Технические науки/6. Электротехника и радиоэлектроника

К.т.н. Набиев Н.К., Бейсембин Е.Б., Рсалиев Р.Т.

Северо-Казахстанский государственный университет, Казахстан

LabVIEW графикалық бағдарламалау ортасын виртуалды эксперименттерді автоматтандыру үшін қолдану

Литература:

1. Ю. Евдокимов, В. Линдваль, Г. Щербаков. LabVIEW для радиоинженера. От виртуальной модели до реального прибора. –М.: ДМК, 2007. –400с.

Қазіргі таңдағы қолданбалы программалық қамтамасыздандырудың өңдеу құралдары тәжірибелі бағдарламашыларға да бағдарламалауда тәжірибесі жоқ қолданушыларға да құралдардың көптеген түрін таңдауға мүмкіндік береді. Бұл құралдар қолданушылық бағдарламаларды тікелей үйреншікті бағдарламалау тілдерінде, мысалы C/C++, сонымен бірге аспапты бағдарламалық құралдар қатарының негiзі болып табылатын мамандандырылған кiтапханалар көмегiмен жасалады.

Графикалық пакеттер кәсіпқой бағдарламашылармен ғана емес, бағдарламалауда тәжірибесі жоқ қоолданушылармен де оңай игеріледі. Біріншіден, қазіргі графикалық жүйелер тиімділігі жағынан мәтіндік пакеттердегі жазылған бағдарламалардан кем түспейтін бағдарламаларды жасауға мүмкіндік береді. Екіншіден, көпшілік жағдайларда графикалық бағдарламалар көрнекірек, оңай жаңартылады және бапталады, тезірек өңделеді. Графикалық жүйелердің ең басты артықшылығы болып табылатыны – ол қосымшаны өңдеушісі – есептің қоюшысы – инженер, технолог бола алады.

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) өлшеуші және басқарушы аппаратурамен байланыс, ақпарат пен есептулердің нәтижелерін жинау, өңдеу және көрсету, және бөлек объектілерден бастап автоматтандырылған жүйелерді жалпы алып модельдеуге арналған қолданбалы бағдарламалық қамтамасыздандыруды құрастыруға мүмкіндік береді.

Бағдарламалары мәтін жолдары түрінде құрастырылатын С, Pascal және т.б. мәтіндік тілдерден бұл бағдарламаның айырмашылығы – LabVIEW-да бағдарламалар блок-сұлбалар тәрізді графикалық диаграммалар түрінде жасалады.

М.Қозыбаев атындағы СҚМУ-нің энергетика және машина жасау факультетінде лабороторлық практикумды жаңарту процесі жүріп жатыр. Оқытушылар коллективі мен студенттердің біріккен күштерімен радиоэлектроника және телекомуникация кафедрасының түрлі пәндері бойынша ғылыми зерттеулерді және лабороторлық практикумдарды автоматизациялауға арналған есептер қатарының жобалары дайындалған. Операциялық күшейткіш негізіндегі схеманы зерттеуге арналған шынайы-виртуалды құрылғыны қолдана отырып жасалған шынайы тәжірибе өткізуге арналған тәжірибелік оқыту стенді бұған практикалық қолданыс мысалы ретінде бола алады.

Операциялық күшейткіш (ОК) – бұл қазіргі кездегі барлық электрондық құралдардың негізі. Қолданудағы икемділік, тұрақтылық және коптеген функцияларды орындау мүмкіндігі ОК-ті аналогтік сұлбаларды құруға арналған мінсіз құрал ретінде корсетеді. ОК-тер қосу, алу, көбейту, интеграциялау, дифференциалдау және т.б. операцияларын орындауға арналған сұлбаларды жасаумен айналысатын аналогтік есептеулер ғылыми облысының дамуына орай эволюцияға ұшырады. Мұндай сұлбалар көптеген техникалық есептеулерде кездесетін дифференциалды теңдеулерді шешу үшін қажет.

Жиі операциялық күшейткіш (ОК) ретінде үлкен күшейту коэфиценті және биполярлы шығысы бар дифференциалды күшейткіш түсініледі. ОК-тің беріліс мінездемесінің көрсетуі бойынша шығыс кернеуі V_out келесі формуламен анықталады:

V_out = –A (V_– – V₊ ) = – A (∆V),

мұндағы А – кері байланыстың үзілген тұзағы бар ОК күшейту коэфиценті (КК),

V_– – аударатын кірістегі кіріс кернеуі,

V₊ – аудармайтын кірістегі кіріс кернеуі.

КК-ның алдындағы теріс белгі шығыс сигналын аударады. КК шығыс кернеуінің дифференциалды кіріс кернеу ∆V амплитудаларының қатынасы ретінде анықталуы мүмкін. Тәжірибе кезінде КК 10⁴-нен 10⁶-не дейін өзгеруі мүмкін. Сондықтан күшті шығыс сигналын алу үшін өте әлсіз кіріс сигналы жеткілікті болып табылады. Мысалы, егер КК 10⁶-не тең болса, операциялық күшейткіштің кірісіндегі 5 мкВ кернеуі шығысында 5 В-ке алып келеді. ОК-тің көп бөлігі биполярлы болып табылады. Бұл – шығыс сигналы теріс те, оң да болуы мүмкін. Бұдан шығатыны – ОК жұмыс істеуі үшін оған әртүрлі полярлы қоректендіру кернеуін қосу қажет. Мысалы, +15 және -15. ОК-тің шығыс кернеуі қоректендіру кернеуінен асуы мүмкін емес болып табылады. Әдетте номиналды шығыс кернеу Vmax қоректендіру кернеуінен 1 В-ке кем болады. Бұл шекті жиі шектеудің оң немесе теріс кернеуі деп атайды. 1-ші суретте операциялық күшейткіштердің жұмысын зерттеу үшін арналған виртуалды аспап көрсетілген.

Сурет 1 – ОК негізіндегі КБ контурысыз сұлбасы

Операциялық күшейткіштің беріліс мінездемесін айқынырақ елестету үшін шығыс кернеудің дифференциалды кіріс кернеуіне тәуелділігін (2-шi сурет) құру кажет. Тағы бiр айырамшылық – берiлiс мiнездеменiң динамикалық бейнесi үшiн қолданылатын X-Y графигінің пайда болуы.

Сурет 2 – ОК-тің КБ-сыз беріліс мінездемесі

3-ші суретте ОК негiзде сумматордың сұлбасының зерттеуi бойынша шынайы-виртуалды қондырғыны қолдануымен шынайы тәжiрибенiң iске асырылуы көрсетілген. Мұндағы мақсат – екi тәуелсiз кiретін сигналдарды жинақтайтын ОК негiзіндегі сұлбаның құрастырылуы болып табылады.

Сурет 3 – ОК базасында сумматор сұлбасының компоненттерiнiң орналастырылуы

Модельді тәжiрибенiң шынайы тәжірибеден айырмашылығы – модельді тәжірибеде әртүрлі себептерге байланысты шынайы объетілермен жұмыс кезінде рұқсат етілмейтін, мүмкін емес және авариялық жағдайлар іске асырылуы мүмкін болып табылады. Барлық көрсетілген модельдеу түрлері LabVIEW бағдарламалау жүйесін колдану арқылы іске асыру мүмкін болып табылады. LabVIEW бiлiм беру және ғылыми мақсаттарда, өнеркәсіптік автоматтандыруда, қандай болмасын параметрлерін тестілеумен, олардың анализімен, нәтижелерді визуализациялауға, деректер қорын жасаумен, компъютер желiлерiнiң қолданылуымен байланысты жобалық және коммерциялық құрылымдарда қолданыла алады.

Осылайша, виртуалды өлшегіш аспаптарға негізделген виртуалды тәжірибені автоматтандыру, визуалды бағдарламалау ортасын, өзіндік техникалық модельдеу нәтижелері, электрондық түрде фиксациялау, нәтижесінде электронды білім беру ресурстарын құруға мүмкіндік береді. Электронды білім беру ресурстарын оқу процесінде қайтадан немесе жүйелі түрде қолдану онық тиімділігін, түрлі оқыту технологияларына бейімделуін арттырады.