Система моделирования структурного контроля усилителей

УДК 658.512:519

А. М. СОЛОВЬЕВ

A. M. SOLOWJEW

СИСТЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ СТРУКТУРНОГО КОНТРОЛЯ УСИЛИТЕЛЕЙ

SYSTEM MODELING ALTERNATE CURRENT AMPLIFIER

На основе разработанной системы моделирования структурного контроля усилителей низкой частоты получены зависимости результатов измерения коэффициента усиления усилителя от параметров измерительного прибора, которые могут быть учтены для повышения достоверности контроля радиоэлектронной аппаратуры.

Ключевые слова: Система моделирования, моделирование, контроль, усилитель.

Based on the developed system modeling for the alternate current amplifier dependences of gain amount from parameters of the device of control which can be considered for increase of reliability of control of radio-electronic equipment with use of automated systems are received.

Keywords: Mathematical model, modeling, control, amplifier.

Производство и эксплуатация радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) в настоящее время невозможны без своевременного контроля ее состояния – одной из функций процесса управления, заключающегося в оценке величины контролируемого параметра и его отклонений от требуемого значения [1].

Одной из наиболее существенных трудностей при реализации структурного контроля [2, 3] в отношении усилителей, входящих в состав РЭА и предназначенных для качественной передачи сигналов в каналах передачи [4] является измерение их текущих показателей функционирования, например, коэффициента усиления, с последующим его сравнением с эталонным.

Как правило, расчет текущих законов преобразования усилителей проводится в строгом соответствии с методиками выполнения измерений (МВИ), применяемых при измерительном контроле, в соответствии с действующим ГОСТ Р 8.563-96 ГСИ. Однако подобные измерения возможны исключительно с использованием аппаратуры предприятий-изготовителей, что не всегда представляется возможным в реальных условиях функционирования усилителей. Кроме того, существуют трудности использования измерительных приборов в процессе функционирования усилителей по причине сложности их согласованного подключения к входным и выходным разъемам (контрольным точках), что может оказывать влияние на результат измерения параметров контролируемых устройств.

Можно, конечно, в общем случае, использовать различные способы согласования измерительных приборов с контролируемой аппаратурой, но эти предложения, как правило, вызывают усложнение аппаратуры, нередко снижение надёжности либо нарушение или прерывание процесса функционирования усилителей [4]. Очевидно, что для быстродействующей радиоэлектронной аппаратуры акции нарушения или прерывания не всегда приемлемы, а в отдельных случаях, вообще недопустимы [5]. В этой связи один из путей исследования процесса структурного контроля усилителей в процессе их функционирования – построение системы моделирования с использованием ЭВМ.

К недостатку существующих систем моделирования, реализованных с использованием математических и имитационных компьютерных программ, относится сложность одновременно сравнивать текущие показатели функционирования усилителей с эталонными, заданными в виде математических выражений.

В этой связи актуальной становится задача разработки системы моделирования структурного контроля, лишенной отмеченного недостатка и имеющей возможность путем сравнения текущего и эталонного показателей функционирования усилителей исследовать влияние параметров входных цепей измерительных приборов на результат измерения контролируемых параметров [6].

Выбор в качестве системы моделирования структурного контроля одной из существующих аппаратно-программных платформ построения измерительных систем обусловлен предоставляемыми ими возможностью имитировать нахождение усилителя в составе функционирующей аппаратуры путем подачи на усилитель входных воздействий, соответствующих нормативно-технической документации, учета существующих связей элементов в составе усилителя и возможностью исследовать влияние параметров схем приборов на точность измерения контролируемых параметров.

Сравнительный анализ существующих аппаратно-программных платформ построения измерительных систем [7, 8, 9, 10], используемых для построения системы моделирования структурного контроля усилителей показывает, что с точки зрения требуемой функциональности для измерения параметров усилителей и приемлемой стоимости, наиболее подходящим вариантом реализации системы моделирования структурного контроля является использование аппаратно-программной платформы на основе программного обеспечения LabVIEW и платы DAQ (рис.1), типовая функциональная схема которой представлена на рисунке 2.

Рисунок 1 – Аппаратно-программная платформа реализации системы моделирования с использованием плат DAQ

 

Рисунок 2 – Типовая функциональная схема платы DAQ

 

Плата DAQ, выполненная на базе АЦП и ЦАП, при построении системы моделирования структурного контроля выступает в качестве интерфейса, обеспечивающего согласование усилителя с ЭВМ. ЦАП преобразует выходные цифровые сигналы ЭВМ в аналоговые, подаваемые на усилитель. АЦП преобразует усиленные аналоговые сигналы с усилителя в цифровые, поступающие в ЭВМ для дальнейшей обработки или хранения.

К достоинствам среды программирования LabVIEW относятся [11]:

1.  Гибкость создаваемых приложений при построении измерительных систем.

2.  Высокие эргономические показатели создаваемых приборов с точки зрения разрабатываемого человеко-машинного интерфейса измерительных систем.

3.  Возможность анализа математических выражений.

4.  Широкий набор инструментов для разработки интерфейса пользователя, работающего с измерительным и управляющим оборудованием.

5.  Согласно ОСТ 9.2-98, LabVIEW является сертифицированным инструментальным средством разработки программного обеспечения для универсальных систем общего назначения.

Измерительная аппаратура, реализованная с использованием LabVIEW полностью соответствует международным стандартам на организацию измерительно-управляющих устройств и систем.

Таким образом, совместное использование аппаратных и программных компонентов для построения системы моделирования позволяет исследовать математическую модель структурного контроля усилителя, а существующая при этом возможность снабжать усилитель сигнальными воздействиями, соответствующими условиям нахождения усилителя в аппаратуре связи повышает достоверность оценки технического состояния усилителя.

Разработанная на основе использования программного обеспечения LabVIEW и плат DAQ система моделирования структурного контроля усилителей представлена на рисунке 3.

 

Рисунок 3 – Система моделирования структурного контроля исследуемого усилителя

 

Достоинством предложенной системы моделирования структурного контроля является возможность настраиваться на измерение различных параметров усилителей путем изменения программного кода. Подключаемые к коннекторному блоку резисторы, выступающие в качестве регулировочных элементов (рис.3) с различными параметрами, заменяют подключение измерительных приборов с заданными характеристиками входных цепей и позволяют исследовать их влияние на результаты измерений контролируемых параметров усилителя.

Разработанную в среде LabVIEW прикладную программу для моделирования структурного контроля называют виртуальным прибором, в состав которого входят две основные составляющие (рис. 4):

– лицевая панель (Front Panel);

– функциональная панель или диаграмма (Diagram).

 

Лицевая панель определяет внешний вид виртуального прибора и графический интерфейс пользователя. Она содержит различные модули, используемые для проведения структурного контроля усилителей, аналогичные по назначению элементам, расположенным на лицевой панели традиционных измерительных приборов.

При таком построении функциональность системы моделирования определяется большей частью программным обеспечением, которое может создаваться пользователем. Простота модернизации данной системы моделирования позволяет найти ей применение для измерения параметров усилителей, построенных с использованием различных схем включения транзисторов.

Результаты моделирования структурного контроля усилителя. Моделирование структурного контроля усилителя заключается в измерении показателя функционирования усилителя подключенным измерительным прибором, имеющим разные характеристики входных цепей.

Схема моделирования структурного контроля усилителей представлена на рисунке 4.

Результаты измерений коэффициента усиления усилителя с использованием схемы на рисунке 4 показывают зависимость результатов измерений контролируемых параметров от параметров входных цепей измерительных приборов, подключаемых на вход и выход усилителя (рис.5, 6)

Сравнивая разность коэффициента усиления усилителя при отсутствии измерительного прибора и коэффициента усиления с подключенным измерительным прибором с допустимой величиной погрешности измерения электрических величин D= 0,15 дБ [11], можно определить допустимые параметры входных цепей измерительного прибора.

Из графиков на рисунке 5 и 6 видно, что допустимые пределы значений параметров входных цепей измерительного прибора Rпр1 при подключении на вход усилителя должны быть не менее 87 кОм, а допустимые пределы значений параметров входных цепей измерительного прибора Rпр2 при подключении на выход усилителя должны быть не менее 103 кОм.

Таким образом, моделирование позволяет предъявить требования к параметрам входных цепей измерительного прибора с целью уменьшения их влияния на результаты измерения контролируемых параметров исследуемых усилителей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1.  Машиностроение: Терминологический словарь / Под общ. Ред. , – М.: Машиностроение, 1995. – 592.: ил.

  2.  О структурном контроле технических средств управления // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, 2005. – № 12 – с. 40-47.

  3.  Раков подход к моделированию систем управления с переменной структурой: Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук : – 05.13.06. – Орёл, 2007. – 31 с.

  4.  Травин схемотехники устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения: Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., испр. - М.: Горячая линия - Телеком, 20с.: ил.

  5.  Данилов усилители низкой частоты. – М.: Изд-во: Горячая линия-Телеком, 2004. – 352 с.

  6.  Дружинин оценки и прогнозирования качества. М.: Радио и связь, 1982, 160 с.

  7.  Батоврин измерений и испытаний. – М.: Радио и связь, 2011, 128 с.

  8.  Раннев информационные технологии: учебник для студ. высш. учеб. заведений / . – М.: Издательство центр "Академия", 2010. – 336 с.

  9.  Измерительные информационные системы / М. Краус. М.: Мир, 1975. – 172 с.

  10.  Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия. – СПб.: Питер, 2002.

  11.  Аппаратура Радиоэлектронная бытовая. Методы измерения электрических параметров усилителей сигналов звуковой частоты. ГОСТ (действующий). Изм. №2 от 01.01.2001.

Госуниверситет – УНПК, г. Орел

Соискатель кафедры "Информационные системы"

Тел.: +7(48

E-mail: *****@***ru