Материал: Исследование узлов систем управления. лабораторный практикум. Герасимов М.И., Болдырев И.А

6.Дайте обоснование Вашего метода вычисления RОС (п. 2.4 задания).

7.Исходя из (3.2), поясните, почему исследованный ЦАП называют перемножающим.

8.На основании данных, полученных в п. 2.7 задания, оцените, зависит ли крутизна фронтов переходных процессов от веса входного сигнала.

56

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

СРЕДСТВА ВВОДА АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ

Цель работы – изучение функционирования аналогоцифровых преобразователей (АЦП), определение их характеристик.

Теоретические сведения Функциональное назначение АЦП

По физическому состоянию аналоговая информация, которая вводится в управляющие устройства РТК, может быть либо медленно меняющимся сигналом (напряжением или током), либо синусоидальным сигналом с изменяющейся фазой.

Применение фазовых сигналов для измерения параметров движения робота обусловлено высокой точностью измерения первичной величины (обычно положения), простотой и помехоустойчивостью канала связи. Однако обработка фазовых сигналов (обычно от электромеханических фазовращателей, известных из курса электропривода) весьма сложна и специфична.

В практике наиболее распространены сигналы, вводимые в

виде напряжений. Стандартами /14-16/ даны следующие рекомендации по их параметрам – от 0 до +10 В или от –10 до +10 В постоянного тока. При этом указано, что в схеме соответствующих модулей должна быть предусмотрена гальваническая развязка входов от других цепей СУ, а электрическая изоляция должна выдерживать напряжение не менее 500 В постоянного тока в течение 1 мин. Входное сопротивление УЧПУ должно быть не менее 2 кОм. Источниками сигналов в виде напряжений обычно являются "датчики внутренней и внешней информации" /16/. Примеры таких источников студенты в состоянии привести самостоятельно. Линию связи «датчик-преобразователь» рекомендуется выполнять в виде

57

экранированной витой пары. В случае измерения сигнала малой амплитуды или от высокоомного источника следует в непосредственной близости от датчика устанавливать усилитель.

Основными элементами аналоговых модулей ввода являются аналого-цифровые (АЦП) преобразователи. Ниже рассмотрены принципы структурного и аппаратного построения этих преобразователей, а затем даны указания по их экспериментальному исследованию.

В настоящее время известно множество различных методов преобразования "напряжение-код". В достаточно общем виде перечисление типов электронных АЦП выглядит следующим образом.

Простейшим одноразрядным двоичным АЦП является компаратор напряжений. Это узел или законченная микросхема, сравнивающая два сигнала – входной и некоторый пороговый – и выдающая логический уровень 0 или 1 (если проверяется только знак входного сигнала, то на второй вход подается 0 («земля») и компаратор называют нуль-органом). Самостоятельное использование компаратора возможно, например, в схемах контроля «brown-out».

Параллельный АЦП, в котором входная величина сравнивается одновременно со всеми возможными значениями эталонного напряжения.

Последовательный АЦП, в котором входная величина многократно сравнивается с эталонным напряжением, формируемым по определенному алгоритму в виде последовательности значений, устанавливаемых через определенные промежутки времени.

АЦП с двойным интегрированием, который работает по принципу преобразования измеряемого напряжения во временной интервал с последующим измерением этого интервала.

58

Дельта-сигма АЦП, который можно рассматривать как синхронный преобразователь напряжения в частоту и следующий за ним счетчик

Типовые значения характеристик АЦП

Для последовательных схем: разрядность – 10…14; дифференциальная нелинейность – 0,5-1,5 МР; интегральная нелинейность – 0,5-3 МР; время преобразования – 1-100 мс.

Для параллельных схем: разрядность – 8…10; дифференциальная нелинейность – до 2 МР; интегральная нелинейность – до 2 МР; время преобразования – 10-100 мкс; апертурное время – до 10 нс.

Для схем с двойным интегрированием: разрядность – до 18; дифференциальная нелинейность – до 1 МР; интегральная нелинейность – до 1 МР; время преобразования – от 100 мс до 1 с.

Для схем дельта-сигма: разрядность – до 24;

эффективное разрешение не хуже 20 бит; дифференциальная нелинейность – до 1 МР; интегральная нелинейность – до 1 МР; время преобразования – от 40 мкс.

Структуры соответствующих преобразователей (АЦП) известны студентам из предшествующих курсов, /3/ и др. источников. Однако для оценки свойств и схемных решений исследуемого в работе АЦП представляет интерес сравнение двух типов АЦП.

59

новременно подается Ux и они устанав-

ливаются в нуль, если Ux<Uiоп, и в единицу в обратном случае. Последний установившийся в единицу компаратор дает фактическое значение результата преобразования. Последующая задача при считывании результата – преобразовать этот код в двоичный позиционный код, что может быть выполнено программно или аппаратно (приоритетным шифратором).

В виде ИМС такие АЦП выпускаются на 8-10 (иногда 12) разрядов. Недостаток – большое количество компараторов, большой объем шифратора, и как следствие – высокая стоимость. Применяются они в специальных контрольноизмерительных системах.

Последовательные АЦП. Принцип действия таких АЦП

– последовательное во времени сравнение преобразуемой величины с эталонным напряжением, формируемым в ЦАП.

60