Электротехника

Рассмотрены причины возникновения систематических погрешностей информационно-измерительной системы измерений биений вала на базе датчика с бегущим магнитным полем. Для анализа причин возникновения погрешностей использована компьютерная модель, разработанная авторами с использованием среды MatLAB. Приведены результаты исследований погрешности реальной информационно-измерительной системы.

Приведены исследования характера переходных процессов при управлении инерционными объектами с запаздыванием. Экспериментально определены параметры переходных процессов и степень их влияния на величину инерционного роста регулируемой величины при воздействии на объект одиночным импульсным сигналом. Предложена зависимость для определения величины инерционного роста от выявленных параметров.

Рассматривается актуальная задача многовариантной совместной оптимизации выбора мощностей передатчиков и частотно-территориального планирования на местных и технологических сетях радиосвязи со звездообразной топологией и повторным использованием частот. Впервые разработано математическое и программное обеспечение для решения указанной задачи оптимизации. Для оценки эффективности оптимизации проведены результаты обширных вычислительных экспериментов с использованием разнообразных моделей сетей с топологией "звезда".

Предлагается применение метода цифрового спектрального оценивания Прони для уменьшения времени измерения параметров комплексного сопротивления высокоомных электрических цепей устройствами на основе измерительных схем с коммутируемыми опорными элементами.

Описывается новый метод осуществления метрологического самоконтроля в интеллектуальном акустическом пьезоэлектрическом датчике, а также технических средств, автоматически реализующих этот метод. Представлены результаты практических исследований, которые подтверждают возможность реализации описанного метода, а также применение его для мониторинга сложных объектов.

Синтезированы математические модели нелинейных элементов преобразователей "угол-параметр-код" с учетом параметров, влияющих на точность. Показана взаимосвязь моделей и установлены аналитические зависимости между точностными характеристиками для удобства их анализа и учета. Обоснована целесообразность использования имитаторов сигналов синусно-косинусного вращающегося трансформатора при анализе данных о точностных и функциональных возможностях аналого-цифровых преобразователей сигналов вращающегося трансформатора. Синтезированы алгоритмы анализа данных о точностных характеристиках аналого-цифровых преобразователей сигналов вращающегося трансформатора.

Интеллектуальные системы контроля показателей качества электроэнергии стартовых комплексов требуют использования высокоточных средств измерения. В работе проводится анализ ряда известных способов повышения точности аналого-цифрового преобразователя сигма-дельта архитектуры, а также рассматриваются предложенные авторами способы повышения точности данного типа аналого-цифрового преобразователя в составе средств измерения наземных комплексов и бортового оборудования.

Проведен анализ прецизионных аналого-цифровых преобразователей, показаны основные достоинства, недостатки и проблемы их использования. Обоснован комплексный подход к разработке, который позволяет получать эффективные решения задачи синтеза прецизионных аналого-цифровых преобразователей для информационно-измерительных систем ракетно-космической техники.

Рассмотрен процесс распространения света в многомодовом оптическом волноводе, который используется в волоконно-оптическом датчике давления. Рассмотрены уравнения Максвелла для упрощенной геометрии изгиба оптического волокна. Использованы методы статистического моделирования, например метод Монте-Карло, для расчета множества траекторий, опираясь на решение чисто геометрических задач нахождения точек пересечения и использования условий Френеля в случае рефрагирующей точки отражения или условия отражения от поверхности с двумя радиусами кривизны в случае туннелирующей точки отражения. Результат работы позволит эффективно спроектировать и смоделировать чувствительный элемент датчика.

Проектирование преобразовательных устройств (в частности, сварочных инверторов) связано с необходимостью выполнения требований по их электромагнитной совмести. Для решения этой задачи необходимо оценить спектральный состав фидерных токов преобразователя. На примере сварочного инвертора переменного тока частоты 30 кГц показан способ осуществления такой оценки путем компьютерного моделирования процессов в схеме. Достоверность полученной картины спектра выходного тока инвертора подтверждена результатами испытаний физического образца. Приведены зависимости, отражающие связь спектральной мощности и ширины спектра со скважностью импульсов тока. Показано, что в момент обрыва электрической дуги в спектре на частоте около 5 МГц появляются новые составляющие значительной амплитуды.

Описан принцип построения электромагнитной системы двухкоординатного датчика для измерения величины и направления смещения вала. Получены математические зависимости индуктивностей обмоток двухкоординатного датчика.

Рассматриваются способы анализа и построения модели джиттера с использованием метода сингулярно-спектрального анализа ("Гусеница").

Предлагается алгоритм поиска экстремума статической характеристики инерционного объекта по текущим измеренным значениям его входного и выходного сигналов с использованием рекуррентной процедуры метода наименьших квадратов, в результате которой оценивается коэффициент передачи объекта, а затем с использованием прямых методов поиска нуля функции находится его нулевое значение.

Описывается методика проектирования [сигма][дельта]-модуляторов высоких порядков, основанная на аналитическом определении области значений коэффициентов обратной связи модуляторов для обеспечения устойчивого режима работы, расчета их значений с учетом допусковых значений и критерия минимума среднеквадратического отклонения шума квантования. Приводится пример проектирования [сигма][дельта]-модулятора третьего класса.

Рассматривается алгоритм выделения пауз в речевом сигнале. Разработанный алгоритм основан на использовании теории активного восприятия, адаптированной к анализу речевых сигналов. Результаты проведенных экспериментов подтверждают возможность использования предложенного алгоритма для решения поставленной задачи.

Рассмотрены вопросы аппроксимации сигналов и функций сложной формы по экстремумам на основе разложения на знакопеременные составляющие. Показано, что на основе аппроксимации "колокольными импульсами" могут быть определены спектральные, времячастотные и другие характеристики сигналов, что является основой ее применения в технических системах.

Разработана информационно-измерительная система мониторинга качества электрической энергии. Система позволяет как измерять, так и корректировать коэффициенты гармонических искажений по току и напряжению.

Описана цифровая система фазовой синхронизации с равномерной дискретизацией и аналогово-цифровым преобразованием до петли фазовой автоподстройки. На основе метода D-разбиения определены области асимптотической устойчивости рассматриваемой системы третьего порядка. Выявлены области значений параметров k[1], k[2], k[3], при которых все корни характеристического уравнения линейного приближения рассматриваемой дискретной нелинейной системы на комплексной плоскости находятся внутри единичной окружности.

Предложены декомпозиционные математические модели резонансного вентиля и циркулятора на магнитных нанокомпозитах. Математические модели построены при помощи автономных блоков в виде прямоугольных параллелепипедов с диэлектрическими наносферами и магнитными частицами (строгая модель) и эффективных значений компонентов тензора магнитной и скаляра диэлектрической проницаемостей (упрощенная модель). Наблюдается хорошее совпадение результатов моделирования, полученных при помощи строгой и упрощенной моделей.

Предложен универсальный способ реализации компенсатора типовыми звеньями промышленных контроллеров за счет их последовательного соединения. Рассмотрено влияние вида передаточной функции возмущающего воздействия на переходный процесс.

Изучено влияние нагрузки на гармонический состав тока и напряжения в основной сети электроснабжения. Выявлены источники, которые вызывают искажение кривых тока и напряжения, и получены соответствующие гармонические спектры.

Предложен метод расчета операционных усилителей на основе использования топологических графов, что позволяет резко сократить объем вычислений за счет перехода от принципиальных электрических схем узлов средств измерений непосредственно к графам и к функциям преобразования.

На основе теории непрерывно-дискретных систем предложена методика синтеза [сигма][дельта]-АЦП с многоуровневым ЦАП на основе широтно-импульсного модулятора, отличающихся высокой линейностью преобразования. Приведены результаты имитационного моделирования.

Предлагается методика применения параметрического спектрального анализа, в основе которой лежит рекуррентная процедура метода наименьших квадратов. В основе рекуррентного метода предложено применить расчетные параметры средства измерений, что сокращает объем вычислений.

Проведено исследование погрешностей селектора октантов, входящего в структуру АЦП сигналов синусно-косинусного вращающегося трансформатора. Изложены основные принципы и особенности работы селектора октантов. Получены и представлены аналитические зависимости погрешностей. Даны рекомендации по использованию данных зависимостей при метрологическом обеспечении производства. Предложен способ повышения точности работы селектора октантов.

Приводится расчет магнитной силы в воздушном зазоре электрической машины любого типа на основе введения понятия эквивалентного тока.

Разработана новая конструкция волоконно-оптического датчика давления на туннельном эффекте, технологический процесс сборки которого упрощен в сравнении с базовой конструкцией, в два раза уменьшены габаритные размеры.

На основе теории непрерывно-дискретных систем предложена методика синтеза [сигма][дельта]-модулятора с многоуровневым ЦАП на основе широтно-импульсного модулятора, отличающегося высокой линейностью преобразования и низким уровнем флуктуационного шума. Приведены результаты имитационного моделирования.

Проведены исследования радиофизических характеристик образцов Ni-Zn-ферритовых радиопоглощающих материалов, полученных по различным технологическим режимам. Установлено влияние микроструктуры на радиофизические характеристики испытуемых материалов.

Рассматривается метод определения длительности переходного процесса в [сигма][дельта]-АЦП с [дельта]-модулятором высокого порядка, находящимся в режиме хаотических колебаний. Приводятся математические модели, уравнения для расчета переходных процессов, результаты исследования и рекомендации по выбору оптимальных параметров структуры.

Рассмотрены тензопреобразователи давления на основе керамики и полупроводникового чувствительного элемента со структурой кремний на сапфире. Проведены исследования нелинейности и вариации выходного сигнала, температурного дрейфа керамических преобразователей с использованием различных видов керамики. Температурная погрешность керамических тензопреобразователей оказалась существенно ниже, чем у серийно выпускаемых преобразователей давления, а точности керамических и серийно выпускаемых тензопреобразователей сравнимы.

Приводится описание автоматизированной системы аппроксимативного корреляционно-спектрального анализа случайных процессов, с помощью которой осуществляется моделирование случайных процессов с заданным видом корреляционной функции, аппроксимация корреляционных функций и спектральных плотностей мощности ортогональными функциями Бесселя, оценка по параметрам модели обобщенных корреляционно-спектральных характеристик.

Описывается метод синтеза многофазных автономных инверторов напряжения на основе использования генетических алгоритмов. Задача синтеза решалась по критерию минимума коэффициента несинусоидальности выходного напряжения автономных инверторов напряжения со ступенчатой модуляцией. Целью работы является автоматизация процесса поиска новых схемных решений в данном классе преобразовательных устройств.

Рассмотрены основные теоретические проблемы анализа и синтеза интегрирующих измерительных преобразователей гетерогенной структуры, относящихся к нелинейным разомкнутым и замкнутым импульсным системам. Анализируется возможность применения теории непрерывно-дискретных систем для синтеза измерительных преобразователей неоднородной структуры.

Приводится описание декомпозиционного джоульметрического метода с воздействием разнополярными импульсами тока различной амплитуды на объект исследования и его применение для контроля состояния биологических объектов. Рассматриваются принципы построения джоульметрических информационно-измерительных систем и дается описание джоульметрического комплекса, применяемого для оценки состояния биологических тканей и жидкостей человека.

На основе анализа механизма возникновения погрешности от краевых эффектов в интегрирующих АЦП проведена систематизация структурно-алгоритмических методов ее снижения. Предложены методы ее полной компенсации путем введения поправок в цифровом, аналоговом и аналого-цифровом виде. Рассмотрены варианты схемной реализации интегрирующих АЦП, свободных от погрешности от краевых эффектов.

Обоснована целесообразность создания многофункциональных аппаратно-программных комплексов для формирования и измерения параметров импульсных сигналов, сформулированы принципы их построения. Рассмотрены способы создания моделей сигналов для математического и схемотехнического моделирования измерительных электрических цепей.

На основе теории непрерывно-дискретных систем предложен метод синтеза цифровых акселерометров с неоднородной природой физических величин. Проводится моделирование и исследование синтезированных структур с использованием системы Matlab.

Рассматриваются новые методы и средства раздельного определения параметров двухполюсных электрических цепей по мгновенным значениям переходных процессов, обеспечивающие сокращение времени измерения. Приводятся результаты анализа влияния погрешности квантования мгновенных значений сигналов на погрешность измерения параметров.

Рассмотрены проблемы, возникающие при получении ЭМГ-сигналов с поверхности кожи для биоэлектрического управления протезами, а также возможные пути их решения. Проведен анализ конструкций поверхностных электродов, рассмотрены их преимущества и недостатки, предложена оптимальная конструкция электрода. Рассмотрены теоретические аспекты построения усилителей биоэлектрических сигналов, особенности их практической реализации с учетом особенностей получения ЭМГ-сигнала. Предложен вариант реализации концепции "активного электрода".

Предложены математические модели амплитудных и амплитудно-частотных характеристик вакуумного емкостного делителя высоких высокочастотных напряжений. Теоретически обосновывается правомочность применения разрабатываемого алгоритма к измерениям динамических характеристик ДН высоких высокочастотных напряжений.

Проанализированы перспективы развития интегрирующих аналого-цифровых преобразователей, реализующих единичные и ступенчатые весовые функции.

Традиционная практика системного подхода дополняется подходом к решению задач, связанных с описанием и анализом связности элементов, идентификацией структур и подструктур, синтезом оптимальных структур, идентификацией режимов функционирования подсистем и системы в целом.

Рассматриваются промышленные и аэрокосмические приложения системных методологий, теорий идентификации систем и управления, исходя из единой концепции проектирования сложных технических систем: авиакосмические тренажеры для подготовки операторов, разработка и управление качеством материалов специального назначения, анализ экологической опасности от деятельности объектов по хранению и уничтожению химического оружия.

Рассматриваются вопросы измерения частоты сетевого напряжения по трем мгновенным значениям при наличии высших гармоник. Построена модель измерения частоты сетевого напряжения в системе MathLab. Сделаны выводы о возможности применения метода на практике.

Приводится описание разработанного интегрирующего АЦП на основе преобразователя напряжения в интервал времени с предварительной интегрально-импульсной модуляцией. В нем реализованы основные принципы ? -АЦП: передискретизация, шейпинг шума квантования, цифровая фильтрация и децимация. С целью снижения требований к этим процедурам проводится предварительная минимизация погрешности от краевых эффектов. Приводятся результаты экспериментального анализа влияния сетевой помехи на точность преобразования при реализации различных цифровых фильтров.

Предложена методика адаптивной идентификации позиционных систем автоматизированного управления по автоколебаниям технологических параметров. На примере объекта первого порядка произведены аналитический расчет и имитационное моделирование, показывающее эффективность методики.

Рассмотрены оригинальные конструкции весоизмерительных устройств на основе кольцевого упругого элемента переменного сечения и вторичного струнного датчика. Проведены исследования статических и динамических характеристик разработанных устройств. Показано, что предлагаемые устройства имеют высокую чувствительность и точность измерения.

Предлагается систематизировать способы измерения комплексного сопротивления по используемому методу решения обобщенного уравнения мостовой цепи. Выявлены способы измерений, перспективные для применения в процессорных средствах измерений комплексного сопротивления. Описаны оригинальные устройства для измерения составляющих комплексного сопротивления.

Представлены результаты исследования влияния отжига в воздушной среде на свойства пленок и параметры структур на их основе. Показано, что отжиг приводит к рекристаллизации структуры резистивных пленок, вызывающей изменение свойств, морфологии поверхности пленок и стабилизацию выходных параметров резистивных структур. Разработана физико-математическая модель управления выходными параметрами резистивных структур за счет выбора режимов конденсации и отжига.