ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

НІКОЛЕНКО Iван Миколайович

УДК 681.335:681.332

ПРЕЦИЗIЙНІ ФОРМУВАЧІ ЧАСОВИХ ІНТЕРВАЛІВ

З КЕРУЮЧИМИ ЗАПАМ’ЯТОВУЮЧИМИ ПРИСТРОЯМИ

Спеціальність 05.13.05 - “Елементи та пристрої обчислювальної техніки

та систем керування”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса - 1999

Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Одеському державному політехнічному університеті на кафедрі інформаційно- вимірювальної техніки.

Науковий керівник: доктор технічних наук, академік Джагупов Рафаїл Григорович, Одеський державний політехнічний університет, професор кафедри інформаційно- вимірювальної техніки.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Кондратенко Юрій Пантелійович, Український державний морський технічний університет, завідуючий кафедрою комп’ютеризованих систем управління, м. Миколаїв

кандидат технічних наук Багдасарян Левон Борисович, науково- виробниче об’єднання “Харчопромавтоматика”, завідуючий лабораторією аналітичних спектральних пристроїв, м.Одеса.

Провідна установа:

Національний технічний університет України (КПІ)

Захист дисертації відбудеться “ 01”____07____ 1999р. в 13-30 годин на засіданні спеціалізованної вченої ради Д 41.052.01 в Одеському державному політехнічному університеті, 270044, м. Одеса. пр. Шевченка, 1.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеського державного політехнічного університету.

Автореферат розіслано “_01_”____06____ 1999р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої

ради, к.т.н., професор Ямпольський Ю.С.

АГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Основу апаратної частини технічних пристроїв, що працюють по заданій часовій програмі, становлять, як правило одно- та багатоканальні лінійні формувачі середніх та великих часових інтервалів. При цьому вимоги до показників якості таких пристроїв, зокрема, до точності, швидкодії і надійності, постійно підвищуються. Існуючі пристрої створюють великі і середні часові інтервали невисокої точності через наявність великих інструментальних динамічних похибок, тобто паразитних затримок, які виникають в трактах формування часового інтервалу. Основна частина похибок визначається тривалістю перехідного процесу, який виникає в момент формування часового інтервалу в тракті з довгим ланцюгом перетворення.

В дисертаційній роботі запропоновані нові алгоритми перетворення цифрових кодів у великі і середні часові інтервали, на основі яких можливо створювати прецизійні лінійні одно- та багатоканальні формувачі часових інтервалів з суттєво покращеними метрологічними характеристиками, в яких ланцюги тракту формування кінця часового інтервалу виконуються коротшими. Використання таких прецизійних лінійних формувачів у відповідних технічних пристроях дозволить пiдвищити техніко- експлуатаційні характеристики і, в першу чергу, знизити втрати інформації, яка в них перетворюється.

Тому дослiдження, спрямовані на покращення метрологiчних характеристик iснуючих лiнiйних одно- та багатоканальних формувачів часових iнтервалiв, виконаних з використанням вiдомого методу підсумування одиничних часових прирощувань, є актуальними.

Мета та завдання роботи. Метою роботи є теоретичні та експериментальні дослідження і розробка прецизійних лінійних одно- та багатоканальних формувачів часових інтервалів з покращеними метрологічними характеристиками.

Для досягнення цієї мети треба розв’язати такі завдання:

1.

1.

1.

1.

Методи проведення досліджень. Методи досліджень базуються на теорії цифро-аналогового перетворення кодів в часові інтервали, засобах структурно- організаційного покращення метрологічних характеристик лінійних формувачів часових інтервалів.

Наукова новизна дисертаційної роботи полягає в тому, що:

1.

1.

Практична цiннiсть роботи.

1. Рекомендації для покращення метрологічних характеристик лінійних одно- та багатоканальних формувачів часових інтервалів, які розробляються з урахуванням відомого методу підсумування одиничних часових прирощувань.

2. Результати розробки прецизійних лінійних одно- та багатоканальних формувачів часових інтервалів.

Реалізація результатів роботи. Результати дисертаційної роботи впроваджені на Одеському авторемонтному заводі №46, воєнізованому підрозділі автомобільної служби ОдВО у вигляді електронно-цифрового дозатора (ЕЦД) для керування процесом автоматизованого розливу агресивних рідин. Фактичний економічний ефект за рік на заводі склав 59, 052 тис. крб. на один пристрій.

Апробація роботи. Основні результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на 2-ій Республіканській науково-технічнiй міжвідомчiй конференції “Моделювання та автоматизація процесів проектування, виготовлення та систематизації складних систем” при науковій раді АН УРСР по комплекснiй проблемі “Теоретична електротехніка, електроніка та моделювання” (м. Одеса, 1983 р.), на засiданнi семiнару «Iнформацiйно- вимiрювальнi системи контролю i управління» при науковiй радi АН УРСР по комплекснiй проблемi «Теоретична електротехнiка, електронiка i моделювання» (м. Одеса, 1984р.), на Республіканському науково- технічному семінарі “Машинні методи розв'язання краєвих задач (мм. Москва- Рига, 1985 р.), на науково-технічних конференціях Одеського державного політехнічного університету (1986-1997 рр.).

Публікації. Основний зміст дисертаційної роботи викладено в 15 публікаціях, в тому числі 6 авторських свідоцтв на винаходи.

Обсяг та структура роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, заключення, списку літератури, додатку. Робота загальним обсягом 214 стор. складає 135 стор. основного тексту, проілюстрованого рисунками на 43 стор., таблицями на 2 стор. та фотографіями на 4 стор.; списку літератури із 144 найменувань на 16 стор.; додатку на 14 стор.

У роботі захищаються:

1.

1.

Зміст роботи.

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертації, сформульовані мета і завдання дослідження, викладені основні наукові та практичні результати роботи, котрі винесені до захисту.

У першому розділі здійснюється аналіз сучасного стану методів перетворення кодів у часові інтервали.

Розглянута класифікація лінійних формувачів часових інтервалів великої та середньої тривалості, котрі складають великий підклас електронних функційних перетворювачів інформації.

Проведено порівняльний аналіз структурних схем лінійних розімкнених одно- та багатоканальних формувачів часових інтервалів з урахуванням принципів прямого перетворення цифрових кодів у часові інтервали.

Проведено аналіз динамічної похибки, обгрунтованої інерційністю елементів тракту формування, а також швидкість і надійність відомих розімкнених одно- та багатоканальних лінійних пристроїв, котрі формують часові інтервали великої та середньої тривалості.

На основі проведеного аналізу класифікаційних признаків відомих перспективних розімкнутих лінійних одно- та багатоканальних формувачів часових інтервалів з прямим перетворенням відзначені формувачі, котрі реалізують цифрові методи перетворення, маючи при цьому кращі метрологічні характеристики.

Нарівні з цим відзначається, що при створенні прецизійних одно- та багатоканальних лінійних формувачів часових інтервалів, котрі реалізують цифрові методи перетворення виникає ряд труднощів:

-не існує алгоритмів, що дозволяли б розробляти схеми прецизійних формувачів, у яких відлік часу починається від якогось умовного нуля, а ланцюги тракта формування кінця часового інтервалу були по можливості коротшими;

-відомі структурні та алгоритмічні методи не забезпечують суттєвого підвищення надійності таких пристроїв;

-відсутність узагальненої моделі генератора, для якого є характерною висока стабільність частоти, не дозволяє завжди правильно визначити стабільність частоти генераторів, що розробляються для формувачів з заданими метрологічними характеристиками.

Обгрунтована необхідність подальшого покращення метрологічних характеристик лінійних одно- та багатоканальних формувачів, котрі розробляються з урахуванням цифрових методів перетворення.

Сформульовані мета та завдання дослідження.

У другому розділі приводиться аналіз запропонованої математичної моделі генератора, як чотириполюсника, що відображає схеми відомих і проектуючих генераторів, для виявлення стабільності частот генераторів при відхиленні параметрів їх елементів від заданих значень.

Відповідно запропонованої узагальненої структурної електричної схеми генератора (рис.1) записується його передатна функція, на основі котрої виробляється оцінка відхилень резонансної частоти генератора у випадку зміни номіналів величин елементів.

Рис.1

Передатна функція W(P) генератора, як функція від імпедансів, має наступний вигляд:

, (1)

де Ui- напруга джерела живлення; Uj- напруга на виході генератора; Zi імпеданс джерела живлення; Zj- імпеданс навантаження; Zx- імпеданс зворотнього зв'язку; Zk- імпеданс переходу "колектор-база" транзистора; Zij=Zi+Zj; Zkx=Zk+Zx.

При цьому величина струму I генератора може бути визначена з формули(2):

, (2)

де Z=Zij+Zэ.кх- підсумований імпеданс всього ланцюга генератора; - вираз еквівалентного імпедансу для паралельно з'єднаних імпедансів Zk та Zx.

Розрахунок величин відхилень еталонної частоти генератора виконується для 4-х випадків. Кількість випадків визначено числом набору схемотехнічних рішень, що відображають суму імпедансів. У кожному випадку сума імпедансів Z подається у вигляді 4-х наборів схемотехнічних рішень виконаних на базі елементів R,L,C.

При цьому сума імпедансів через параметри елементів R,L,C у розгорнутому вигляді записується, як:

, (3)

де R= Ri + Rj + Rkx; Ri + Rj = Rij; Rkx= Rk+Rx; L= Li + Lj + Lkx; Li + Lj = Lij; Lkx=Lk+ Lx; .

З урахуванням схемотехнічних наборів записуються відповідно передатні функції W1(P), W2(P), W3(P), W4(P) у розгорнутому вигляді. З метою знаходження математичних виразів для еталонних частот виконується перехід від передатних функцій вигляду W(P)відповідно до їх частотно передатних функцій вигляду W(j) шляхом заміни p на j.

Одержані математичні вирази для еталонних частот є функціями параметрів елементів R, L, C.

Величини відхилень заданих частот визначаються при зміненні нормованих величин R, L, C до 10%.

Результати проведених розрахунків показали, а результати експериментів підтвердили, що максимальна стабільність частоти генератора (0,3%) досягається (3-ий випадок) при одночасній зміні параметрів елементів R, L, C всіх імпедансів. При цьому імпеданс зворотнього зв'язку, є послідовним з'єднанням елементів R, L, C, а останні імпеданси виглядають, як послідовні зв'язки елементів R та L, охоплених елементом C. Максимальна стабільність частоти генератора знижується до 1,5%; 2,5% та 1% відповідно у випадках змін до 10%: тільки параметра елемента R імпедансу переходу "колектор- база" транзистора; тільки параметрів елементів R, C імпеданса джерела постійної напруги або імпеданса навантаження; тільки параметрів елементів C, L імпеданса зворотнього зв'язку.

У третьому розділі проводиться порівняльний аналіз відомих і запропонованих алгоритмів перетворення кодів у великі і середні часові інтервали, а також виконаних на їх основі існуючих і розроблених прецизійних лінійних одно- та багатоканальних формувачів. Розглянуто принципи функціонування нових структур цих пристроїв з викладанням суттєвості структурного і структурно- алгоритмічного методів, що забезпечують підвищення їх точності, швидкодії і надійності.

Відтворення часового інтервалу високої точності досягається шляхом зменшення динамічної похибки відомих формувачів, котра виникає у i-тий момент часу перетворення цифрового двійкового коду у фронт часового інтервалу.

Динамічна похибка ni визначається тривалістю часу перехідного процесу елементів тракту формування формувачів, принципово не усунена, та знаходиться з виразу:

ni = ni - ni(ОЗП), (4)

де ni - фіксоване (реальне) значення кінця часового інтервалу; ni(ОЗП) – істинне (ідеальне) значення кінця часового інтервалу, яке зберігається у вигляді коду часу в ОЗП (оперативний запам'ятовуючий пристрій).

Довжина ланцюгів тракту формування (перетворення) визначається видом структурних схем відомих одно- та багатоканальних пристроїв перетворення цифрових двійкових кодів у часові інтервали. В свою чергу структурні схеми цих пристроїв будуються з урахуванням недосконалих алгоритмів перетворювання цифрових двійкових кодів у часові інтервали.

Оскільки тракт формування відомого узагальненого одноканального формувача часових інтервалів складається, що найменше, із 4-х послідовно ввімкнених вузлів (ГТІ- генератора тактових імпульсів, БС- блока синхронізації, лічильника, СПК- схеми порівняння кодів), то величина динамічної похибки визначається за формулою (5):

ni = ГТІ + БС + ЛІЧ + СПК. (5)

В запропонованому пристрої тракт формування може складатись з 2-х вузлів: ГТІ, Д-тригер, або навіть з одного (Д- тригер), тому величина його динамічної похибки визначається за формулою (6):

/ni = ГТІ + ДТ . (6)

Згідно з цим, точність часових інтервалів, що створюються розробленими одноканальними формувачами в 1,5...3 рази вища, нiж у існуючих.

На рис. 2 та 3 наведені, відповідно, структурна схема запропонованого прецизійного одноканального формувача часових інтервалів і алгоритм його роботи у вигляді спрощеної часової діаграми.

Відрізняючою особливістю структурної схеми запропонованого одноканального формувача від узагальненої схеми відомих одноканальних формувачів часових інтервалів є удосконалена СПК- та вмикання на ії вихід подвійної пам’яті, яка складається із послідовно включенних Т і Д- тригерів . Динамічний вхід Д- тригера включений в ланцюг “вихід БС- вхід лічильника”

Рис.2

Розглянемо алгоритм роботи удосканаленої СПК. Двійковий код часу, який читається із ОЗП поступає на інши входи СПК, зменьшується в ній на одиницю молодшого розряду, а потiм порівнюється з реальним двійковим кодом часу лічильника, що поступає пізніше на її перші входи.

Слід підкреслити, що перед пуском формувача сигналом “Скидання в початковий стан” всі тригери лічильника встановлюються в “1”, Т- Д- тригери – в “0”, а у ОЗП записуються в порядку зростання двійкові коди чисел часу, виключаючи код числа нуль.

Проведемо порівняльну оцінку величин динамічних похибок відомих і запропонованих (рис.4) комутаторних лінійних багатоканальних формувачів часових інтервлів.

Динамічна похибка Бnі відомих пристроїв такого типу визначається сумою перехідних процесів послідовно включених вузлів (ГТІ- генератора тактових імпульсів, БС- блока синхронізації, ДЧ- дільника частоти, лічильника, СПК- схеми порівняння кодів, БК- блока керування, ОЗП2- оперативно запам'ятовуючого пристроя, КБ- комутаційного блока) в тракті формування кінця часового інтервалу.

В першому випадку, коли формування кінця часового інтервалу i здійснюється по одному виходу багатоканального формувача (одна комутація КБ), то

Бnі = ГТІ+ БС + ДЧ +Ліч + СПК + БК + ОЗП2 + КБ. (7)

Рис.3

В другому випадку, коли формування і-го фронту часового інтервалу i здійснюється "cинхронно" на ряді виходів багатоканального формувача (n- послідовних комутацій КБ), то

Бnі = ГТІ + БС + ДЧ +Ліч + СПК + n(ТГТІ + ОЗП2 + КБ). (8)

Тобто, в другому випадку величина Бnі зростає через наявність в КБ не тільки адитивної, але й мультиплекативної похибки, причому остання збільшується залежно від кількості одночасно виконаних комутацій КБ.

В запропонованому прецизійному багатоканальному формувачі з комутатором послідовного (часового) типу, в обох випадках, коли і-тий програмний двійковий код часу перетворюється в кінець часового інтервалу на одному, або синхронно на n- виходах, величина інструментальної динамiчної похибки 'Бnі завжди менша, нiж у існуючих, і визначається по одній і тій же формулі (9):

Бnі = ГТІ + БС + ДЧ +ДТ (9)

У формулах (5...9) ГТІ, БС, ДЧ, ДТ, СПК, Ліч, БК, ОЗП2, КБ – величини інструментальних динамiчних похибок відповідно блоків ГТІ, БС, ДЧ, Д- тригера з динамічним синхровходом, СПК, лічильника, БК, ОЗП2, КБ. Формула (9) випливає із розробленого алгоритму перетворення кодів в часові інтервали, який є підгрунтям принципу роботи запропонованого комутаторного багатоканального формувача (рис.5).

Рис.4

З рис. 4 видно, що особливістю запропонованих структурних схем комутаторних багатоканальних формувачів часових інтервалів є використання удосконаленої схеми СПК, а також включення подвійної пам’яті на кожен вихід КБ (демультиплексор). Вона складається із двох послідовно ввімкнених Т і Д- тригерів з динамічним синхровходом. При цьому синхровходи Д- тригерів об’єднані і ввімкнені в ланцюг «вихід ДЧ- вхід лічильника».

Наведемо алгоритм роботи запропонованого багатоканального (чотирьохканального) формувача (рис.5). Попередньо сигналом “Скидання”- в початковий стан встановлюються відповідні цифрові елементи узагальненої схеми комутаторного багатоканального формувача. Виконується запис кодів часу, виключаючи код числа нуль, а також приписаних їм груп кодів номерів каналів в порядку зростання та в довільному порядку, відповідно в ОЗП1 і ОЗП2. При цьому кварцевий ГТІ формує неперервну послідовність прямокутних імпульсів еталонної частоти. При надходженні сигналу “Пуск” програмний двійковий код часу читається з ОЗП1, зменьшується на одиницю молодшого розряду в СПК і порівнюється з двійковими кодами реальних моментів часу, що виробляються лічильником. В момент рівності кодів на виході СПК формується часовий інтервал у вигляді потенціалу, положення заднього фронту якого відповідає положенню попереднього імпульсу ГТІ (який не програмується). Задній фронт часового інтервалу одночасно поступає на керуючі входи КБ і БК. При цьому з ОЗП2 читається перша група кодів номерів каналів (чи один код) з частотою ГТІ (при читанні останього кода групи ознакою “1” здійснюється занулення виходів ОЗП2) з послідовним записуванням їх в Т- тригери заданих каналів. З наступним імпульсом ГТІ, що відповідає програмному коду часу, формується фронт яким задається кінець часового інтервалу одночасно на ряді виходів (чи на одному виході) запропонованого багатоканального формувача.

Рис.5

На основі запропонованого прецизійного формувача часових інтервалів можна розробляти паралельні та комутаторні багатоканальні пристрої перетворення кодів у часові інтервали з покращеними метрологічними характеристиками.

При цьому величина динамічної похибки 'Бnі, розробленого паралельного багатоканального пристрою є величиною динамичної похибки 'nі одноканального формувача. Величина ж динамічної похибки 'Бnі розробленого комутаторного багатоканального пристрою (рис.4) у 3…10 разів менш, а, ніж у відомих і визначається по формулі (9) у випадках виконання перетворення одного коду часу по одному чи одночасно у ряд каналів.

Крім того, момент формування кінця часового інтервала в розроблених одно- та багатоканальних формувачах відзначається високою стабільністю вихідних параметрів Д- тригера по відношенню до моменту надходження переднього фронту високостабільного імпульсу ГТІ на динамічний синхровход Д- тригера. Тому подальше покращення вихідних характеристик запропонованих одно- і багатоканальних формувачів виявляється можливим, без зміни їх загальних алгоритмів роботи, тільки шляхом заміни класичного Д- тригера з динамічним синхровходом на елементи пам’яті з більш простою структурою, наприклад, на Д- тригер з потенціальним синхровходом, Д- тригер Ерла з парафазним потенціальним синхровходом чи цифрові елементи кон'юктори, диз'юктори. При використанні перелічених цифрових елементів потрібно враховувати особливості моментів часу спрацювання Т і Д- тригерів з динамічним синхровходом в тракті формування, відносно часу слідування тактових імпульсів ГТI. Дійсно Т-тригер спрацьовує у будь- який час попереднього такту ГТІ, тобто спрацьовує асинхроно по відношенню до даного такту. Потім, з початком наступного такту, спрацьовує класичний Д-тригер з динамічним синхровходом, як блок, який керується фронтом наступного імпульсу ГТІ, тобто фронтом відповідним значенню програмного коду часу.

В дисертації показано, як можна додатково знизити динамічну похибку, використовуючи часовий диференціальний компенсаційний метод в простих по структурі трактах формування шляхом введення в одно- та багатоканальні розроблені формувачі блока корекції.

Так як в формувачах точність і швидкодія на момент формування кінця часового інтервала взаємозалежні, то зниження похибки призводить до збільшення їх швидкодії. Щоб навантаження не впливало на зміну швидкодії тракту формування, він виконаний з урахуванням 2-ох відомих засобів нормалізації фронту часового інтервалу. Їх суть полягає в наступному: форма фронту часового інтервалу не змінюється внаслідок того, що елемент тракту формування не тільки перетворює вхідні сигнали, але підсилює і обмежує їх.

Метрологічні показники формувачів визначаються також характеристиками генератора як основного еталону часу. В зв’язку з цим в дисертації запропонована узагальнена математична модель генератора, як резистивного чотириполюсника простої структури, що дозволяє оперативно проектувати їх електричні схеми та оцінювати величини нестабільностей частот на стадії розробки.

В дисертації також розглядається надійність роботи розроблених формувачів, як гібридних пристроїв. Надійне функціонування комутаторного багатоканального формувача як цифрового пристрою визначається правильністю вихідного цифрового коду, в даний чи наступний моменти формування фронтів часових інтервалів, що досягається шляхом доповнення його блоками контролю вихідної інформації по непарності і прогнозування з контролем по модулю два. З точки зору якісних уявлень, точна та надійна робота запропонованих формувачів визначається підтриманням в заданих межах їх вихідних характеристик.

У четвертому розділі розглядаються особливості практичної реалізації розробленого прецизійного лінійного комутаторного багатоканального формувача часових інтервалів для керування високоточними двохпозиційними об’єктами, а також рекомендацій по використанню його при розробці різних зразкових пристроїв, що здійснюють перетворення кодів у часові інтервали великої та середньої тривалості.

На базі розробленого багатоканального комутаторного прецизійного формувача часових інтервалів реалізовано 63-х канальний цифровий керуючий пристрій високої точності.

Багатоканальний цифровий керуючий пристрій одночасно виступає, як у ролі таймерного пристрою високої точності так і пристрою керування низько та високоточними двохпозиційними об'єктами.

Багатоканальний цифровий керуючий пристрій виконано на базі стандартних інтегральних мікросхем середнього ступеня інтеграції і алгоритм його роботи відповідає алгоритму роботи запропонованого багатоканального комутаторного прецизійного формувача.

Порівяння експериментальних та розрахункових даних показали, що при наявності максимальної навантаженості на виходах пристрою величина динамічної похибки, яка виникає в момент формування кінця часового інтервалу, не перевищує часу перехідного процесу тракту формування фронту часового інтервалу і складає 4…6 нс.

Багатоканальний цифровий керуючий пристрій співвідносно з гідросистемою для розливу електроліту в акумуляторні батареї впроваджено в автомобільній службі Одеського військового округу. Цей пристрій дозволяє підвищити темп розливу електроліту в 12 разів і змінити використаний раніше для цієї мети пристрій И-1428 виконаний на базі агрегату вакумного ротаційного типу АВР- 50, та знизити витрати електроліту на 15…20%.

На базі запропонованих прецизійних- одно та багатоканальних формувачів часових інтервалів можуть розроблятись також перетворювачі високої точності з проміжним перетворенням: наприклад: "частота- код", "напруга- код".

Розроблені прецизійні комутаторні багатоканальні формувачі виступають і як формувачі кодових послідовностей, тобто як перетворювачі кодів та можуть знайти широке використання в техніці криптографії.

В додатку наведені документи і матеріали, що підтверджують впровадження результатів дисертаційної роботи в Одеському військовому окрузі (ОдВо) і її фактичну економічну ефективність.

В заключенні сформульовані основні висновки та результати роботи:

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

По темі дисертації опубліковані слідуючи роботи:

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

13.

1.

1.

Анотація

Ніколенко І.М. Прецизійні формувачі часових інтервалів з керуючими запам’ятовуючими пристроями .- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.13.05- елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування.- Державний політехнічний університет, Одеса, 1999

Дисертація присвячена теоретичним, експериментальним дослідженням і розробці одно- та багатоканальних прецизійних формувачів великих та середніх часових інтервалів функціонуючих з урахуванням запропонованих алгоритмів перетворювання цифрових кодів у часові інтервали високої точності. Основні результати роботи знайшли промислове застосування в проектуванні нових типів прецизійних формувачів часових інтервалів.

Ключові слова: формувач, генератор, тригер, комутатор, точність, швидкодія, надійність, пристрій керування.

Аннотация

Николенко И.Н. Прецизионные формирователи временных интервалов с управляемыми запоминающими устройствами.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по

специальности 05.13.05 –элементы и устройства вычислительной техники и систем управления.- Государственный политехнический университет, Одесса, 1999.

В диссертации решается задача, связанная с разработкой линейных прецизионных формирователей больших и средних временных интервалов.

Исследования являются актуальными, так как направлены на повышение точности, быстродействия и надежности известных линейных формирователей временных интервалов.

Известные устройства формируют большие и средние временные интервалы ограниченной точности из-за наличия больших динамических погрешностей, то есть паразитных временных задержек, возникающих в трактах формирования фронтов временных интервалов. Величина динамической погрешности выражается временем переходного процесса, который возникает в момент преобразования двоичного кода во фронт временного интервала. Время переходного процесса определяется "длинной" цепи тракта формирования.

Отсутствие совершенных алгоритмов преобразования кодов во временные интервалы не позволяют пока создавать формирователи с короткими цепями трактов формирования.

В диссертации проведен сравнительный анализ структур известных и предложенных формирователей. Анализ показывает, что точность преобразования двоичного кода во временной интервал выше в предложенных формирователях по сравнению с известными, соответственно в 1,5 … 2 раза для однокональных и 3…10 для многоканальных, строящихся с использованием коммутаторов временного принципа действия.

Точность преобразования повышается за счет упрощения структуры тракта предложенных формирователей (уменьшения числа последовательно включенных блоков).

Из сравнения известного и предложенного алгоритмов преобразования двоичных кодов во временные интервалы следует,что:

-

- в известном алгоритме преобразование готовится и выполняется с поступлением в тракт формирователя импульса генератора, соответствующего двоичному коду, а в предложенном алгоритме подготовка преобразования выполняется с поступлением предыдущего импульса генератора.

Полученные алгоритмы преобразования определили новые структуры прецизионных формирователей временных интервалов.

В диссертации определены способы упрощения структуры тракта формирования, а также показано, что уменьшение динамической погрешности приводит к увеличению быстродействия.

В диссертации рассматривается надежность предложенных формирователей временных интервалов, как гибридных устройств. Надежность функционирования многоканального формирователя с коммутатором временного принципа действия, как цифрового устройства, определяется правильностью выходного кода в данный и последующий моменты формирования фронтов временных интервалов, путем дополнения формирователя блоками контроля выходной информации по нечетности и прогнозирования с контролем по модулю 2. Надежность предложенных формирователей, как аналоговых устройств, обеспечивается поддержанием в заданных пределах их выходных характеристик, за счет упрощения структур трактов формирования и введения блоков коррекции по дифференциальному компенсационному методу. Стабильность фронтов временных интервалов обеспечивается качественной работой тракта формирования и высокостабильного генератора. Приводится обобщенная математическая модель высокостабильного генератора, как четырехполюсника.

Основные результаты работы нашли применение в подразделениях Одесского военного округа в виде цифрового устройства управления двухпозиционными объектами высокой точности.

Ключевые слова: формирователь, генератор, триггер, коммутатор, точность, быстродействие, надежность, устройство управления.

Annotation

Nikolenko I.N. Precision drivers of time intervals with controlled memory.- Manuscript.

Dissertation for a degree of Cand. Sc. (Tech.), specialization 05.13.05 – elements and devices of computer equipment and control systems. – State polytechnical University, Odessa, 1999.

Dissertation is devoted to theoretical, experimental research and development of one- channel and multichannel precision drivers of big and average time intervals functioning with regard for suggested algorithms of digital code conversion into high precision time intervals. Main results of the thesis found industrial application in designing new types of precision drivers of time intervals.

Key words: driver, generator, flip-flop, commutator, precision, speed of operation, reliability, control device.