Всем доброго времени суток!

Уважаемые коллеги, срочно нужна ваша помощь.

Вот такая задача.
Разрабатывается датчик виброперемещения. Пьезокерамика выдает напряжение, пропорциональное виброускорению. Затем стоит аналоговый интегратор, получаем на выходе виброскорость. Затем будем ставить сигма-дельта АЦП и контроллер с ЦАП, на которых будет реализован цифровой интегратор. С выхода ЦАП есть желание снимать уровень виброперемещения онлайн. Диапазон частот устройства 0,5-320 Гц. Частоту дискретизации сделаем 820 Гц.
С ходу задача кажется не сложной - надо просто оцифрованные значения на каждом шаге умножать на некий коэффициент и прибавлять к переменной - аккумулятору, а с него уже подавать на ЦАП. Но как избежать возможного насыщения цифрового интегратора ? Надо ли обязательно использовать float для вычислений или достаточно будет int (32 бит) ?

Буду признателен за любые подсказки.

http://www.science-education.ru/107-8130

http://www.irbislab.ru/modules.php?name=Co...page&pid=18

..тут слова похожие, может поможет.

Интегрирование константы - линейно-расходящийся процесс, но шутка в том, что интегрирование центрированного случайного процесса, процесс тоже расходящийся.
Вот и думайте.

Видел я эти ссылки... Первая и правда интересная, но что-то последние формулы "итоговая система равенств (19)" ввели в легкий ступор из-за полной потери интегрирующего-суммирующего свойства. Или я чего-то не догоняю, или ошибка в формулах!



И я про то же! И как быть ?

а) Не подавать на вход интегратора процесс с постоянной составляющей? (у интегратора коэфф. передачи на 0 частоте бесконечен)

б) Использовать вместо интегратора ФНЧ? Например, экспоненциальное усреднение y_k = 0.9*y_k-1 + 0.1 * x_k . В этом случае для скоростей, близких к постоянным, ЦАП будет выдавать не перемещение, а нечто другое.

..в рамках дискуссии, не зная ответа я бы помоделировал в матлабе.

Да никак... Кого Вы хотите обмануть? Природу?
Вот у Вас уже есть операционный усилитель (первый интегратор), так поставьте второй и не заморачивайтесь.
Поставьте ключи. Тут нет никакого выхода, никакой магической формулы.

Так же, как и в аналоговом интеграторе. Сбрасывать периодически, или параллельно конденсатору присобачить резистор (в цифровом виде).

Что за ключи ? Не заморачиваться конечно даже нужно, но, к сожалению, в данном случае, решение принимаю не я, все равно придется городить второй интегратор в цифре.



Ну примерно так я и думал. То есть, если на входе интегратора появился 0 (а до этого мы что-то наинтегрировали и на ЦАП поступает не 0, а какое-то отличное от 0 значение), то постепенно значение на выходе интегратора должно прийти к 0 (виртуальная емкость должна рассосаться).



Я так понимаю, что формула y_k = 0.9*y_k-1 + 0.1 * x_k как раз и обеспечивает постепенный разряд виртуальной емкости цифрового интегратора ?
Кажется, здесь уже не важно, чтобы сумма коэффициентов была равно ровно 1 - это же не скользящее среднее ?
Например y_k = 0.999*y_k-1 + K * x_k, где K - некий коэффициент.

Сообщение отредактировал MSP430F - Jun 17 2014, 17:20

А чем цифровой интегратор лучше аналогового в данном случае? У Вас и тот и другой будет "ноль" неправильно интегрировать. Какой смысл оцифровывать АЦП, а потом цифру превращать обратно в аналог ЦАПом? Где мы тут выигрываем?
Ключами можно сбрасывать интегратор. Его конденсатор?
Вот я иногда специально ставлю аналоговый интегратор - его точность выше, чем дает 16-разрядный ЦАП. Примерно как у 20-разрядного.

Если серьезно, то для Ваших параметров можно примерно оценить динамику на выходе простейшего интегратора: для 0.5 Hz усиление будет ~32 dB. Для 320 - ~4.1 dB. считал по формуле 10*log10(abs(1/(1-exp(-j*f/F_sam)))) . Т.е. на минимальной частоте стоит добавить 11 разрядов к динамике входного сигнала.



угу. соответствует простейшей RC цепочке

K будет определять коэффиент передачи фильтра на нулевой частоте (просто некоторое усиление). При k=0.001 оно будет рано 1.

Сообщение отредактировал andyp - Jun 17 2014, 17:58

Мы считали немного не так. Соотношение частот = 320 / 0,5 = 640. Значит отношение коэффициентов усиления на 0,5 и 320 Гц также 640. 640 - это скорее 10 бит (точнее 9,3), но не 11.
Потому и ставим сигма-дельта 24-разрядный АЦП. Надеемся, разрядности хватит, хотя, понятно, что 23 с чем-то разряда получают только в лаборатории AD на их же специальных стендах.

На 320 интегратор все еще будет разгонять сигнал. Это еще один разряд (ну или делить (сдвигать) выход)

PS тоже думаю, что ~140 dB динамики на выходе в аналоге вы не увидите.

PPS Если боитесь, что на вход инегратора будет попадать постоянная составляющая (например инструментальная погрешность измерителя скорости и тп), то поставьте на входе простенькую схемку коррекции постоянки - оценка постоянки на скользящем среднем и вычитание оценки из сигнала.

Сообщение отредактировал andyp - Jun 17 2014, 18:44

Вот такой еще вопрос.
Пишут, что одним из оптимальных методом интегрирования является метод трапеций:
Yn+1 = Yn + 1/2(Xn+1 + Xn). Но в чем тут смысл ? В следующей итерации оставшаяся половина от Xn+1 также будет просуммирована.
Тогда в чем разница от метода прямоугольников, чтобы не написать просто Yn+1 = Yn + Xn+1 ?

Или все дело в частотах и метод трапеций начинает работать при частотах входного сигнала, сопоставимых с частотой Найквиста ?

Уберите аналоговый интегратор, оцифруйте сигнал виброускорения.
Делайте FFT и все дальнейшие вычисления виброскорости и виброперемещения делайте в частотной области. Интегрировать сигнал в частотной области удобнее. Вычисления не сложные.
Лет 5ть назад делал подобное. Все работало.