобразования и конечной чувствительностью каналов преобразования (при временном разделении каналов преобразования), в необходимости

45 в ряде случаев специального канала с детермированной функцией преобразования для формирования корректирующего сигнала, в существенном услОжнении схемной реализации при необходимости учета как минимум двух состояний для каждого независимого параметра в многомерной задаче. е

Наиболее блиэКим к изобретению по технической сущности является спо-55 соб коррекции погрешности уравновешивающего преобразования физических величин, при котором корректирующий сигнал формируется при временном разделении каналов преобразования (2j .

При этом корректирующее воздействие, осуществляемое адаптирующей обратной связью,-обуславливается произведением усилений в контуре уравновешивания и в петле адаптирующей обратной связи. Временное разделение каналов преобразования определяет недостаточное быстродействие коррекции и возникновение динамической составляющей погрешности преобразования.

Цель изобретения — повышение точности коррекции.

Цель достигается тем, что согласv но способу коррекции погрешности уравновешивающего преобразования физических величин, основанному на формировании корректирующего сигнала в контуре уравновешивания, в контур уравновешивания вводят дополнительный корректирующий сигнал, образованный сравнением, например, по фазе исходного корректирующего сигнала с сигналом в контуре уравновешивания.

Предложенный способ может быть пояснен следующими соотношениями.

Коэффициент уравновешивающего преобразования при использовании отрицательной или положительной обратной связи в контуре уравновешивания определяется соотношением где Х, У вЂ” преобразуемая величина и ее преобразованное значение, 3 y,ô — соответственно коэффициенты преобразования — результирующий, цепей прямого и обратного преобразования; знаки (+), (-) — учитывают соответственно использование отрицательной или положительной обратной связи в контуре уравновешивания.

При начальной неопределенности и ,существенных параметрических возмущениях,при которых Kpg с К = var, иэ уравнения (1) следует, что параметрическая инвариантность (независимость значения от вариаций значения К) может быть реализовано путем

11О71О7 временного или пространственного раз"

4 деления каналов преобразования.

В соответствии с предложенным способом упомянутая задача может быть решена следующим образом, При создании корректирующего сигнала в адаптирующей сигнальной обратной связи, суммнруемого, например, с.результатом преобразования цепи прямого преобразования, в виде некоторой функ10 ции от результата сравнения корректирующего и выходного сигналов, уравновешивающее преобразование характеризуется системой уравнений: 1

K(A К-а Х - (g) л к, .(л 4

При некоторомф= Г Д ), являющимся критерием регулирования в адаптиру5 ющей обратной связи, способ позволяет реализовать — инвариантность уравновешивающего преобразования без разделения каналов преобразования во времени или в пространстве. При этом в соответствии с принципом суперпоэиции усиления в основном контуре уравновешивания и в контуре адаптирующей

1 обратной связи организуются по независимым критериям И„- )H Q2=f(8$, что позволяет, реализуя существенно устойчивые контура, достичь минималь" ной погрешности преобразования.

Количество контуров адаптирующей обратной связи и их организация могут быть раэличньпчи, связанными с возможностями и практическими рекомендациями, обусловленными конкретными задачами.

На фиг. 1 изображен один из возможных вариантов схемы для реализации способа, на фиг. 2 и 3 вЂ, другой вариант схемы.

Блок-схема содержит первый сумматор t цепи 2 и 3 прямого и обратного преобразования, характеризуемые коэффициентами Ки р соответствен= но, образующие основной контур уравновешивания, второй сумматор 4, блок

5 сравнения, управляемый генератор 6, образующие контур адаптирующей сигнальной обратной связи с коэффициентом усиления Ка.

Работа изображенной структуры описывается уравнениями (2), при которых коррекция погрешности преобразования осуществляется путем введения в контур обратной связи корректирующего сигнала от управляемого генератора 6, сравниваемого в блоке 5 сравнения с сигналом в контуре обратной связи, образованным в результате воздействия корректирующего сигнала, при этом в дальнейшем корректирующий сигнал фор,мируется в итеративном процессе в (2) где K„p, Ка - коэффициенты, характеризую1цие цепи прямого и обратного преобразования. основного контура уравновешивания, контура адаптирующей обрат-: 25 ной связи соответственно

1 к к 1

,,Д вЂ” соответственно преобразуемъ й, компенсирующий, выходной и корректирую- ЗО щий сигналы в основном контуре уравновешивания, сигналы некомпенсации в основном контуре уравновешивания и в адаптирующей обратной связи.

Решением уравнений является соот, ношение

+ =(о+И" ф, определяющее сигнал некомпенсации в основном контуре уравновешивания через преобразуемый сигнал и сигнал некомпенсации в контуре адаптирующей обратной связи.

Из уравнения (3) следует условие абсолютной инвариантности преобразования

Х=р,6;, =p3, (4) при котором Q = О, У = Х/В, т.е. система становится одномерной (первого порядка}.

С учетом конечности усиления в контуре адаптиоу щей обратной связи, уравнен ие (3), обусловленное Š— инвариантностью, будет представлять со" бой соотношение

И

Х СХ) л к (л+к„ а выходная величина уравновешивающего преобразования — характеризоватЬ-,1 ся соотношением

»п»п7 ния, ями усиления в о новешивания, в к обратной связи.

Иэ уравнения

8 = 0 выходная в дулированной при тора 7 на цепь 2 при д О глубина

1 ной составляющей

1 у KXi- Yo

Л -К)ь сг 1 — 1 -,— --, (1 Ь )(4+ -,1 о

53 где Ка — усиление в контуре адалтио;— ющей обратной связи.

В частном случае генератор 6 кор-ректирующего сигнала может быть вы(ь)

Уку виде некоторой функции от результата сравнения сигналов в блоке 5, выбранной по критерию минимума среднего квадрата ошибки коррекции.

Очевидно количество подобным образом организованных контуров адаптирующих обратных связей, вводящих корректирующий сигнал в сумматор на выходе цепи обратного преобразования или на входе цепи прямого преобразования, определяется необходимостью достижения минимальной погрешности преобразования.

Возможно осуществление коррекции погрешности преобразования с анало- 15 гичным эффектом путем органиэации подобных структур в адаптирующей обратной связи, выступающей в роли основного — исходного контура уравновешивания, например, в дискретных 2О системах преобразования, характеризуемых чистой задержкой на время Т в контурах обратной связи и значениями К 4 1, Ка 1, определяемыми из условия устойчивости. 25

На фиг..2 представлен другой ва— риант схемы для реализации способа.

Блок-схема содержит первый сумматор

1, цепи 2 и 3 прямого и обратного преобразования, образующие основной — Зо исходный контур уравновешивания; второй сумматор 4, блок 5 сравнения, например, фазочувствительный выпрямитель с фильтром низких частот на вы— ходе, управляемый генератор 6 коррек- > тирующего сигнала и управляющий гене ратор 7, образующие адаптирующую обратную связь.

Схема работает следующим образом.

Если выходная величина схемы опре-4" деляется соотношением

1 где, в отличие от уравнения (1), Уа — абсолютная аддитивная составляющая погрешности преобразования, приведенная к выходу цепи прямого преобразования, то при периодическом воэдей-"0 ствии управляющего генератора 7 на управляющий вход цепи 2 преобразования, относительное изменения выходного значения будет определяться за-. висимостью гд» Ъ = л Я("1, 3 . относительное изменение коэффициента преобразования при вариациях значения К, обусловлепгнгх F30здействием генератора 7 на управляющий вход цепи 2 преобразова(s) uS K (Q 1 б Ь функция относительной чувствительности, Я,„= Уа/Х,, =-д К/К вЂ” относительное изменение варьируемого параметра.

С учетом вводимого в сумматор 4 корректирующего сигнала, от управ..яемого генератора 6, обусловленного воздействием блока 5 сравнения на управляющий вход генератора 6, выражение (8) может быть представлено в виде соотношения представляющего собой дискриминационную характеристику, где относительная погрешность воспроиэ— ведения значения Х/Q, обусловленная

> существованием Уа и конечными эначенисновном контуре уравонтуре.адаптирующей (10) следует, что при еличина будет немо— воздействии генерапреобразования, а и фаза модулированвыходного значения относительно управления, поступаю— щего от генератора 7, будут определяться значением и знаком относительной погрешности 5 . .)то позволяет целенаправленно BoçäåéñòE:îâëòü «а гp— нератор 6 корректиру:оцего сигнала выходом блока 5 сравнения, при котором выходная величина урав 1овешивающего преобразования опреде; яется э1.ач - -"÷ м

11О7107 ка.

Фиг. 2

Составитель И. Горелова

Редактор С. Патрушева Техред А.Бабинец корректор Е. СиРохман

Заказ 5758/33 Тираж 842

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 полнен в виде управляемого греобраэователя преобразуемой величины (фиг.3). Схема (фиг. 3) содержит управляемый преобразователь 6 значения

Х в значение Z однородное с У; блок 5 сравнения, второй сумматор 4.

Приведенные структурные схемы ва— риантов реализации способа могут быть организованы для каждого из независимых параметров, входящих билинейно 1О в характеристику системы, причем такая организация для схемы, изображенной на фиг. 2, может быть обусловлена выбором различных частот или фаэ управления, поступающих от управ- 15 ляющего генератора на управляющие входы элементов цепи прямого преобразования, обеспечивающих изменения независимых параметров. Возможно совместное использование структур коррек 20 ции, при котором цепи коррекции будут воздействовать по независимым критериям, обуславливая минимальную погрешность преобразования.

Система уравновешивающего преобразования второго порядка справедлива для системы любого порядка. В этом случае операции по предлагаемому способу необходимы для создания корректирующего воздействия на параметры и (или) сигналы системы, обуславливающего нулевую чувствительность системы к вариациям, по крайней мере, одного иэ параметров, определяющих бистепенную (в частности, билинейную) зависимость характеристики системы, при котором система становится системой первого порядЪ

При этом коррекция погрешности преобразования осуществляется без разделения каналов преобразования во времени или в пространстве и последующего решения совместных уравнений, характеризующих цепи преобразования, чем определяется оптимальное решение поставленной задачи.