Прецизионный преобразователь код-ток

Существует проблема отображения графика изменения напряжения e(t) при недостатке данных из-за недостаточно частой дискретизации в реальном времени. Предлагается новый метод кусочной интерполяции, основанный на оптимизированных дельтапреобразованиях второго порядка [1]. Он основан на постоянной по модулю второй производной на каждом интервале интерполяции, а сами значения функции получаются итерационным способом.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кравченко П.П., Бородянский Ю.М. Интерполяция кривых и поверхностей на основе дельтапреобразований второго порядка.// Материалы Всероссийской научно-технической конференции с международным участием “КОМТЕХ-2001”. Таганрог. 2002.

В.Г. Г алалу, П.В.Хало, И.М.Бородянский ПРЕЦИЗИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОД-ТОК

Имеется достаточно большое количество прецизионных устройств, использующих для своего управления не напряжение, а ток. В качестве примера можно привести систему управления пузырьковой камерой, высокоточные сельсины, систему отклонения прецизионных электронно-лучевых трубок, токовые весы и пр., где требуется обеспечить относительную погрешность, соответствующую 12 - 16 двоичным разрядам. Для управления этими устройствами чаще всего используются 16-разрядные микроконтроллеры и микропроцессоры. К сожалению, среди имеющихся интегральных микросхем (ИС) преобладают высокоточные преобразователи код-напряжение (ПКН), а имеющиеся преобразователи код-ток имеют малую разрядность (8 бит).

При наличии современной элементной базы наиболее целесообразно для построения преобразователей код-ток использовать 16-разрядные преобразователи код-напряжение, дополненные преобразователем напряжение-ток. Структурная схема такого преобразователя представлена на рис. 1. Основным элементом схемы является 16разрядный преобразователь код-напряжение (интегральная микросхема DAC 714HC фирмы Burr-Brown). Выходной сигнал ПКН ± 5В при помощи основного преобразователя напряжение-ток (ПНТ) преобразуется в выходной ток ±250 мА, который через шунт (образцовое сопротивление Ro = 2,000 Ом) поступает на сопротивление нагрузки. Образцовое сопротивление Ro используется для создания отрицательной обратной связи по току. Полученный сигнал амплитудой ±0,5В усиливается измерительным усилителем ИУ1 в 10 раз (Иос) и сравнивается с выходным напряжением ПКН (Ux). Измерительный усилитель ИУ2 используется для усиления сигнала разности (Ux-Иос) и имеет коэффициент усиления порядка 100. Выходной сигнал измерительного усилителя ИУ2 поступает на вход корректирующего ПНТ, формирующий выходной сигнал ± 1 мА, используемый для коррекции основного ПНТ. При введении общей отрицательной обратной связи по току удается повысить точность преобразования напряжение - ток в 10 - 20 раз (без отрицательной обратной связи погрешность составляет 0,05 -0,1%.).

На рис. 2 представлена принципиальная схема преобразователя код - ток. Для преобразования напряжения в ток (основной ПНТ) используется симметричный каскад, работающий в режиме класса А, обеспечивающий высокую линейность преобразования и выполненный на транзисторах VТ6 и VТ7. Выходной каскад представляет собой два генератора тока (положительный и отрицательный), выполненных по стандартной схеме

на транзисторах Дарлингтона (УТ6 типа КТ973А и VТ7 типа КТ 972А), с использованием операционных усилителей в цепи местной отрицательной обратной связи. При входном напряжении, равном нулю (Цх=0), каждый генератор обеспечивает ток, равный 167 мА, при этом ток нагрузки равен нулю. При максимальном входном сигнале +5В генератор на транзисторе VТ6 обеспечивает ток + 300 мА, а генератор на транзисторе VТ7 ток - 50мА, при этом ток нагрузки составляет + 250 мА. При входном сигнале -5В транзистор VТ7 генерирует ток - 300 мА, транзистор VТ6 + 50 мА, ток нагрузки равен -250 мА.

Основное назначение согласующих каскадов - высокоточное преобразование входного напряжения их, которое формируется относительно общей аналоговой земли (АО№Э) в пропорциональные изменения напряжения на входах генераторов тока выходного каскада относительно шин питания (контрольные точки «А» и «В»). Согласующие каскады выполнены в виде генераторов тока с глубокой отрицательной обратной связью на операционных усилителях и обеспечивают независимость от изменения напряжений питания. Потенциалы в контрольных точках «А» и «В» при нулевом входном напряжении равны 5,00 В относительно шин питания. Входной сигнал ±5,00 В преобразуется в точках «А» и «В» в изменение потенциала от 1,00 В и до 9,00 В.

Вспомогательный ПНТ выполнен на транзисторах УТ8-УТ11 разного типа проводимости, работающих в линейном режиме (включение по схеме с общей базой) и формирующих корректирующий ток ±1мА. Для сокращения количества корпусов в схеме использованы сдвоенные операционные усилители АБ822АК и сдвоенные измерительные усилители ША2128, имеющие минимальное напряжение смещения (100 мкВ) и температурный коэффициент 10 мкВ/°С. Измерительные усилители ИУ1 и ИУ2 реализованы на ИС Б7. Транзисторы VТ6, VТ7 и резисторы обратной связи 30,0 Ом, 5 Вт конструктивно размещены на одном радиаторе, что позволяет стабилизировать рассеиваемую мощность и обеспечить оптимальный температурный режим независимо от величины входного сигнала.

При исследовании схемы 14 - разрядного преобразователя код-ток с выходным сигналом ±250 мА на сопротивлении нагрузки 30,0 Ом были получены следующие результаты:

1. Выходные сопротивления генераторов тока на комплиментарных транзисторах КТ972А и КТ 973А, при максимальных токах ±250 мА составляли более 500 кОм. Приведенная погрешность от влияния выходного сопротивления генераторов не превышает 0,001%.

2. Линейность преобразования определяется в основном линейностью используемого ПКН. При использовании микросхемы БАС714ИС и поверке в 17 точках диапазона отклонение выходных токов от идеального преобразователя не превышает ± 0,002%.

3. Изменение напряжений питания ±20 В на ±15% почти не влияет на выходной ток (подавление лучше 70 дб или ± 0,01% /на 10% изменения напряжения питания), однако для получения результатов, соответствующих 14-ти двоичным разрядам, необходимо стабилизировать напряжения питания ±20 В до уровня ±1%.

4. Температурный дрейф выходного тока определяется в основном температурным дрейфом резисторов обратной связи в силовых каскадах (30,0 Ом, 5 Вт). При использовании набора из 5 резисторов типа С2-29 (150 Ом , 1 Вт), температурный дрейф выходного тока ПКТ в диапазоне температур 20 - 70 °С составил 0,01 % /10 оС.

5. После прогрева схемы в течение 30 минут временной дрейф выходного тока ПКТ составил не более ± 5 мкА/час (0,002%/ час) за время контроля 10 часов.

Все измерения проводились прецизионным вольтметром - калибратором типа В1-18/1 в лабораторных условиях после 30-минутного прогрева схемы ПКТ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Burr-Brown/ Integrated Circuits/ Data Book/ Linear Product 1996/1997 4.283 Printed in USA/

2. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП. Под общей редакцией А.К. Марцинкявичуса, Э.К. Багдансиса. М.: Радио и связь 1988. С. 197-215

3. Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. М.: Радио и связь, 1985.

И.М. Савельев

ПОСТРОЕНИЕ СИНЕРГЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НЕЙРОННОЙ СЕТИ ДЛЯ КЛАССИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ

Развитие нейронных моделей привело к расширению круга задач, решаемых с их помощью. Одной из ключевых проблем построения систем искусственного интеллекта, более общей по сравнению с распознаванием, является классификация образов, которая может применяться в практических задачах структурной идентификации объектов управления в АСУ ТП.

Существующие подходы к построению динамических нейронных сетей (НС) лишь обобщают нейронные модели какого-то одного класса либо имеют в своей основе жестко заданный способ представления сети и не позволяют сформировать НС на основе некоторой единой методологии.

Исходя из основных положений синергетики, сформулированных в работах А. Колесникова, Н. Пригожина и Г. Хакена, в открытой нелинейной системе могут возникать новые структуры при переходе через точку бифуркации, где ряд переменных состояния скачкообразно теряет устойчивость под воздействием изменяющихся управляющих параметров. Согласно принципу подчинения, для исследования возникающих в нелинейной системе структур вблизи точки бифуркации переменные состояния (моды) разделяются на неустойчивые (параметры порядка) и устойчивые в линейном приближении (подчиненные переменные). Структура динамической системы формируется под влиянием параметров порядка. В результате происходит редукция общей размерности исследуемой нелинейной системы, что существенно облегчает анализ.

При сведении исходной задачи к исследованию коллектива конкурирующих между собой мод вследствие самоорганизации в конце переходного процесса возникает пространственная структура, которая отвечает наиболее «сильному» параметру порядка (либо их совокупности). Этот подход применяется при создании НС для распознавания и классификации образов.

Наличие соответствия между распознаванием и формированием образов приводит к созданию новой модели НС - синергетического компьютера. В основе действия сети Хакена лежит следующий принцип: синтезируемая НС моделируется системой конкурирующих параметров порядка, каждый из которых соответствует одному запомненному образу.

Распознаваемые и запомненные образы определяют начальные условия, приводящие к определенному протеканию процесса конкуренции мод и выбору наиболее ассоциирующегося с предъявленным прототипом. Основной отличительной чертой этой модели является то, что система сразу формируется только из параметров порядка, из