Устройство для определения экстремумов Советский патент 1983 года по МПК G01R19/04 

Изобретение относится к вычислит ельной технике измерений и может быть использовано при исследовании случайных процессов и в системах экстремального регулирования. Известно устройство для определения экстремумов, содержащее подключенный к входу устройства блок фиксации моментов экстремума, который содержит два канала, каждый из которых состоит из двух дифференциальнЫк усилителей, зарядного диода, запоминающего конденсатора, разрядного блока, бистабильного мультивибратора и ключа, в каждом канале первый вход входного дифференциального усилителя подключен к входу устройст BJa, а выход через зарядный диод - к запоминающему конденсатору, Точка соединения зарядного диода и обкладки запоминающего конденсатора связана с выходом разрядного блока и со вторым входом входного дифференциаль ного усилителя. Параллельно зарядному диоду подключен .второй дифферен циальный усилитель, выход которого соединен с входом бистабильного муль тивибратора. Первый выход бистабнльного мультивибратора подсоединен к управляющему входу ключа, а второй к сигнальному входу ключа другого канала 1. Недостатком этого устройства является низкая точность определеаия .моментов появления экстремума за счет влияния на результаты измерений случайной составляющей входного сигнала, которая приводит к появлению во входном сигнале локальных экстре мумов, в результате чего на выход устройства поступает ложный сигнал прохождения глобального экстрему;ма. Наличие перекрестной связи между каналами также влияет на точность определения моментов экстремума. При пуске устройства сигнал с выхода ждущего мультивибратора одного канала должен восстановить состояние другого канала. Кроме того, устройст во не позволяет определять величину экстремальных значений. Известно также устройство для .ой ределения экстремумов, содержащее прдключенный к входу устройства блок фиксации моментов экстремума и запоминающий блок. Первый выход блока фиксации моментов экстремума подклю чен к входу запоминающего блока, а второй - к управляющему входу запоминающего блока. Блок фиксации мо,ментов экстремума содержит два кана ла, каждый из которых состоит из двух дифференциальных усилителей,за рядного диода, запоминаиощего конден сатора, ждущего глультивибратора и разрядного ключа, В каждом канале первый вход первого дифференциально усилителя- подключен к входу устройс ва, а выход через зарядный диод - к запоминающему конденсатору, Точка соединекия зарядного диода и обкладки запоминающего конденсатора подсоединена к второму входу первого дифференциального усилителя. Электроды зарядного диода соединены с входами второго дифференциального усилителя, выходкоторого через ждущий мультивибратор связан с управляющим входом разрядного ключа другого канала. Первый вьтвод каждого ключа со-единен с запоминаюш.им конденсатором, а второй вывод ™ с входон ус::ройства | 2 , Недостатком такого устройства является низкая точность определения моментов появления экстремума за счет влияния н.а результаты измерений случайной составляющей входного сигнала, обуславливающей наличие локальных экстремумов. Кроме того,уменьшает точность определения экстремумов наличие перекрестной связк между положительным и отрицателы-ызч каналами блока опререления моментов экстремума, так как при восстаковлении одного из каналов на зарядном диоде и запоминающем кснденсатсре этого канала возникает колебательный переходный процесс. Колебания поступают на второй дифференциальный усилитель, по сигналу с которого ерабатывает ж,цущий мультивибратор,- который выдает ложный сигнал о моменте появления экстремума с Неточное определение моментов появления экстремума приводит к неточному определению величины экстремальных значений, так как по сигналу с выхода блока определения моментов экстремумаf поступающему на управляющий вход запоминающего блока, послед НИИ запоминает случайное значение напряжения,- не равное экстремальному. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для определения экстремумов,, содержащее подключенные к входду устройства два запомина.юших блока и блок фиксации моментов экстремума;, первый и второй выходы которого подключены соответственно к управляюще- му вхо.ду первого и второго запомкнамщих блоков.- Блок фиксации мсменток экстреглума содержит сглаживающий фильтр и суммиру Йдий пороговый эле. менТа Соответствующие входы суъ/з-ли рующего порогового элемента связаны с входом блока фиксации моментов экстремума Е-зепосредственно и через сглаживающий фильтр , Известкоа устройство за счет устранения перекрестной связи мекцу каналами позволяет повысить точность определения моментов появления экстремума и его Bejra4HHy Однако нали- чие случайной составляющей входного. сигнала устройства, поступающей непосредственно на вход суммирующего порогового элемента, вызывает его ложное срабатывание. Кроме того,необходимое для переключения cyNiMHpyro «его порогового элемента изменение знака разности между входным сигналом и сигналом с выхода сглаживающего фильтра достигается после прохождения входным сигналом момента экст ремума, за счет запаздывания сигнала с выхода фильтра, причем величина, запаздывания .зависит от частоты и амплитуды входного сигнала. Указанные недостатки не позволяют с высокой точностью определять моменты появления экстремума, что, в свою очередь, приводит кпогрешности определения величины экстремума. Цель изобретения - повышение точности определения экстремумов. Поставленная цель достигается тем что в устройство для определения экстремумов, содержащее первый и вто рой зaпo шнaющиe блоки и блок фиксации моментов экстремума, первый информационный вход которого и информа ционные входы запоминающих блоков подключены к входу устройства, а пер вый выход блока фиксации моментов экстремума подключен к-управляющему входу первого запоминающего блока, выходы первого и второго щих блоков являются соответственно первым и вторым выходами устройства а первый и второй выходы блока фиксации моментов экстремума - соответственно третьим и четвертьгм выходами устройства, введены детектор знака производной, компаратор с гистерезисом, ждущий мультивибратор и блок порогового напряжения, вход которого подключен к входу устройства, а выход - к первому управляющему входу блока фиксации моментов экстремума, вход детектора знака производной подключен к входу устройства, а выход - к входу компаратора с гистерезисом, выход которого через ждущий г гультивибратор соединен с управляющи входом второго запоминающего блока и .с вторы / управляющим входом блока фиксации моментов экстремума, выходы первого и второго запоминающих блоков подключены соответственно к второму и третьему входам блока фиксации моме,нтов экстремума. Причем блок фиксации моментов экстремума содержит первый и второй суммирующие пороговые элементы,первый и второй ждущие мультивибраторы . причем первый информационный вход блока соединен с первыми входами первого и второго суммирующих элеме тов , первый управляющий вход блока соединен с вторы ли входами первого. и второго суммирующих элементов, выходы которых соединены с входами запуска первого и второго мультивибраторов соответственно, выходы которых являются вторы и первым выходами блока соответственно, второй и третий информационные входы блока соединены соответственно с третьими входами первого и в-торого суммирующих пороговых элементов, второй управляющий вход блока соединен с запрещающим входом второго мультивибратора, вход которого соединен с запрещающим входом первого мультивибратора. Введение блрка порогового напряжения, связанного с входом устройства, позволяет задавать величину порога в зависимости от параметров входного сигнала устройства. Это М07 жет быть, например, делитель напряжения, если величина порога должна зависить только от напряжения входного Сигнала, На чертеже приведена схема устройства . Устройство содержит первый 1 и второй 2 .запоминающие блоки, блок 3 фиксации моментов экстремума, блок 4 порогового напряжения, детектор 5 знака производной, компаратор 6 с гистерезисом, ждущие мультивибраторы 7, 8 и 9, суммирующие пороговые элементы 10 и 11,вход 12 устройства, первый-четвертый выходы 13-16 устройства. . Первый информационный вход блока 3 фиксации моментов экстремума, входы первого 1 и второго 2 запоминающих блоков, блока 4 порогового напряжения и детектора 5 знака производной подключены к входу 12 устройства, выход первого 1 запоминающего блока соединен с первым выходом 13 устройства и вторым информационным входом блока 3 фиксации, выход второго 2 запоминающего блока соединен со вторым выходом 14 устройства и третьим входом блока 3 фиксации. Выход детектора 5 соединен с входом компаратора б, выход которого соединен с входом запуска мультивибратора 7, выход которого Соединен с управляющим входом второго запоминающего блока 2 и вторым управляющим входом блока3 фиксации, первый выход которого соездинен с управляющим входом первого запоминающего блока I, первый и второй выходы блока 3 фиксации являются третьим 15 и четвертым 16 выходами устройства соответственно. В блоке 3 фиксации моментов экстремума первый мультивибратор 8 и первый суммирующий пороговый элемент Ю образуют первый канал, фиксирующий значения минимумов сигнала, второй мультивибратор 8 и второй суммирующий пороговый элемент 11 образуют второй канал, фиксирующий значения максимумов сигнала. Первый информационный и первый управляющий ВХ.ОДЫ блока 3 фиксации соединены с первыми и вторыми соответственно вхо дами суммирующих пороговых элементов 10 и 11, второй и третий информацион ные входы блока 3 фиксации соединены с третьими входс1ми суммирующих пороговых элементов 10 и 11, выходы ко,торых соединены с входами запуска первого а и второго 9 мультивибраторов соответственно,выходы которых являются первым и вторым выходами блока 3 фиксации соответственно,второй управляющий вход блока 3 фиксации соединен с запрещающим входом второго мультивибратора 9, выхой которого соединен с запрещающим входом первого мультивибратора 8. Устройство для определения экстре мума работает следующим образом. Входной сигНс1Л поступает с входа устройства 12 на вход запоминающих блоков 1 и 2, первый из которых служит для запоминания величины минимума, второй - максимума входного сигнала. Кроме того, через первый инфор мационный вход блока 3 фиксации моме тов экстремума входной сигнал поступает на первые входы суммирующих пороговых элементов 10 и 11, На вторые входы, суммирующих пороговых элементов 10 и 11 через первый управляющий вход блока 3 фиксации моментов экстремума поступает сигнал с блока 4 порогового напряжения, на вход которого поступает входной сигнал устройства. Для правильной работы устройства в запоминающих блоках 1 и 2 нужно установить текущее значение входного сигнала и перевести в режим запоминания максимума запоминающий блок 2 на участке нарастания сигнала ив режим запоминания минимума запо1 линаю щим блоком 1 на участке спада. Детек тор 5 знака производной определяет участки увеличения величины входного сигнала, сигнал с которого поступает на компаратор б с гистерезисом. Если сигнал, поступающий на вход детектора 5 знака производной, уменьшался, а затем начал увеличиваться, напряже :ние на его выходе изменяет полярност при этом переключается компаратор 6 с гистерезисом. По сигналу с Koivtnaратора 6 с гистерезисом запускается ждущий мультивибратор 7. Сигнал с выхода ждущего мультивибратора 7 поступает на управляющий вход запоминающего блока 2, который переходит в режим слежения. На выходе запоминающего блока 2 устанавливается напряжение, равное входному напряжению устройства. После окончания действия импульса ждущего мультивибратора 7 запоминающий елок 2 переходит в режи запоминания. Таким образом, при увеличении входного сигнала напряжение на выходе запоминающего блока 2 возрастает, при уменьшении - остается неизменным. Сигнал с выхода запоминающего блока 2 поступает через третий вход блока 3 фиксации моментов экстремума на третий вход суммируюЩего порогового элемента 11, При колебаниях входного сигнала, не превыmajomnx установленных блоком 4 порогового напряжения, и появлении локальных экстремумов суммирующий пороговый элемент 11 не переключается. При убывании входного сигнала после прохождения величины положительного экстремума и превышении разности между запомненным значением глобального экстремума и значением входного сигнала величины порогового напряжения, суммирующий пороговый элемент 11 переключается и запускает ждущий мультивибратор 9, Импульс с выхода этого мультивибратора сигнализирует 0том, что напряжение на выходе запоминающего блока 2 достигло максимума. Этот же импульс через первый выход блока 3 фиксации моментов экстремума поступает на управляющий вход запоминающего блока 1 и переводит этот блок из режима запоминания в режим слежения. На выходе запоми-нающего блока 1 может возникнуть колебательный переходный процесс. Сигналы с выхода запоминающего блока 1поступают через второй вход блока 3 фиксации моментов зкстремума на третий вход суммирующего порогового элемента 10, который может зарегист рировать отрицательные экстремумы этих колебаний. Однако ждущий муль тивибратор 8 не срабатывает, так как на его запрещающий вход поступает импульс с выхода ждущего мультивибратора 9, чем предотвращаются ложные срабатывания определения минимума. Определение отрицательного экстремума происходит аналогично определению положительного экстремума, при этом величину экстремума фиксирует запоминающий блок 1, а момент его появления мультивибратор 8. Введение детектора знака производной позволяет повысить точность определения момента восстановления запоминающих блоков и йерехода в режим запоминания. Для повышения точности и надежности определения участков нарастания и спада входного сигнала, имеющего с тучайную составляющую, к выходу детектора знака производной подключен компаратор с гистерезисом. Ждущий мультивибратор, подсоединенный к управляющему входу второго запоминающего блока, используется только для восстановления запоминающего блока, а не для определения момента экстремума, поэтому запаздывание сигнала на его выходе не снижает точности определенмя величины экстремума, хранимой в запоминающем блоке. Детектор знака производной управляет только одним каналом. Отоутствует перекрестная связь между каналами блока фиксации моментов экстремума. В результате не. возникает ложных срабатываний при переходных процессах и точность определения экстремумов повышается. Таким образом, введение совокупности указанных блоков с их связями повышает точность определения экстремумов.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСТРЕМУМОВ, содержащее первый и второй запоминающие блоки и блок фиксации моментов экстремума, первый информационный вход которого и информационные входы эапоминакяцих блоков подключены к входу устройства, а первый выход блока фиксации моментов экстремума подключен к управляющему входу первого запоминающего блока, выходы первого и второго запоминающих блоков являются соответственно первым и вторым выходами устройства, а первый и второй выходы блока фиксации моментов экстремума - соответственно третьим и четвертым выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью повьияения точности, в устройство введены детектор знака производной, компаратор с гистерезисом, ждущий мультивибратор и блок порогового напряжения, вход которого подключен к входу устройства, а выход - к первому управляющему входу блока фиксации моментов экстремума, вход детектора знака производной подключен к входу устройства, а выход - к входу компаратора с гистерезисом, выход которого через ждущий мультивибратор соединен с управляющим входом второго запоминающего блока и с вторым управляющим входом блока фиксации моментов экстремума, выходы первого и второго запоминающих блоков подключены соответственно к второму и третьему входам блока фиксации моментов экстремума. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок фикС S сации моментов экстремума содержит первый и второй суммирующие порого(Л вые элементы, первый и второй ждущие мультивибраторы, причем первый информационный вход блока соединен с первыми входами первого- и второго суммирующих элементов, первый управляющий вход блока соединен с вторы- ; ми входами первого и второго суммирующих пороговых элементов, выходы которых соединены с входами запуска первого и второго мультивибраторов соответственно, выходы которых являются вторым и первым выходами блока соответственно, второй и третий ин00 СП формационные входы блока соединены соответственно с третьими входами первого и второго суммирующих пороговых элементов, второй управляющий вход блока соединен с запрещающим входом второго мультивибратора, выход которого соединен с запрещающим входом первого мультивибратора.

п

10

16

,fJ

11

1

15