Evaluation of the amount of RAM in the monitoring of technical objects.pdf В практике управления большое значение имеют устройства контроля технических объектов (дискретных или аналоговых), которые позволяют проводить оценку их рабочего состояния по полученным измерениям [1-6]. Функции данных устройств заключаются в слежении за параметрами контролируемых объектов, их обработке и выдаче информации потребителю в определенной форме [7]. К данным устройствам также предъявляется требование выполнения функции накопления информации за определенный период времени штатной работы и до момента аварии с последующей фиксацией данных. Как известно, для выполнения функции хранения данных необходимо использование элементов памяти, которые, в свою очередь, подвергаются физическому износу при многократных перезаписях информации. Данная задача на сегодняшний день решается различными способами, а именно: увеличение объема памяти с применением схемотехнических решений, использование современной элементной базы или применение алгоритмов сжатия информации [8-10]. Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки. Схемотехнические методы наращивания объема оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) приводят к усложнению структуры устройства, увеличению габаритных показателей и снижению надежности. Алгоритмические способы при большем количестве контролируемых параметров могут значительно задействовать вычислительные ресурсы. Также стоит отметить, что не каждый способ сжатия способен обработать высокочастотные изменения контролируемых параметров, при этом может происходить пропуск информации о контролируемом параметре. Одним из возможных вариантов оптимизации сохранения данных может быть синхронизация процесса обработки информации с процессом изменения контролируемого параметра. Данный способ позволяет контролировать параметр с переменной частотой записи информации, которая зависит от скорости изменения самого контролируемого параметра [11]. 104 Оценка ресурсов ОЗУ при контроле технических объектов 1. Минимизация объема сохраняемых данных Для реализации этого способа был разработан блок синхронизации, структурная схема которого приведена на рис. 1. Основная функция данного блока - изменение частоты записываемой в память информации в зависимости от скорости изменения контролируемого параметра [11, 12]. Блок состоит из следующих узлов: согласующего устройства (СУ), аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), диференцирующего устройства (ДУ), генератора, управляемого напряжением (ГУН), микроконтроллера (МК), запоминающего устройства (ЗУ), персонального компьютера (ПК). Ui(t) Рис.1. Структурная схема устройства Fig. 1. Structural scheme of device Принцип работы заключается в следующем. Контролируемый параметр U1(t) поступает на вход согласующего устройства, где он преобразовывается до уровня, необходимого для работы аналоговоцифрового преобразователя и дифференцирующего устройства. Аналогово-цифровой преобразователь преобразовывает контролируемый сигнал в цифровую форму и передает данные на микроконтроллер. Дифференцирующее устройство формирует на своем выходе значение напряжения, пропорциональное скорости изменения контролируемого параметра. Выходное напряжение дифференцирующего устройства поступает на генератор, управляемый напряжением, который формирует импульсы синхронизации, необходимые для работы микроконтроллера [13, 14]. Микроконтроллер сохраняет информацию о контролируемом параметре в запоминающее устройство, а также запрашивает данную информацию из запоминающего устройства по команде с персонального компьютера. Персональный компьютер через свой интерфейс связи обеспечивает взаимодействие между пользователем (оператором) и микроконтроллером, а также отображает информацию о контролируемых параметрах [14]. 2. Требования, предъявляемые к устройству Одним из важных факторов, влияющих на объем сохраняемых данных, является постоянная времени дифференцирования, которая характеризует длительность протекания переходного процесса. Как известно [15, 16], при дифференцировании входного импульса активная ширина его спектра ограничена граничной частотой Если неравенство [16] uRC < 0,25 выполняется при ш = 2п/гр, то оно будет обязательно выполнятся и при /< /гр. Это позволяет из активной ширины спектра сигнала определить требования к постоянной времени дифференцирующей цепи: uRC = 2nfrpRC = 0,25. (1) Для грубой оценки активной ширины спектра сигнала при = to можно использовать приближенное выражение: frp ~ Кс/іф, 105 А.В. Асадчий, А.И. Солдатов, О.Х. Ким, А.А. Солдатов где Кс = 0,2-0,4 для импульсов, у которых іф/іи и tjt^ < 0,2, Ц - длительность фронта, tc - длительность спада импульса, t и - длительность плоской вершины импульса. Тогда, подставив в (1) значениеfp, получим оценку для значения RC (при Кс « 0,4): RC _ 0,25^ф/ _о 1t KL _ / (2пКс)_0,11ф- Таким образом, постоянная времени дифференцирующей ЛС-цепи должна быть примерно в 10 раз меньше активной длительности фронта (спада) дифференцируемого импульса. Как известно, любой контролируемый сигнал имеет свою форму спектральной плотности, по которой можно определить требуемою частоту дискретизации, необходимую для его восстановления с заданной точностью. Рассмотрим сигнал в виде случайного переходного процесса и проведем анализ его спектральной плотности по аппроксимированной функции. Длительность спада импульса составляет іс (рис. 2). U(t), В i 4 В -Ps^ 1 0 Уч астоі < А 1 1 1 -1- I tc = 25 мс I г*-*4 b Рис. 2. Случайный переходный процесс (а) и его аппроксимированная функция (b) Fig. 2. Random transient (a) and approximated function (b) а Для упрощения анализа аппроксимированная функция построена только для участка, изменяющегося во времени, а именно участка А, остальные участки исключены. Аппроксимированная функция выражена через поинтервальное описание и имеет вид: s(t0) s(t) = J s(to) -~ •l' 1 e [0; lc.] 0, t e (-от; 0) U (tc; +от). Исходя из теоремы Котельникова, частоту дискретизации шд выбирают так, чтобы шд - 2юв, где шв- верхняя граничная частота спектра сигнала. 106 Рис. 3. Спектральная плотность сигнала S(t) Fig. 3. Spectral density of S(t) signal Оценка ресурсов ОЗУ при контроле технических объектов Верхнюю граничную частоту шв определяют, исходя из построения функции спектральной плотности по пороговому критерию. Выражение для спектральной плотности функции, изображенной на рис. 2, имеет вид: . *с 5(ш) = I S(t)e-i

Скачать электронную версию публикации