Цифровой интегратор. Реализация на микроконтроллере., Как сделать интегратор в цифре и избежать насыщения ? Опции

[MSP430F]

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.

[andyp]

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.

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.

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 ?

угу. соответствует простейшей RC цепочке

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.

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

[MSP430F]

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.

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.

[andyp]

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

[Petrovich]

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.