Устройство для определения динамических характеристик Советский патент 1984 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к автоматике, в частности к устройствам определения динамических характеристик устройств и блоков автоматических систем.

По основному авт.св. 938266 известно устройство для определения динамических характеристик устройств и блоков автоматических систем при подаче на вход преимущественно апериодических воздействий, содержащее регистрирующий : блок, датчик воздействий, последовательно соединенные блок записи и считывания и коммутатор блок задания, вычислительный блок, первый регистр и последовательно соединенные Запоминающий блок, сдвигающий регистр, первый сумматор и второй регистр, а также последовательно соединенные третий регистр, второй сумматор, четвертый регистр, первый блок сдвига, первый переключатель, третий сумматор и пятый регистр последовательно соединенные второй блок сдвига и второй переключатель, выход блока задания подключен к входу датчика воздействий, третьему входу блока записи и считывания, второму входу коммутатора,первому входу первогр регистра, второму входу пятого регистра, первому входу второго блока сдвига, второму входу первого блока сдвига, второму входу четвертого регистра, первому входу третьего регистра, второму входу второго регистра, входу вычислительного блока, входу запоминающего блока, второму входу сдвигающего регистра, второму входу первого cyiviMaTopa, второму входу второго сумматора, второму входу второго переключателя, второму входу первого переключателя, второму входу третьего сумматора и первому входу регистрирующего блока, к второму входу которого подключен первый выход второго регистра и четвертый вход блока записи и считываНИН, первый выход первого регистра подсоединен к третьему входу третьего сумматора и третьему входу первого сумматора, выходом подключенного к третьему входу второго сумматора и четвертому входу третьего сумматора, второй выход которого соединен с четвертым входом второго сумматора и четвертым входом первого сумматора, подсоединенного пятымвходом к второму входу второго регистра, а первым входом - к второму входу второго сумматора и пятому входу третьего сумматора, второй вход третьего регистра подключен к первому входу четвертого регистра, второй выход третьего регистра - к пятому входу блока записи и считывания, второй, выход четвертого регистра - к шестому входу второго сумматора, вто

рой выход первого регистра - к шестому входу блока записи и считывания, выход вычислительного блока - к третьему входу второго регистра, первый выход четвертого регистра - к третьему входу регистрирующего блока, выход первого блока сдвига - к третьему входу второго переключателя, выход которого подключен к седьмому входу второго сумматора, выход второго блока сдвига - к третьему входу первого переключателя, первый выход пятого регистра - к второму входу второго блока сдвига и четвертому входу регистрирующего блока, второй выход пятого регистра - к шестому входу третьего сумматора, первый выход коммутатора - к пятому входу регистрирующего блока, второй выход коммутатора - к первому входу первого регистра, вторым входом подключенного к первому входу пятого регистра, третий выход коммутатора подсоединен к третьему входу пятого регистра, а четвертый выход коммутатора к третьему входу четвертого регистра си.

Однако функциональные возможности известного устройства ограничены. Выработка в датчике воздействий преимущественно апериодических воздействий не позволяет определять динамические характеристики объектов при периодических,например гармонических воздействиях. Введение в состав датчика воздействий генератора гармонических воздействий инфранизкой и низкой частот усложняет устройство и требует значительных аппаратурных затрат .при реализации.

В устройстве сначала определяют амплитудно-фазовые частотные характеристики сигналов с выхода датчика воздействий, затем по ним корректируют значения амплитудно-фазовых характеристик объекта. Учет влияния на результаты отклонения формы реального воздействия от формы идеального повышает точность определения динамических характеристик. Устройство позволяет определять широкий набор динамических характеристик, а именно спектр по реализации процесса, спектральную плотность по корреляционной функции, корреляционную функцию по спектральной плотности, сигнал по действительной или мнимой частям регулярно спектра и амплитудно-фазовую частотную характеристику исследуегмого объекта в процессе нормальной эксплуатации.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения динс1мических характеристик дополнительно введены последовательно соединенные интерполятор, подключенный первым и вторым цифровыми входами соответственно к второму выходу первого регистра и пятому выходу коммутатора, и переключг тель, второй вход и выход.которого подключены к выходу датчика воздействий и входу объекта, а управляющий вход - к входу датчика воздействий и управляющему входу интерполятора.

На чертеже изображена структурная схема устройства для определения динамических характеристик.

Устройство содержит задатчик 1 воздействий, объект 2, блок 3 записи и считывания, коммутатор 4, регистрирующий блок 5, регистры 6-10, блоки 11 и 12 сдвига, сумматоры 13-15, переключатели 16 и 17, вычислительный блок 18, запоминающий блок 19, сдвигающий регистр 20, блок 21 задания, выход 22 и вход 23 устройства.

Задатчик 1 выполнен в виде датчика 24 воздействий, интерполятора 25, переключателя 26, имеющего вход 27, выход 28 и цифровые входы 29 интерполятора 25.

Устройство работает следующим образом.

Сигналами из блока 21 задания устанавливаются режимы работы задатчика 1 воздействий и остальных блоков устройства.

При соединении выхода интерполятора 25 через переключатель 26 с входом объекта 2 выполняется определение динамических характеристик при гармонических сигналах воздействия различной частоты и сигналах, воздейсвия произвольной формы, представленных в цифровом виде в блоке 3 записи и считывания.

На этапе формирования сигнала гармонического, воздействия регистры 7 и 8, блоки 11 и 12 сдвига, переключа тели 16 и 17 и сумматоры 13 и 14 рабтают в режиме совмещения операций умножения и генерации гармонических сигналов. Регистры б и 9 в работе не участвуют, сигналы с их выходов на входы сумматоров 13 и 14 блокируются Выход блока 11 сдвига через переключатель 17 соединяется с седьмым входом сумматора 14, а выход блока 12 сдвига через переключатель 16 - с первым входом сумматора 13.

В блоке 21 задания устанавливается цифровой код амплитуды Ajj и частоты ajp 2 fP/N-to сигнала гармонического воздействия, задаваемого в Nдис- кретных моментов времени. Цифро вой код амплитуды А у сигнала гармонического воздействия с выхода блока 21 задания заносится в регистр 7, регистр 8 сбрасывается в ноль. Цифровой код частоты Ыр передается в вычислительный блок 18, где по номеру j дискретного момента времени и шагу дискретизации to вырабатывается код д . WP tp - apryN HT сигнала гармонического воздействия.

Выполняется п тактов вычисления двух взаимосвязанных величин Х. и ( по соотношениям метода вычисления цифра за цифрой C2j:

Уе41 У( -bfe 2х,,

Xg Xj - f . (1)

Xg формируется в регистре 7, У g. - регистре 8 Хд А„ . Операции умножения на 2 заменяются в устройстве операциями сдвига иа разрядов содержимого регистров 7 и 8 с помосцью блоков 11 и 12 сдвига с последующей его передачей на входы сумматоров 13 и 14. Величина( ) определяется на основании представления аргумента Sj. , выработанного в вычислительном блоке 18, в системе счисления с искусствениым порядком весов 9j разрядов кода;

п-ч

c..,. - (2)

Предварительно вычисленные константы 9g arct§. 2- в каждом такте извлекаются из запо ганающего блока 19 и и передаются на входы сумматоров 15 с таким знаком, чтобы начальное значение аргумента Spct в регистре 10

уменьшалось, с. Г i м

0.

Знаковый разряд получаемого результата . Ig используется для управления режимами суг шрования в сукматорах, 13 и 14. При eVc ЗГ/2 код аргумента приводится к интервалу в i Jf/2 и вычисление величин X j и У(+ корректируется с учетом тригонометрических формул приведения синусно-косинусных функций к заданному интервалу. В результате в регистре 7 формируется цифровой код величины КАх, (Wp о i/ (К 1,64674 - коэффициент масштабной деформации амплитуды . Чтобы использовать общие цепи передачи, этот код в последнем такте вычисления вводится в регистр 6 и далее передается в интерполятор 25. В интерполяторе 25 выполняется преобразование цифрового кода в непрерывную величину, масштабное преобразование ее на величину 1/К и сглаживание сигнала гармонического воздействия. Через переключатель 26 сигнал с выхода интерполятора 25. воздействует на вход объекта .2 и поступает на вход блока 3 записи и считывания. Устройство работает аналогично в режиме с предварительной записью в блоке 3 записи и считывания сигнала гармонического воздействия фиксированной частоты в течение требуемого для испытаний числа периодов или си налов гармонического воздействия дл набора частот полной программы опре деления динамических характеристик объекта 2. В указанном режиме коды отдельных значений сигналов гармони ческих воздействий заносятся с выхо да регистра 6 в блок 3 записи и считывания, затем с выхода этого бл ка через коммутатор 4 передаются на вход 29 интерполятора 25 Предварительная запись в блок 3 записи и считывания кодов сигналов воздействия произвольного вида позволяет реализовать в устройстве определение динамических характеристи объекта в широком классе сигналов воздействия. Для определения динамических характеристик обьекта 2 при апериодических воздействиях переключатель .2 соединяет выход датчика 24 воздейст вий с входами объекта 2 и блока 3 записи и считывания. Предлагаемое устройство работает Аналогично прототипу. Регистры 7 и 8, блоки 11 и 12 сдвига, переключатели 16 и 17 и сум маторы 13 и 14 образуют совмещенный блок умножения, генерации гармони ческих колебаний, функционального преобразования и деления. В регистрах 6 и 9 накапливаются суммы вычисляемых величин. Переключатели 16 и 17 в зависимости от режима работы обеспечивают необходимые соединения выходов блоков 11 и 12 сдвига с входами сумматоров 13 и 14. Перед нача.лом вычисления произведения величин Хд и Уд на значения косинуса и синуса определенного аргумента они заносятся в регистры 7 и 8. Далее вы полняются вычисления по соотношениям (1) и (2) в последовательности, рассмотренной выше . При выполнении операции деления делимое формируется в регистре 7, делитель Уд заносится в регистр 8, частное получается в регистре 9. Делимое уменьшается по тактам вычисления i по соотногиению е e в котором величи)а j определяется по знаку Xg и служит для формирования частного где С - константа. 3 качестве гпнератора констант при вычислении частного используется сдвигающий регистр 20, содержимое которого сдвигается в каждом такте на один разряд в сторону младших разрядов . Операции деления соответствует , операции деления с умножением частного на константу - С . Константа С из запоминающего блока 19 перед началом деления заносится в сдвигающий регистр 20. Для вычисления величины , по соотношению (3) на входы сумматора 13 с выхода регистр 7 поступает величина Xg, ас выхода регистра 8 через блок 12 сдвига величина 2 У . По величине , которая сохраняется в сумматоре 13 на один такт вычисления, выполняются вычисления величин , по сигналу f с выхода сумматора 14 - такт вычисления величины Zj. . В регистре 9 частного в конце цикла вычислений хранится 2 Хд/2оС. Чтобы использовать общие цепи передачи величин в регистрирующее устройство 5, после определения младшего разряда частное передается с выхода сумматора 14 в регистр 8 и затем в регистрирующее устройство 5. Определение амплитудно- и фазочастотных характеристик сопровождается выполнением операции определения модуля А и аргумента 9 вектора. В регистры 7 и 8 заносятся составляющие вектора по осям координат: в регистр 7 - величина У в регистр 8 - величина Хд, в регистр 10 аргумента - 0 Далее вычисляются величины: Е+1 Уе 2;хг; 2 Уг ; +1 re- р 1,, ч г + arctg-2- Величины вьлчисляются сумматором 13 по величинам с выходов регистра 7 и блока 12 сдвига, резуль.тат вновь заносится к регистр 7. Величины Xg+i вычисляются аналогичным образом, как величины У g, с помощью сумматора 14 и блока 11 сдвига, результаты фиксируются в регистре 8. Величина g определяется по знаку величины и с выхода сумматора 13 передается для управления работой сумматоров 14 и 15. Вычисление величины Vj+;, выполняется с использованием регистра 10, сумматора 15 и запоминающего блока 19, в котором хранятся предварительно вычисленные константы arct§- 2 . Константы в тактах определения младших разрядов вырабатываются путем сдвига константы предшествующего такта с помощью сдвигающегося регистра 0 . После тактов вычислений в регистре 8 пписутствует величина А К Т,/ X + а в регистре 10 - величина i/ - arct(j- УО/ХОПри оггределении амплитудно-фазовой характеристики объекта по переходному процессу входное воздействи подается с выхода задатчика 1 возде ствий на вход объекта 2 и на первый вход блока 3 записи и считывания, в котором происходит преобразование и запоминание выборок входного воздей ствия. Сигнал .с выхода объекта y(t / переходный процесс , вызванный входным воздействием, поступает на вход блока 3 записи и считывания, где происходит его преобразование и запоминание. Цифровая информация о выхо ном сигнале в момент t через коглму татор 4 заносится в регистры 7 и 8. Для каждой выборки сигнала x(t,- пу тем вычисления соотношений (1)в ре гистре 7 формируется x( в регистре 8 - х (ti jcos- E- i . . Действительная РХ (Wp) и мнимая a;(ujp) составляющие спектра входного сигна ла образуются в регистрах б и 9 вычислением сумм: Н) Px()--i2-4 i) I ( где wp- частота; N - лисло выборок сигнала; Р |Кр 0,1,..., -| 1; tx - время задания вход ного воздействия, to - интервал дискретизации. 23Гр Аргумент - i вырабатывается в вычислительном блоке . После вычисления последнего слагаемого величины Qx(wp| и Px(iwpl заносятсяв регистры 7 и 8. Потом выполняется операция определения модуля AyCwp и аргумента ) вектора А по его составляющим QLyCt p) и Р.х(шр). В результате в регистре 8 вырабатывает ся амплитуда А(сор) |p(u)p))i а в регистре lp,- фаза х(сх)р) - ) /РХ (Wp) спектральной составляющей входного сигнала x(t) . Величина А ;( (u)p) и Vy (u)pt передаются в блок 3 записи и считывания и в регистрирующий блок 5. Аналогичным образом преобразуется сигнал у (tl, характеризующий реакцию объекта 2 на входное воздействие Xt) . Определение величин Aj(Lup и fv(pl происходит так же/ как и определение величин Aj{a)p) и (р в соответствии с выражениями М-р) 1г(1-)5 -1Г( (О-ЯР,. ,К)7Ук ю-чЧисло выборок сигнала y(tl для времени обработки сигнала ty определяется как М ty/tij. Для последующего выполнения операции деления величина А(Wp)передается из регистра 8 в регистр 7. Момент окончания вычисления величин А,( ) служит сигналом значёний А;((Юр) и из лока 3 записи и считывания через коммутатор 4 в регистры 7 и 6 соответственно. На выходе сумматора 15 форг-1ируется величина /(tUpT Vy (Wp|- x(uзp} , характеризующая фазочастотну- характеристику объекта 2, а в регистре 8 После выполнения операции деления - величина А(шр) Ay(u)p|/Aj({ujj определяющая амплитудно-частотную , характеристику объекта 2. Tait как величины Ау() и А (u)p)-первоначально получены увеличенными в одинаковое число К раз, после выполнения операции деления результирующая величина А (topi получается без увеличения. Величины А(ц)р) и (ujp) передаются в регистрирующий блок 5. Они также могут быть записаны в блок 3 записи и считывания для последующей обработки и воспроизведения. При определении спектра по реализации процесса устройство работает . так же,как и при определении амплитуд-. но-фазовой характеристики объекта 2, невыполняется тг чько операция определения модуля и аргумента вектора. Выборки реализации процесса y(t{/ заносятся в блок 3 записи и считывания. По выражениям (8) и (9) вычисляются действительная Р(0р)и мнимая АуСшрУ составляющие спектра, которые йнимаются с выходов регистров 7 и 8 и передаются в регистрирующий блок 5 или {иО в блок 3 записи и считывания. в основе вычисления спектральной плотности 5(шр)по корреляционной функции (t) лежит зависимость s(c.p,f|:/(Число выборок L корреляционной функции Й{гг,-|для интервала корреляции ;Г| и интервала дискретизации io определяется соотношением L . В блок 3 записи и считывания в этом режиме заносятся выбор.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК по авт.св. № 938266, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно содержит последовательно соединенные интерполятор, подключенный первым и вторым цифровыми входами соответственно к второму выходу первого регистра и пятому выходу коммутатора, и переключатель, второй вход и выход которого подключены соответственно к выходу датчика воздействий и входу объекта, а управляющий вход к входу датчика воздействий и управляв ющему входу интерполятора. KJ о: 00 sj л