Предлагаемое устройство относится к вычислительной технике и может найти применение в электротехнике как имитатор реализаций резкопеременных случайных изменений переменного напряжения.
Известно устройство для определения параметров выбросов напряжения [1] содержащее формирователь прямоугольных импульсов, датчик обратной связи, кнопку, триггер управления, одновибратор, переключатель режима работы, элемент И.
Недостатками аналога являются низкая точность и узкие функциональные возможности он предназначен для имитации только выбросов и провалов напряжения прямоугольной формы.
Аналогом предлагаемого имитатора также является устройство для моделирования выбросов и размахов напряжения с монотонным изменением параметров [2] содержащее трансформатор, двухполупериодный выпрямитель, резистор, усилитель мощности, масштабный усилитель, преобразователь код - аналог, реверсивный счетчик, дешифратор, формирователи, одновибраторы, элементы И и ИЛИ, триггер, датчик обратной связи, делители частоты, переключатель режима работы, индикатор, кнопку.
Недостатками этого аналога являются низкая точность и узкие функциональные возможности он предназначен для моделирования только детерминированных реализаций выбросов и размахов напряжения.
К аналогам предлагаемого имитатора также относится устройство для поверки статистических анализаторов колебаний частоты и фазы напряжения [3] содержащее прецизионный генератор синусоидальных колебаний, нуль-орган, два сумматора, три одновибратора, элемент И, триггер, счетчик, блок постоянной памяти, цифроаналоговый преобразователь, источник опорного напряжения, два коммутатора, четыре резистора, переключатель, кнопку.
Недостатком этого аналога являются его узкие функциональные возможности
он предназначен для моделирования только детерминированных реализаций изменений частоты и фазы напряжения.
Аналогом предлагаемого устройства является прецизионный имитатор реализаций случайных изменений постоянного напряжения [4] содержащий генератор прямоугольных импульсов, элемент И, таймер, одновибраторы, датчик случайных чисел с равномерным распределением, функциональный преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, коммутаторы, аналоговые блоки памяти, интегратор, аналого-цифровой преобразователь, элемент НЕ, источник опорного напряжения, инвертор, резистор, кнопку.
Недостатком аналога являются узкие функциональные возможности он предназначен для моделирования изменений только постоянного напряжения.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для поверки статистических анализаторов колебаний, выбросов и провалов напряжения [5] содержащее прецизионный источник синусоидального напряжения, прецизионный усилитель, нуль-орган, элемент И, делитель частоты, двоичный счетчик, блок постоянной памяти, цифроаналоговый преобразователь, триггер, переключатель, кнопку, резисторы.
Недостатком прототипа являются узкие функциональные возможности он предназначен для моделирования только детерминированных коротких реализаций изменений напряжения.
Техническая задача, решаемая изобретением, расширение функциональных возможностей устройства за счет получения возможности имитации реализаций случайных изменений напряжения.
Указанная техническая задача решается тем, что в устройство для поверки статистических анализаторов колебаний, выбросов и провалов напряжения, содержащее генератор синусоидальных колебаний, выход которого соединен с входом нуль-органа и через усилитель с входом опорного напряжения цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом имитатора, инверсный выход нуль-органа соединен с тактовым входом делителя частоты, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, а вход установки нуля через резистор связан с шиной единичного потенциала и через контакты кнопки с шиной нулевого потенциала, дополнительно введены датчик случайных чисел с равномерным распределением, функциональный преобразователь, первый и второй реверсивные счетчики, задатчик кода начального напряжения, регистр, первый и второй одновибраторы, элемент НЕ, генератор прямоугольных импульсов, второй, третий и четвертый элементы И, таймер, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с входом записи регистра и тактовым входом датчика случайных чисел с равномерным распределителем, вход установки нуля которого объединен с одноименным входом делителя частоты и входом запуска таймера и связан с входом записи второго реверсивного счетчика, а выход соединен с первой группой входов функционального преобразователя, группа младших разрядов выхода которого соединена с информационным входом первого реверсивного счетчика, выход заема которого соединен с тактовым входом триггера, инверсный выход которого соединен с информационным входом триггера, а прямой с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, а выход соединен с объединенными вычитающим входом первого реверсивного счетчика и первыми входами третьего и четвертого элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами второго реверсивного счетчика, информационный вход которого подключен к выходу задатчика кода начального напряжения, а информационный выход соединен с объединенными цифровым входом цифроаналогового преобразователя и информационным входом регистра, информационный выход которого соединен с второй труппой входов функционального преобразователя, старший разряд выхода которого соединен с вторым входом третьего элемента И и через элемент НЕ с вторым входом четвертого элемента И, инверсный выход нуль-органа соединен с инверсным входом первого одновибратора, инверсный выход которого соединен с входом записи первого реверсивного счетчика и входом второго одновибратора, инверсный выход которого соединен с входом установки единицы триггера; в одном из вариантов делитель частоты содержит счетчик, тактовый вход которого является тактовым входом делителя, вход установки нуля входом установки нуля делителя, а выход является выходом делителя; в одном из вариантов датчик случайных чисел с равномерным распределением содержит двоичный счетчик, тактовый вход которого является тактовым входом датчика, вход установки нуля входом установки нуля датчика, а выход соединен с адресным входом цифрового блока памяти, информационный выход которого является выходом датчика; в одном из вариантов функциональный преобразователь содержит цифровой блок памяти, первая группа разрядов адресного входа которого является первой группой входов преобразователя, вторая группа разрядов адресного входа второй группой входов преобразователя, а информационный выход является выходом преобразователя.
Существенными отличиями предлагаемого имитатора являются новая структура устройства, а также использование в его схеме новых элементов: функционального преобразователя, первого и второго реверсивных счетчиков, задатчика кода начального напряжения, генератора прямоугольных импульсов, таймера, регистра, первого т второго одновибраторов, второго-четвертого элементов И, элемента НЕ; в предлагаемом имитаторе организован ряд новых связей между старыми и введенными элементами. Эти существенные отличия обеспечивают достижение положительного эффекта расширение функциональных возможностей устройства за счет имитации различных реализаций случайных процессов резкопеременного изменения переменного напряжения с повторением в процессе-модели максимального числа параметров процесса-оригинала.
На фиг. 1 представлена структурная схема имитатора, на фиг. 2-4 изображены варианты реализаций схем делителя частоты, датчика случайных чисел и функционального преобразователя, на фиг. 5 приведен график моделируемого напряжения, на фиг. 6 увеличенная начальная часть этого графика, а также графики изменения напряжения на различных элементах схемы имитатора.
Имитатор (фиг. 1) содержит генератор 1 синусоидальных колебаний (ГСК), выход которого соединен с входом нуль-органа 2 (НО) и через усилитель 3 с входом опорного напряжения цифроаналогового преобразователя 4 (ЦАП), выход которого является выходом 5 имитатора, инверсный выход НО 2 соединен с тактовым входом делителя 6 частоты (ДЧ), выход которого соединен с первым входом первого элемента И 7, второй вход которого подключен к инверсному выходу таймера 8, а выход соединен с входом записи регистра 9 и тактовым входами датчика 10 случайных чисел (ДСЧ) с равномерным распределением, вход установки нуля которого объединен с одноименным входом ДЧ 6, входом запуска таймера 8, входом записи второго реверсивного счетчика 11 (РС) и через резистор 12 связан с шиной единичного потенциала, а через контакты кнопки 13 - с шиной нулевого потенциала, выход ДCЧ 10 соединен с первой группой входов функционального преобразователя 14 (ФП), группа младших разрядов выхода которого соединена с информационным входом первого РС 15, выход заема которого соединен с тактовым входом триггера 16, инверсный выход которого соединен с информационным входом триггера 16, а прямой с первым входом второго элемента И 17, второй вход которого подключен к выходу генератора 18 прямоугольных импульсов (ГПИ), а выход соединен с объединенными вычитающим входом первого РС 15 и первыми входами третьего 19 и четвертого 20 элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами второго РС 11, информационный вход которого подключен к выходу задатчика 21 кода начального напряжения (ЗКНН), а информационный выход соединен с объединенными цифровым входом ЦАП 4 и информационным входом регистра 9, информационный выход которого соединен с второй группой входов ФП 14, старший разряд выхода которого соединен с вторым входом третьего элемента И 19 и через элемент НЕ 22 с вторым входом четвертого элемента И 20, инверсный выход НО 2 соединен с инверсным входом первого одновибратора 23, инверсный выход которого соединен с входом записи первого РС 15 и выходом второго одновибратора 24, инверсный выход которого соединен с входом установки нуля триггера 16.
В одном из вариантов ДЧ 6 (фиг. 2) содержит счетчик 25, тактовый вход которого является тактовым входом делителя 6, вход установки нуля входом установки нуля делителя 6, а выход является выходом делителя 6.
В одном из вариантов ДСЧ 10 (фиг. 3) содержит счетчик 26, тактовый вход которого является тактовым входом датчика 10, вход установки нуля входом установки нуля датчика 10, а выход соединен с адресным входом цифрового блока 27 памяти (ЦБП), информационный выход которого является выходом датчика 10.
В одном из вариантов ФП 14 (фиг. 4) содержит ЦБП 28, первая группа разрядов адресного входа которого является первой группой входов преобразователя 14, вторая группа разрядов адресного входа второй группой входов преобразователя 14, а информационный выход является выходом преобразователя 14.
На стадии подготовки имитатора в ЦБП 27 ДСЧ 10 записывается последовательность двоичных чисел x1, имеющих равномерное распределение, а в ЦБП 28 ФП 14 двоичные коды чисел zjk, которые задают с коэффициентом пропорциональности K1 функцию F-1, обратную по производной напряжения U' двумерной функции распределения (ДФР) уровня и производной напряжения F(U, U') процесса-оригинала, который хотят воспроизвести на имитаторе. ДФР F процесса-оригинала предварительно может быть получена, например, статистическим анализатором уровня и производной напряжения [6] Значения функции z, размещаемой в ЦБП 28, рассчитываются по формуле
z K1U' K1F-1(U,F). (1)
При запуске имитатора нажатием на кнопку 13 на входах запуска таймера 8, установки нуля ДЧ 6 и ДСЧ 10, а также входе записи РС 11 появляется единичное напряжение, что сопровождается установкой в нулевое состояние счетчиков 25 ДЧ 6 и 26 ДСЧ 10, запуском таймера 8 и записью из ЗКНН 21 во второй РС 11 двоичного кода начального напряжения (например, нулевого, которому соответствует код v1= 0000).
После отпускания кнопки 13 (в момент времени t1 0 на фиг.5, 6) начинается процесс моделирования реализации переменного напряжения, которую при необходимости можно повторять. На инверсном выходе таймера 8 после его запуска проявляется единичное напряжение, которое подается на второй вход элемента И 7 последний начинает пропускать импульсы с выхода ДЧ 6 на вход счетчика 26 ДСЧ 10.
На первом интервале изменения моделируемого напряжения с постоянной производной действующего значения напряжения U'1 на интервале времени t1 t4 на фиг. 5) выходной код счетчика 26 равен нулю. При этом на выходе ЦБП 23 появляется код первого двоичного числа x1 из последовательности равномерно распределенных двоичных чисел, который хранится в ячейке блока 27 с адресом 00000000. Код x1 (например, 1111), приложенный к первой группе входов ФП 14, задает часть кода адресного входа ЦБП 28 (например, группу старших разрядов). Вторая часть кода (группа младших разрядов) задается с информационного выхода регистра 9; в частности, на интервале времени t1 t4 этот код равен v1 0000. В итоге на адресном входе ЦБП 28 ФП 14 появляется код, сформированный из кодов x1 и v1 11110000. На выходе ЦБП 28 ФП 14 появляется код z11110000, пропорциональный производной и хранящийся в ячейке ЦБП 28 с адресом 11110000 младшие разряды кода z задают модуль производной, а старший разряд ее знак (например, 1, соответствующую положительной производной). Единичное напряжение старшего разряда выхода ФП 14 прикладывается к второму входу элемента И 19.
В момент времени t1 0 (см. фиг. 6) выходное напряжение нуль-органа 2 спадает до нуля, запуская одновибратор 23. Последний своим выходным коротким импульсом вписывает в счетчик 15 из ЦБП 28 младшие разряды кода z (например, 0010), которые задают модуль производной . Заканчиваясь, выходной импульс одновибратора 23 запускает одновибратор 24, выходной импульс которого переводит в единичное состояние триггер 16 единичное напряжение его прямого выхода прикладывается к первому входу элемента И 17, который начинает пропускать импульсы ГПИ 18 на первые входы элементов И 19 и 20 и вычитающий вход счетчика 15. На вход РС 15 поступают 2 импульса (см. фиг. 6), которые уменьшают его первоначальное содержимое 0010 до нуля 0000. Также 2 импульса поступают через элемент И 19 на суммирующий вход РС 11 и увеличивают его содержимое с 0000 до 0010. Появляющийся одновременно с вторым входным импульсом на выходе заема РС 15 отрицательный импульс, заканчиваясь, своим задним фронтом опрокидывает в нулевое состояние триггер 16 последний нулевым напряжением прямого выхода блокирует элемент И 17 для прохождения импульсов с выхода генератора 18.
Длительность выходных импульсов одновибраторов 23 и 24 задается достаточно малой, а частота импульсов ГПИ 18 достаточно высокой. Это позволяет обеспечить достаточно малую длительность импульса напряжения U16 на выходе триггера 16 (см. фиг. 6) по сравнению с длительностью периода напряжения с выхода ГСК 1 (меньшую примерно в 103-105 раз). При таком соотношении не вносится существенных искажений в синусоиду моделируемого на выходе имитатора напряжения.
Выходной код 0010 счетчика 11 прикладывается к цифровому входу ЦАП 4 и задает ему коэффициент усиления поступающего на вход опорного напряжения синусоидального напряжения ГСК 1, нормированного с помощью усилителя 3. На выходе имитатора на интервале времени t1 -t2 появляется синусоидальное напряжение, амплитуда которого пропорциональна числу 0010.
В момент времени t2 выходное напряжение HO 2 вновь спадает до нуля выходной код 0010 с выхода ФП 14 опять вписывается в РС 15. После перехода триггера 16 в единичное состояние на 2 увеличивается содержимое РС 11, которое при этом становится равным 0100. В результате на выходе имитатора на интервале времени t2 t3 моделируется синусоидальное напряжение, амплитуда которого пропорциональна числу 0100 и т.д.
В течение интервала времени t1 t4 прирост содержимого счетчика 11 в начале каждого периода напряжения ГСК 1 остается постоянным и равным 2, что обеспечивает монотонное нарастание моделируемого на выходе имитатора синусоидального напряжения с постоянной производной его действующего значения:
где K2 постоянный коэффициент пропорциональности.
Длительность интервала t1 t4 задается с помощью ДЧ 6, счетчик 25 которого подсчитывает число срабатываний HO 2 и соответственно число периодов напряжения ГСК 1. В момент времени t4 на выходе ДЧ 6 появляется импульс, который увеличивает содержимое счетчика 26 ДСЧ на единицу оно становится равным 00000001. При этом на выходе ЦБП 27 появляется код второго числа x2, хранящегося в ячейке блока 27 с адресом 00000001. Код x2 (например, 1100) прикладывается к группе старших разрядов адресного входа ЦБП 28 ФП 14.
Изменяясь с производной , действующее значение напряжения имитатора в момент времени t4 достигает значения U2 (см. фиг. 5), которому соответствует содержимое v2 K3U2 1100 (K3 - постоянный коэффициент пропорциональности). Код v2 1100, находящийся в момент времени t4 и в регистре 9, прикладывается к группе младших разрядов адресного входа ЦБП 28 ФП 14.
В результате в момент времени t4 из кодов x2 и v2 на адресном входе ЦБП 8 ФП 14 формируется код 11001100. На выходе ЦБП 24 появляется код производной z11001100, хранящийся в ячейке ЦБП 24 с адресом 11001100. Значение старшего разряда кода числа равно, например, нулю (что соответствует отрицательной производной ); нулевое напряжение старшего разряда выхода ФП 14 инвертируется элементом НЕ 22 в единичное и открывает элемент И 20 для прохождения импульсов генератора 18 (элемент И 19 при этом закрыт нулевым напряжением на его втором входе).
Спадание до нуля выходного напряжения нуль-органа 2 в момент времени t4 сопровождается запуском одновибратора 23, который своим выходным импульсом вписывает из ФП 14 в счетчик 15 значение модуля производной (например, код 0001). Затем одновибратор 24 переводит в единичное состояние триггер 16 последний единичным напряжением с прямого выхода открывает последовательность элементов И 17 и 20 для прохождения импульсов ГПИ 18 на вычитающий вход РС 11. В начале первого периода напряжения ГСК 1 на интервале t4 -t5 на вычитающий вход РС 11 поступает 1 импульс, который уменьшает содержимое счетчика 11 на единицу оно становится равным 1011. Соответственно уменьшается и действующее значение моделируемого на выходе имитатора синусоидального напряжения (см. фиг. 5) -на интервале t4 - t5 оно изменяется с постоянной отрицательной производной
Действующее значение моделируемого имитатором напряжения на интервале t4 t5 изменяется с постоянной производной по линейному закону
В момент времени t5 выходное напряжение имитатора достигает значения
где Δt длительность интервалов времени, в течение которых действующее значение моделируемого напряжения на выходе имитатора изменяется с постоянной производной; и т.д.
В общем случае на каждом (n+1)-м интервале Δt моделирование реализации напряжения осуществляется имитатором по следующему алгоритму:
Варьируя значения коэффициентов K1 K3, можно устанавливать масштабы по напряжению mU, а также производной mU' или времени mt моделируемого имитатора процесса изменения переменного напряжения, задавая диапазон и скорость изменения его действующего значения. Процесс-модель и процесс-оригинал напряжения с учетом этих масштабов имеют эквивалентные ДФР F(U, U'), а также одномерные функции распределения производной F(U') и ординат действующего значения напряжения F(U).
Таймер 8 используется в схеме имитатора в том случае, если необходимо смоделировать реализацию напряжения заданной длительности, по окончании которой выходное напряжение таймера 8 спадает до нуля, блокируя прохождение импульсов на вход ДСЧ 10 в дальнейшем на выходе имитатора присутствует синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой. Если же моделирование необходимо продолжать неопределенно длительное время, то элемент И 7 и таймер 8 в схеме имитатора могут не использоваться или задается такой режим работы таймера 8, при котором его выходное напряжение не спадает до нуля. Следует также отметить, что в том случае, если не требуется моделировать строго повторяемую реализацию напряжения, начиная ее с нулевого напряжения, то нажимать на кнопку 13 не следует тогда имитатором осуществляется стохастическое моделирование переменного напряжения с произвольного момента, который соответствует моменту подключения схемы имитатора к источнику питания.
Преимуществами предложенного имитатора по сравнению с известными являются более широкие функциональные возможности за счет получения возможности имитации различных реализаций случайных процессов резкопеременного изменения переменного напряжения с повторением в процессе-модели максимального числа параметров процесса-оригинала. Моделируемые имитатором реализации напряжения позволяют исследовать влияние случайных колебаний, выбросов и провалов напряжения на различное электрооборудование, технологические процессы и зрение человека; исследовать качество работы и проводить метрологическую поверку статистических анализаторов колебаний, выбросов и провалов напряжения; исследовать поведение различных гироскопических систем, установленных на качающихся по заданному закону объектах (палубе судна, платформе танка и др.) или их физических моделях, путем питания приводов тренажеров этих систем имитируемым напряжением и т.д. Имитатор реализуется на микроэлектронной основе для его изготовления требуется малое количество (15-20) широко распространенных интегральных схем.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания заявки.
1. Авт.св. СССР N 959270, кл. H 03 K 5/156, 1981.
2. Авт.св. СССР N 1064439, кл. H 03 K 5/00, 1982.
3. Ермаков В.Ф. Устройство для поверки статистических анализаторов колебаний частоты и фазы напряжения. Заявка на изобретение N 4244075/21 от 12.05.87, кл. H 03 K 12/00.
4. Ермаков В. Ф. Гудзовская В.А. Прецизионный имитатор реализаций случайных изменений постоянного напряжения. Заявка на изобретение N 95101794 от 07.02.95, кл. H 03 K 12/00.
5. Авт.св. СССР N 1443143, кл. H 03 K 5/00, 1987 (прототип).
6. Ермаков В. Ф. и Гудзовская В.А. Двумерный статистический анализатор уровня и производной напряжения. Заявка на изобретение N 5020864/24 от 04.01.92, кл. G 06 F 17/18.
Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение в электротехнике как имитатор реализаций резкопеременных случайных изменений переменного напряжения. Решаемая изобретением техническая задача -расширение функциональных возможностей устройства за счет имитации реализаций случайных изменений напряжения. Имитатор содержит генератор 1 синусоидальных колебаний, нуль-орган 2, усилитель 3, цифроаналоговый преобразователь 4, делитель 6 частоты, элементы И 7, 17, 19, 20, таймер 8, регистр 9, датчик 10 случайных чисел с равномерным распределением, реверсивные счетчики 11 и 15, резистор 12, кнопку 13, функциональный преобразователь 14, триггер 16, генератор 18 прямоугольных импульсов, задатчик 21 кода начального напряжения, элемент НЕ 22, одновибраторы 23 и 24. Преимуществами предлагаемого имитатора по сравнению с известными являются более широкие функциональные возможности за счет имитации различных реализаций случайных процессов резкопеременного изменения переменного напряжения с повторением в процессе-модели максимального числа параметров процесса-оригинала. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.
SU, авторское свидетельство, 1443143, кл | |||
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. | 1921 |
|
SU3A1 |
Авторы
Даты
1997-12-20—Публикация
1995-03-21—Подача