CC BY
16
10. Matviykiv T.M. Use of influence diagrams for decision support in drilling automation / T.M. Matviykiv, V.M. Teslyuk // Journal of Global Research in Computer Science (JGRCS). - India, 2013. -Vol. 4, No. 4 (April). - Pp. 1-7.
11. Teslyuk V. Computer Modeling of Drill String Washout / V. Teslyuk, T. Matviykiv, A. Struk // Proc. of the X Intern. Conf. on The Experience of Designing and Application of CAD Systems in Microelectronics (CADSM'2009). - Lviv-Polyana, Ukraine, 2009. - Pp. 51-52.
Надклано до редакщ! 24.02.2016 р.
Матвийкив Т.М., Теслюк В.Н. Система поддержки принятия решений по устранению ударов и вибраций при глубинно-наклонном бурении
Разработана архитектура и структура системы поддержки принятия решений по устранению ударов и вибраций в процессе глубинно-наклонного бурения. Разработан алгоритм функционирования системы и информационное обеспечение, которое включает базу данных реального времени, базу моделей и правил, а также базу знаний экспертов. В процессе реализации системы база знаний экспертов базируется на моделях на основании сетей Байеса. Разработанный программный продукт, в режиме советчика, пригодный для промышленного использования при бурении наклонно-направленных скважин с помощью современных MWD-, LWD-, RSS-систем.
Ключевые слова: СППР, глубинно-наклонное бурение, удары и вибрации, база данных, база знаний.
Matviykiv T.M., Teslyuk V.M. Decision Support System for Shocks and Vibrations Mitigation in Directional Drilling
The development of decision-support system (DSS) for shocks and vibration mitigation in downhole directional drilling is described. System architecture, operation algorithm and schematic diagram design are specified. The DSS incorporates real-time databases, rule-based and expert knowledge databases. During the design process, we use Bayesian Networks modelling for expert knowledge implementation. The proposed system works in an advisor mode. It can be used in downhole directional drilling of oilfield wells with modern MWD-, LWD-, RSS-systems.
Keywords: DSS, downhole directional drilling, shocks and vibrations, database, knowledge base.
УДК 004.31
МЕТОД МУЛЬТИБАЗИСНОГО АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА ХААРА-КРЕСТЕНСОНА НА ОСНОВ1 КОМПАРАТОР1В З ПАРАФАЗНИМИ ВИХОДАМИ
В.Я. Пас1'2
Проаналiзовано юнукга методи формування та кодування технолопчних даних на низових ргвнях розподшених комп'ютеризованих систем, звщки видно, що на практищ найширше застосування знайшли перетворювачi форми шформацй на осж^ аналого-цифрового перетворювача (АЦП) рiзних тишв. Запропоновано структуру АЦП Í3 засто-суванням компаратс^в з парафазними виходами та реалiзащi лопчного елемента, що виключае АБО на лопчних елементах I-НЕ з парафазними входами та з'еднаш мiж собою шверсними виходами. Отже, запропоноване вдосконалення структури дае змогу шдвищити його швидкодвд та зменшити часову складшсть перетворень у 2,5-3 рази. При цьому зменшення апаратно'! складност становить близько 30 %.
1 acnip. В.Я. nix - 1вано-Франшвський НТУ нафти i газу
2 наук. кергвник: проф. Я.М. Николайчку, д-р техн. наук - Тернопщьський НЕУ
Ключовг слова: теоретико-числовi базиси, аналого-цифровi перетворювач^ квад-ратори, пристро! перемножения, нагромаджувальш суматори, шифратори.
Вступ. Аналого-цифровi перетворювачi е пристроями, якi приймають вхiднi аналоговi сигнали i генерують вiдповiднi ш цифровi сигнали, придатнi для оброблення мiкропроцесорами та iншими цифровими пристроями. Сучасш методи АЦП широко використовують для оброблення сигналiв обчислювально!' техшки. Вдосконалення та покращення iснуючих методiв мультибазисним ана-лого-цифровим перетворенням сигналов базису Хаара-Крестенсона, який порiв-няно з вiдомими аналогами, дае змогу розпаралелити формування кодiв залиш-юв у базисi, е актуальною задачею.
Мета роботи - розроблення методу та структури перетворення вхiдного аналогового сигналу мультибазисним АЦП Хаара-Крестенсона з використан-ням компараторш з парафазними виходами у дискретш цифровi вiдлiки для по-дальшого обчислення на комп'ютернiй техшщ.
Постановка проблеми. Дослiдження патентних розробок цифрових ко-реляторiв та перетворювачiв форми iнформацií засвiдчують, що найменшою апаратною складнiстю характеризуються АЦП в уштарному ТЧБ, а максималь-ну швидкодiю перетворення забезпечують АЦП паралельного типу. Тому актуальною задачею е вдосконалення та розроблення нових структурних рiшень АЦП паралельного типу для забезпечення можливостi реалiзацií цифрових ко-реляторiв з максимальною швидкодiею [1-4].
Дослщження часових складностей АЦП у р1зних ТЧБ. Аналого-циф-ровi перетворювачi широко використовують у сучасних iнформацiйних системах. 1снують рiзнi типи АЦП, серед яких треба видшити одноканальнi та бага-токанальш АЦП. Багатоканальнi АЦП (БАЦП) практично застосовуються в ш-формацiйних системах мошторингу та управлiння багатопараметричними тех-нологiчними об'ектами. Розрiзняють такi типи БАЦП:
1. З аналоговим вхщним комутатором;
2. З дискретним цифровим комутатором;
3. З певним числом одноканальних АЦП;
4. З паралельною розгорткою в унитарному ТЧБ.
1стотними недолiками БАЦП iз вхiдними комутаторами е поява ефектiв старiння iнформацií, якi полягають у тому, що рiзнi процеси рееструються у рiз-нi моменти часу, що призводить до декореляцп !'х характеристик, а також до к-тотного спотворення спектральних характеристик, яю обчислюються в реальному масштабi часу. Тому застосування БАЦП iз вхiдними комутаторами е не-ефективним у разi !х застосування як базових модулш взаемокореляторiв i спектральних процесорiв.
БАЦП з паралельною розгорткою в уштарному ТЧБ характеризуеться спрощеною апаратною реалiзацiею, оскшьки у кожному каналi використо-вуеться один компаратор, на входи яких подаються потенщали виходiв сенсорiв рiзних технологiчних параметрiв, i використовуеться один цифро-аналоговий перетворювач та двiйковий лiчильник, який тактуеться генератором iмпульсiв. Перевагою такого БАЦП е одночасний старт процесу вимрювання багатьох технологiчних параметрiв. Водночас завершення процесу аналого-цифрового
перетворення вщбуваеться в р1зш моменти часу на штервал1 дискретизаци. От-же, БАЦП цього класу також характеризуеться ефектом старшня шформаци, що обмежуе можливкть 1'х застосування для взаемокореляцшного та спектрального анал1зу.
Устхи мшроелектрошки та реатзаци одноканальних АЦП на кристат визначае перспективу 1х застосування для побудови спектральних спецпроцесо-р1в. У табл. наведено структуры схеми одноканальних АЦП, яю реал1зоваш у р1зних ТЧБ - Унитарному, Радемахера, Крестенсона та Галуа. На виход1 р1зних титв АЦП можуть формуватися уштарш, число-1мпульсш, порозрядш, реку-рентш та паралельш коди таблиц! Оскшьки тд час розроблення спектральних процесор1в найважлившою системною характеристикою е швидкодш, то до-цшьним е дослщження часово! та апаратно!' складностей одноканальних АЦП паралельного типу, яю можуть бути застосоваш як базов1 компоненти досль джуваного класу спецпроцесор1в.
На рис. 1 наведено класифпса-цго одноканальних АЦП паралельного типу у р1зних ТЧБ.
Досл1дження патентних роз-робок цифрових корелятор1в та пе-ретворювач1в форми шформаци дае змогу серед багатьох титв АЦП ви-дтити найбшьш вживаш з вих1дни-ми кодами у р1зних ТЧБ, структури яких та способи формування вих1д-
ннх ксдав наведено в табл. _ , „ ,. . , гггг
Рис. 1. Класифгкацш АЦП
Внаслщок цього, досл1дження системних характеристик АЦП, яю вико-ристовуються в КСП, показуе, що найменшою апаратною складшстю характе-ризуються АЦП в уштарному ТЧБ, а максимальну швидкодго перетворення за-безпечують АЦП паралельного типу. Тому актуальною задачею е вдосконален-ня та розроблення нових структурних ршень АЦП паралельного типу для за-безпечення можливост реал1зацн цифрових корелятор1в з максимальною швид-код1ею [5, 6].
Метод та структура мультибазисного АЦП Хаара-Крестенсона на ос-новi компараторiв з парафазними виходами. Проведено анал1з системних характеристик, АЦП Хаара-Крестенсона та його структури, яка дае змогу проана-л1зувати вклад р1зних його компонент та параметри його апаратно!' та часово'1 складностей. Отже, на рис. 2 показано фрагмент структури АЦП Хаара-Крестенсона, який вщповщае одному кванту амплпуди вх1дних аналогових сигнал1в.
На основ1 ще!' структури розраховуеться апаратна складшсть зпдно з формулою
гАЦП = гК + ТЛЕ + гУ,
де: тАЦП - сумарний час затримки сигналу на виход1 АЦП; тК - тривал1сть пе-реключення компаратора, тК =5 V ; тЛЕ - сумарний час переключення лоичного
Одноканальш тип АЦП
1
3 вихщними кодами в р1зних ТЧБ -Р-
паралельний
Монте-Карло в базиа Радемахера Уштарний
Хаара
Багатотактний послщовно-паралельний
Радемахера
Конвеерний Крестенсона
елемента, що виключае АБО тЛЕ=3-5 V; тУ- тривалiсть переключення вентиля, який реалiзуеться на логiчному елеменп НЕ тУ= IV ; V - швидкод1я мжроелек-тронно'1 елементно'1 бази, на якiй реалiзуеться структура АЦП (V =0,1 ;1;2 нс). Отже, тАЦП=5+5+2=^.
№
Структура
Параметри вихщ-них кодiв, ТЧБ
АЦП розгортуючого типу
Паралельний код у базиС Крестен-сона С1
С2
Л-
Паралельний код у базиС Хаара 0
Н(и) 0
АЦП розгортуючого типу
АЦП порозрядного зрiвноваження
Послiдовний та паралельний код базису Радемахе-Pа,
КкКк Кк-1 Як-1
К К
Паралельний АЦП
Паралельний код базису Радемахера
Як Кк-1
Паралельний АЦП
Паралельний код у базисi Хаара 0
Н
'(и) 0
1
2
3
4
5
Рис. 2. Структура АЦП за одним рiвнем квантування
Аналiз отримано! оцiнки вкладу рiзних компонентов АЦП Хаара-Крес-тенсона показуе можливост пiдвищення швидкоди за рахунок замши компара-торiв та зменшення затримки сигналiв у логiчному елементi, що виключае АБО.
Розвиток сучасно!' м^оелектронно! технологи та схемотехнiки в нап-рямку пiдвищення швидкоди та розширення функцiональних можливостей компараторiв, якi вщображеш у роботах, дае змогу обгрунтувати вибiр компа-раторiв на камоп транзисторах з тривалютю переключення до тК= 2у , а також наявшстю вихiдних прямих та шверсних перефазних сигналiв (рис. 3).
Рис. 3. Мжроелектронний компаратор з парафазними виходами: а I а - вiдповiдно прямий та тверсний виходи копмпаратора
1ншим компонентом цього типу АЦП, який мае затримку сигнатв тЛЕ = 3-5 V, е класична мжроелектронна реатзащя лопчного елемента, яку показано на рис. 4.
Рис. 4. Структура мшроелектронного елемента, що виключае АБО налогiчних
елементах I, АБО, НЕ
Анатз часово!' та апаратно!' складност цього елемента показуе, що часо-ва складшсть тЛЕ = 3 V, а апаратна складшсть А=5 V.
Системш характеристики елемента, що виключае АБО, можна значно покращити за !х реалiзацГí на основi вхiдних парафазних сигнамв, та об'еднання виходiв лопчних елементiв 1-НЕ (рис. 5).
Внаслщок запропонованого застосування компараторiв з парафазними виходами та реамзаци логiчного елемента, що виключае АБО на лопчних елементах 1-НЕ з парафазними входами та з'еднаш мiж собою терсними виходами отримуемо компонент АЦП, який вщповщае одному рiвню квантування зпд-но з такою структурою (рис. 6).
Рис. 5. Структура лог1чного елемента, що виключае АБО, на основа вх^дних
парафазних сигнал1в
Рис. 6. Структура компонента 1-того р1вня квантування АЦПХаара-Крестенсона на основ1 м1жр1внових прафазних зав'язюв
Отже, системш характеристики тако'1 реалiзащí АЦП Хаара-Крестенсона будуть таю: тК = 2 V , ТЛЕ = IV, тК + ТЛЕ = 2+1=3 V .
У структурi дешифратора вщомого АЦП, який перетворюе уштарний код у код Хаара-Крестеносна, використовують два послщовно з'еднанш вентиле що також знижуе швидкодiю ще! реаизацп АЦП. Запропоноване виконання лопчного елемента, що виключае АБО з шверсним виходом дае змогу виклю-чити один iз вентилiв у структурi дешифратора i пiдвищити швидкодш у два рази та зменшити апаратну складнiсть шляхом реаизацп дешифратора уштар-ний код - код Хаара-Крестенсона застосуванням багатовходових логiчних еле-ментiв 1-НЕ, приклад якого показано на рис. 7.
Рис. 7. Структура i-того р1вня АЦП Хаара-Крестенсона з використанням елементгв, що вилучають АБО, з тверсними виходами та багатовходових логгчних
елементiв 1-НЕ
Отже, запропоноване вдосконалення структури z'-тих компоненлв АЦП Хаара-Крестенсона дае змогу тдвищити його швидкодш та зменшити часову складшсть перетворень у 2,5-3,0 рази. При цьому апаратна складшсть z'-го ком-
понента АЦП вщомого А1 та запропонованого А2 структурного рiшення визна-чаеться зпдно з виразами:
Аг =Ак +Але +Аш; А1 = 1 + 5 + 2 = 8; А2 = 2 + 2 + 1 = 5.
Тобто, зменшення апаратно! складносп становить 30 % вщ запропонованого схемотехшчного рiшення /-того компонента АЦП Хаара-Крестенсона.
Внаслщок проведення дослiдження побудовано граф запропонованого мультибазисного АЦП Хаара-Крестенсона, який характеризуеться покращени-ми часовою та апаратною складшстю (рис. 8).
Рис. 8. Граф мультибазисного АЦП Хаара-Крестенсона на основi компаратор1в з парафазними виходами та елементами, що вилучають АБО
Проведет дослщження обгрунтовують доцшьшсть реамзаци АЦП у ба-зисi Хаара-Крестенсона на основi запропонованих компонентiв для реатзаци та його використання як базового компонента спектрального спецпроцесора косинусного перетворення Фур'е.
Висновок. Формалiзованi та дослiдженi методи аналого-цифрового перетворення сигнамв у рiзних ТЧБ та запропонований новий метод побудови мультибазисного АЦП у базисi Хаара-Крестенсона, який характеризуеться мшь мальною часовою складнiстю, а представления цифрових даних у кодовiй сис-темi Хаара-Крестенсона забезпечуе максимальне зменшення часово! складностi базових компонентiв КСП цифрових перемножувачiв на нагромаджувальних суматорах i зниження !х апаратно! складносп шляхом виконання операцiй мно-ження та сумування за модулем.
Лггература
1. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов : учебн. пособ. / А.Б. Сергиенко. - Изд. 2-ое, [перераб. и доп.]. - СПб. : Изд-во БХВ-Петербург, 2006. - С. 91.
2. Харкевич А.А. Спектры и анализ / А.А. Харкевич. - М. : Изд-во "Физматгиз", 1980. - 246 с.
3. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов / А.Б. Сергиенко. - СПб. : Изд-во "Питер", 2002. - 608 с.
4. Реалiзацiя суматорiв та перемножувачiв у базиа Хаара-Крестенсона. (Патент 76622 матриц перемноження та сумування по модулю).
5. Бебих Н. В., Денисов А.И. Взаимная спектрально-корреляционная обработка сигналов в различных ортогональных базисах // Известия ВУЗов. - Сер.: Радиоэлектроника. - 1983. - Т. 26, № 3. - С. 54-60.
6. Николайчук Я.М. Коди поля Галуа: теорш та застосування : монографш / Я.М. Нико-лайчук. - Тернопшь : Вид-во "Тернограф", 2012. - 575 с.
Надшлано до редакци 15.02.2016 р.
Пих В.Я. Метод мультибазисного аналого-цифрового преобразователя Хаара-Крестенсона на основе компаратора с парафазными выходами
Проанализированы существующие методы формирования и кодирования технологических данных на низовых уровнях распределенных компьютеризированных систем, откуда видно, что на практике широкое применение нашли преобразователи формы информации на основе АЦП различных типов. Предложена структура АЦП по применению компараторов с парафазными выходами и реализации логического элемента исключающее ИЛИ на логических элементах И-НЕ с парафазными входами и соединены между собой инверсными выходами. Таким образом предложенное совершенствование структуры позволяет повысить его быстродействие и уменьшить временную сложность преобразований в 2,5-3 раза. При этом уменьшение аппаратной сложности составляет около 30 %.
Ключевые слова: теоретико-числовые базисы, аналого-цифровые преобразователи, квадраторы, устройства умножения, накапливающие сумматоры, шифраторы.
Pich V. Ya. The Method of Haar Christensen Multi-based Analog-to-Digital Converter based on Paraphrase Output Comparator
The existing methods of forming and encoding process data at lower levels of distributed computerized systems are analysed. They show that in practice data form transducers based on the analog-to-digital converter (ADC) of different types are widely applied. A structure for the use of ADC comparators and outputs a paraphase implementing XOR logic gate on the logical NAND elements having paraphase input and interconnected inverted outputs is offered. Thus the proposed improvement of the structure can improve its performance and reduce the time complexity of transformations ranging from 2.5 to 3 times. This decrease in hardware complexity constitutes approximately 30 %.
Keywords: theoretical and numerical bases, analog-to-digital converter, Quad, multiplier, adder, encoder.
УДК 534.1
ВПЛИВ СУЦЫЬНОГО СЕРЕДОВИЩА НА КОЛИВАННЯ ТРУБЧАСТИХ ТЫ, ЯК1 ВЗА£МОД1ЮТЬ 13 ПРУЖНОЮ ОСНОВОЮ
М.Б. СоКл1,1.1. Верхола2, О.1. Хитряк3
Дослщжено коливання гнучких трубчастих тш, вздовж яких рухаеться зi сталою за величиною швидюстю суцшьний однорщний потш середовища (рщина, сипке сере-довище тощо). Отримано математичну модель динамши вказаио! системи, якаявляе собою диферешдальне рiвняння iз частинними похщними другого порядку та однорщни-ми крайовими умовами. Особливютю зазначеного диференпдального рiвняння е те, що воно мютить мшану шшдну лшшно'! та часово! змшних. Саме вказана похщна частко-во враховуе рух суцшьного середовища вздовж трубчастого тiла, i з нею пов'язаш ос-новш труднощi побудови розв'язку диференщального рiвняння руху системи. Що сто-суеться зовшшнъо1 ди, то вона описуеться найиростшим (лшшним) спiввiдношеииям. Показало, що для цього випадку: а) одночастотний динамчний процес системи можна трактувати як наклада-нта хвиль рiзиих довжин, але однакових частот (одночасно отримано основш параметри хвиль як функщ! фiзико-мехаиiчиих характеристик трубчастого тша та середовища); б) кнуе таке значена швидкостi руху середовища, за яко! проходить зрив динамчного процесу.
Ключовi слова: суцшьне середовище, дисперсiйне сшввщношення, хвильове число, частота.
1 доц. М.Б. Соки, канд. техн. наук - НУ " Львгвська полггехнка";
2 доц. 1.1. Верхола, канд. техн. наук - Нацюнальна академш сухопутних вшськ 1м. гетьмана Петра Сагайдачного;
3 доц. О.1. Хитряк, канд. техн. наук - Нацюнальна академш сухопутних вшськ 1м. гетьмана Петра Сагайдачного
