Симметрирование

Фазочастотная характеристика имеет постоянный угол отставания в 90⁰ :

При этом ошибки, возникающие в процессе измерения, можно представить слайдом 29. Величина потерь информации, ∆_2и, здесь пропорциональна площади, S_и(iT_C) и относится классу инструментальных (в основном – это качество изготовления микросхем). Величина потерь информации, ∆_2M, между соседними измерениями пропорциональна площади, S_M(iT_S) и относится классу методических погрешностей. Она то и вносит наибольший вклад в общую погрешность измерения: ∆₂ = ∆_2и + ∆_2M .

Таким образом, измерительную информацию можно представить в виде последовательности прямоугольных импульсов:

При этом истинное значение измеряемой величины, имеет вид цифровой последовательности:

где: текущее значение инструментальной составляющей погрешности цифровой обработки информации; X_и(iT_S) – текущее значение измеряемой величины на выходе АЦП.

Массив измеренной информации, длинной N, обозначим как последовательность текущих измеренных значений измеряемой величины: . И тогда, модель процесса измерения запишется в виде последовательности прямоугольных импульсов:

.

Слайд 29. Физический смысл процедуры измерения (модель отбора)

С текущим значением инструментальной составляющей погрешности цифровой обработки информации, , бороться программными методами невозможно, так как она полностью определяется величиной случайной фазы (см. слайд 30).

Под случайной фазой процесса измерения будем понимать нестационарную случайную величину, , наступления события открывания модуля ввода аналоговой информации для процесса измерения. Тогда, цифровая последовательность истинного значения измеряемой величины примет вид:

Слайд 30. К понятию случайной фазы процесса измерения

Для создания условий стационарности и эргодичности последовательности текущих значений измеряемой величины необходимо и достаточно, чтобы закон распределения, f(e) имел вид:

Тогда, модель отбора измеренных значений из нестационарного случайного процесса будет иметь вид:

,

где e – случайная фаза.

Восстановление аналогового сигнала по цифровым значениям, хранящимся в памяти ЭВМ - это пожалуй самая основная, причина больших потерь информации. Это связано с тем, что восстанавливающий элемент, с помощью которого осуществляется восстановление функции из дискретной последовательности отсчетов, относится к классу физически нереализуемых линейных динамических операторов.

В промышленных измерительных и управляющих системах восстанавливающий элемент – это модуль УСО для вывода аналоговой информации (регистраторы, дисплей компьютера), динамические характеристики которого целесообразно описывать восстанавливающим элементом нулевого порядка.

Из Слайда 31 видно, что равенство спектров нарушается [7] даже в случае ограниченного спектра исходного сигнал и в восстановленном сигнале появляется составляющая систематической методической динамической погрешности процесса восстановления непрерывного сигнала из дискретных значений измеряемой величины, ∆_2M .

Передаточная функция модуля УСО для вывода аналоговой информации (ЦАП) имеет вид:

,

а, следовательно, амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики модуля вывода аналоговой информации (МВВА) имеют тот же внешний вид, как и характеристики модуля ввода аналоговой информации (МВА) (см. слайд 26). Отличие только в настроечных коэффициентах модулей.

И, тогда, детерминированная стационарная последовательность прямоугольных импульсов регистратора (МВВА) (см. слайд 29) имеет вид:

Массив хранимой информации, длинной N, запишется как:

где: ∆₂ (iT_S) – текущее значение погрешности измерения истинного значения измеряемой величины, X(t).

Следует обратить внимание (см. слайд 31), что инструментальная составляющая ошибки цифровой обработки, ∆_2и , практически не изменилась, а вот методическая составляющая цифровой обработки информации, ∆_2M , стала на много меньше. То есть потери информации на много сократились.

Таким образом, регистраторы (МВВА) являются программируемыми фильтрами измерительной информации (см. слайд 32). Следовательно, с этими потерями информации можно бороться программными методами. Использование фильтрующей способности цифровой обработки информации широко используется в информационно-измерительных подсистемах робастных систем.

Слайд 31. Восстановленный спектр, как результат работы вторичного прибора

Слайд 32 Фильтрующая способность цифровой обработки информации

Итак, если за модельмодуля УСО для вывода аналоговой информации взять весовую функцию в виде прямоугольного импульса:

То, последовательность измеренных и восстановленных значений случайного процесса будет иметь вид непрерывной, кусочно-линейной зависимости (см. слайд 33).

Слайд 33. Восстановленные (ступенька), измеренные значения(пунктир) и истинные значения измеряемой величины (штрих пунктир)

Анализ цифровых последовательностей в робастной системе управления показывает, что свойства показаний программно-аппаратного измерительного канала зависят только от свойств элементов измерительного канала.

Таким образом, только функция отбора

обеспечивает стационарность в широком смысле случайной последовательности, получаемой из исходного непрерывного стационарного случайного сигнала, каковым является любой измеряемый параметр объекта управления.

Симметрирование

Симметрирование выполняют в три этапа: внутри шагов симметрирования; при соединении шагов и на смонтированном усилительном участке.

Симметрирование внутри шагов (первый этап) можно выполнять в одной, трех и семи точках, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга и от концов шага симметрирования (рисунок 9.11). Муфты, в которых выполняют симметрирование скрещиванием и конденсаторами, называются конденсаторными. Муфты, в которых симметрирование не выполняют и жилы соединяют напрямую, называют прямыми муфтами и обозначают кружочком (рисунок 9.11).

При одноточечной схеме сначала монтируют прямые муфты, а затем конденсаторную (К). В случае трехточечной схемы вначале монтируют прямые муфты, затем симметрирующие и только потом конденсаторные. При симметрировании по семиточечной схеме сначала монтируют симметрирующие муфты А, затем Б и последней – конденсаторную муфту К.

Рисунок 9.11 – Симметрирование НЧ цепей

Кабели ВЧ имеют большое затухание. Поэтому при скрещивании цепей на длине усилительного участка и включении симметрирующих контуров на расстоянии от конца этого участка, соответствующем по затуханию примерно 10 дБ, на верхних частотах диапазона влияние на ближнем конце практически изменяться не будет.

Симметрирование на дальнем конце усилительного участка выполняют в два этапа: на первом – систематическое скрещивание первой цепи четверки при соединении строительных длин кабеля (оператор соединения в муфте жил кабеля х..); на втором – скрещивание цепей в одной, двух или трех точках (муфтах) (рисунок 9.12) с подбором опытным путем наилучшего сочетания операторов скрещивания по результатам измерений защищенности цепей на дальнем конце усилительного участка. Эффективность двухэтапного скрещивания ВЧ-цепей зависит от значений так называемого параметра симметрируемости внутричетверочных комбинаций влияния для строительной длины кабеля. Этот параметр определяется минимальным значением А_l, которого можно достигнуть при компенсации непосредственных влияний. Эффективность двухэтапного скрещивания также зависит от диапазона частот и длины усилительного участка.

Рисунок 9.12 – Симметрирование ВЧ цепей

Под наилучшим сочетанием операторов скрещивания при трехточечной или двухточечной схемах симметрирования понимают такое, при котором достигается требуемая норма по защищенности А_зl во всем диапазоне частот. Если этого достигнуть невозможно, то выбранные операторы скрещивания должны в первую очередь уничтожить эффект перестановки для возможности использования симметрирования с применением контуров противосвязи. В последнем случае симметрирование ВЧ-цепей получается трехэтапным.

Кроме рассмотренных методов уменьшения взаимных влияний между ВЧ-цепями, в отдельных случаях могут потребоваться и другие (дополнительные) меры, например, по уменьшению влияний с выхода промежуточного усилителя (регенератора) на его вход в комбинированных ж.д. кабелях связи и компенсационных метод ослабления взаимных влияний на участках между соседними обслуживаемыми усилительными пунктами (ОУП-ОУП). Этот метод служит для обеспечения помехозащищенности от взаимных влияний при организации связи по кабелю, предназначенному согласно техническим условиям для работы в более узком диапазоне частот, чем этого требует применяемая аппаратура.

Влияние с выхода промежуточного усилителя на его вход необходи­мо учитывать на кабельных линиях при наличии низкочастотных це­пей, проходящих без разрыва через высокочастотный усилительный пункт (УП). В этом случае имеют место указанные влияния через тре­тьи низкочастотные цепи (рисунок 9.13).Устранение этих влияний может быть обеспечено благодаря переходу ВЧ-цепей из одного кабеля в дру­гой в каждом усилительном пункте (рисунок 9.14).Влияния с выхода на вход ВЧ-усилителей через третьи двухпроводные цепи могут быть уменьшены включением в последние низкочастотных фильтров.

Рисунок 9.13 – Влияние через третьи цепи

Рисунок 9.14 – Переход ВЧ-кабелей

Для уменьшения этих влияний на воздушных линиях вводы в уси­лительные пункты устраивают в разных кабелях. Для уменьшения вли­яния через земляной тракт во все цепи на входе и выходе в усилитель­ные пункты включают запирающие катушки (ЗК) (рисунок 9.15).Каждую полуобмотку катушки ЗК включают в один из проводов двухпроводной цепи. В результате магнитные поля токов земляного тракта (имеющих одинаковое направление) складываются, что увеличивает индуктивное сопротивление цепи «провод—земля». Магнитные поля токов, имеющих разные направления в проводах двухпроводной цепи, взаимно компен­сируются, и затухание, вносимое запирающей катушкой для передавае­мых сигналов, невелико. При вводе в оконечные пункты запирающие катушки включаются только в уплотненные цепи.

Рисунок 9.15 – Запирающие катушки

Сущность симметрирования скрещиванием жил заключается в компенсации электромагнитных связей между цепями на одном участке кабельной линии связями другого участка.Компенсация объясняется тем, что при скрещивании связи изменяют свой знак.

При симметрировании конденсаторным методом последние устанавливают в промежуточной муфте, соединяющей два участка кабельной линии, и включают между жилами цепей.

Концентрированное симметрирование контурами противосвязи заключается в том, что токи помех, вызываемые электромагнитными связями между цепями, компенсируются токами влияния противоположной фазы, создаваемыми с помощью контуров, включенных между жилами цепей.