Корреляционное устройство для определения импульсной переходной функции объекта Советский патент 1984 года по МПК G06G7/52 G05B23/02 

i . вой группы выходов регистра, а выход блока деления подключен к информацио ному входу первого сумматора, выход которого подключен к первому информа ционному входу второго блока умножения, второй информационный вход кото рого является вторым информационным входом устройства, выход второго бло ка умножения подключен к входу регистра, причем первый и второй инфор мационные входы второго сумматора подключены соответственно к выходам элемента НЕ и первого нелинейного элемента, выход второго сумматора подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выходы которого подключены к соответствукнцим информационным входам первого блока памяти, выходы которо65го подключены к соответствующим информационным входам коммутатора, первая и вторая группы выходов которого подключены соответственно к соответствующим информационным вхо-. . дам блока деления и второго блока памяти, выходы которого подключены к соответствующим входам первой группы информационных входов блока сравнения, входы второй группы информационных входов которого подключены к соотв,етствунщим выходам второй группы выходов регистра, информационные входы которого подключены к соответствукнцим выходам блока,сравнения, выход интегратора соединен с входами первого и второго нелинейных элементов, выход второг.о нелинейного, элемента подключен к входу элемента НЕ.

КОРРЕЛЯЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ ПЕРЕХОДНОЙ ФУНКЦИИ ОБЪЕКТА, содержащее генератор шума, первый блок регулируемой задержки, информационный вход которого подключен к выходу генератора шума, первый блок умножения, первый вход которого является первым информационным входом устройства, а второй вход соединен с выходом первого блока задержки, выход первого блока умножения соединен с информационным входом интегратора, отличающееся тем, что, с целью повьшения его точности, в него введены первый и второй нелинейные элементы, например диоды, элемент НЕ, первый и второй сумматоры, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй блоки памяти, коммутатор, второй блок умножения, регистратор, регистр, блок сравнения, блок деления, первый, второй и третий счетчики, первый, второй, третий и четвертый генераторы импульсов и блок постоянной задержки, вход которого объединен с входом начальной установки аналого-цифрового преобразователя и подключен к выходу первого генератора импульсов, вход запуска которого соединен с входами начальной установки первого и второго блоков памяти, регистра, первого сумматора, блока регулируемой задержки и является входом запуска устройства , вход останова первого генератора импульсов объединен с первым управляющим входом первого сумматора, управляющим входом второго блока умножения и подключен к выходу первого счетчика, выход блока постоянной задержки соединен с входами начальной установки интегратора и второго сумматора, управляющими входами аналогоцифрювого преобразователя и блока регулируемой задержки, входом записи (Л первого блока памяти и входом второго счетчика, выход которого соединен с входом запуска второго генератора импульсов и первым управляющим входом коммутатора, выход второго генератора импульсов объединен с входом считывания цервого блока 11амяти, с входом о :о э останова третьего генератора импульсов и входом запуска четвертого генератора импульсов, выход которого соединен с управляющим входом блока сравЭ) ел нения и первым входом считывания регистра и входом считывания второго блока памяти и входом третьего счетчика, выход которого соединен с вторым управляющим входом коммутатора «и входом запуска третьего генератора импульсов, выход которого соединен с входе первого счетчика, вторым управлякицим входом первого сумматора, управлякяцим входом блока деления, вторым входом считывания регистра, информационные входы которого подключены к соответствукмцим выходам пер

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при разработке устройств для определения таких характеристик исследуемых систем как импульсная переходная фун-. 5 кция и инерционность.

Известно устройство для определения импульсной переходной функции, содержащее фильтры. В этом устройстве с помощью анализа Фурье определяют 10 ширину пропускания и инерционность по частотной характеристике системы 1J.

Недостатком устройства является низкая точность определения инерционности.15

Наиболее близким к изобретению является устройство для oпpiёдeлeния импульсной переходной функции объекта, содержащее генератор шума, блок запаздывания фильтр, блок умножения и ин- 20 тегратор, вход которого подключен к выходу блока умножения, первый вход которого через фильтр и блок запаздывания подключен к выходу генератора шума, а второй вход подключен к выхо- 25 ду исследуемой системы, вход которой подключен к выходу генератора шума 2J.

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности непосредственного измерения параметра, зо характеризующего инерционность линейной системы (постоянной времени для простейшей системы), что приводит к необходимости проведения расчетов, обеспечивающих низкую точность оценок инерционности.

Целью изобретения является повышение его точности.

Указанная цель достигается тем, что в корреляционное устройство для определения импульсной переходной функции объекта, содержащее генератор шума, первый блок регулируемой задержки, информационный вход которого подключен к выходу генератора шума, первый блок умножения, первый вход которого является первым информационным входом устройства, а второй вход соединен с выходом первого блока задержки, интегратор, информационный вход которого подключен к выходу первого блока множения, введены первый и второй нелинейные элементы, например диоды, элемент НЕ, первый и второй сумматоры, аналого-цифровой преобразователь, первьй и второй блоки памяти, коммутатор, второй блок умнолсения, регистратор, регистр, блок сравнения, блок деления, первый, второй и третий счетчики, первый, второй, третий и четвертый генераторы импульсов и блок постоянной 3 задержки, вход которого объединен с входом начальной установки аналоге цифрового преобразователя и подключе к выходу первого генератора импульjCOB, вход запуска которого соединен с входами начальной установки первого и второго блоков памяти, регистра, первого сумматора, блока регулируемой задержки и является входом запуска устройства, вход останова первого генератора импульсов объединен с .первьм управляющим входом первого сумматора, управляющим входом второго блока умножения и подключен к выходу первого счетчика, выход блока постоянной задержки соединен с входами начальной установки интегратора и второго сумматора, управляющими входами аналого-цифрового преобразователя и блока регулируемой задержки, входом записи первого блока памяти и входом второго счетчика, выход которого соединен с входом запуска второго генератора импульсов и первым управляющим входом коммутатора, выход второго генератора импульсов объединен с входом считывания первого блока памяти, с входом останова третьего генератора импульсов и входом запуска четвертого генератора импульсов, выход которого . соединен с управляющим входом блока сравнения и первым входом считывания регистра и входом считьгоания второго блока памяти и входом третьего счетчика, выход которого соединен с вторым управляющим входом коммутатора и входом запуска третьего г.енератора импульсов, выход которого соединён с входом первого счетчика, вторым управляющим входом первого суммато ра, управляющим входом блока деления , вторым вводом считывания регистра, информационные входы которого подклю чены к соответствующим вьЬсодам первой группы выходов регистра, а выход блока деления подключен лс информационному входу первого сумматора., выход которого подключен- к первому информационному входу второго блока умножения, второй информационный вход которого является вторым информационным входом устройства, выход . второго блока умножения подключен к входу регистратора, причем первый и второй информационные входы второго сумматора подключены соответственно к выходам элемента НЕ и пер- врго нелинейнсзго элемента, выход вто 654 рого сумматора подключен к информациониому входу аналого-цифрового преобразователя, выходы которого подключены к соответствующим информационным входам первого блока памяти, выходы которого подключены к соответствующим информационньш входам коммутатора, первая и вторая группы выходов которого подключены соответственно к соответствующим информационным входам блока деления и второго блока памяти, выходы которого подключены к соответствукндим входам первой группы информационных входов блока сравнения, входы второй группы информационных входов которого подключены к соответствую1цнм выходам второй группы выходов регистра, информационные входы которого подключены к соответствукщим выходам блока сравнения, выход интегратора соединен с входами первого и вторрго нелинейных элементов, выход второго нелинейного элемента подключен к входу элемента НЕ. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит генератор 1 шума, первый блок 2 умножения, первый вход которого является первым информационным входом устройства, выход блока 2 умножения соединен с информационным входом интегратора 3, сумматор 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, информационный вход которого подключен к выходу сумматора 4, а выходы АЦП соединены с соответствующими информационными входами первого блока 6 памяти, первый блок 7 задержки, информационный вход которого подключен к выходу генератора 1 шума, а выход подключен к второму входу первого блока 2 умножения, вход начальной установки первого блока 7 регулируемой задержки объединен с входом запуска первого генератора 8 импульсов, выход которого объединен с входом начальной установки аналого-цифрового преобразователя 5 и через блок 9 постоянной задержки подключен к входу соответствующего счетчика 10, выход которого подключен к входу запуска второго генератора 11 импульсов, выход которого объединен с входом выдачи первого блока 6 памяти и подключен к входу запуска соответствующего генератора 12 импульсов, вход считывания первого блока 6 памяти, вход считывания аналого-цифрового преобразователя 5, входы начальной устанйвки интегратора 3, сумматора 4,управляющий вход блока 7 регулируемой задержки объединены и подключены к выходу второго блока 9 постоянной задержки, коммутатор 13, информационные входы которого соединены с соответствукидими выходами блока 6 памяти первый управляющий вход коммутатора 13 подключен к выходу соответствующе счетчика 10, второй управляющий вход коммутатора 13 подключен к выходу соответствующего счетчика 14 и входу запуска соответствующего генератора 15 импульсов, выход которого соединен с управляющимвходом блока 16 деления и управляющим входом другого сумматора 17, другой управляющий вхо которого объединен с входом останова первого генератора 8 импульсов и подключен к выходу соответствующего счетчика 18 , вход которого подключен к выходу генератора 15 импульсов, выход счетчика 18 соединен с управля ющим входом второго блока 9 умножения, первьй информационный вход которого подключен к выходу сумматора 17, а второй информационный вход является вторым информационным входом устройства, выход второго блока 19 умножения подключен к входу регистратора 20, регистр 21 считывания, вход которого подключен к выходу генератора 12 импульсов, а вход записи - к выходу генератора 15 импульсов, выходы первой группы выходов регистра 21 подключены к соответствующим входам первой группы входов блока 16 деления, входы второй группы информационных входов которого подключены к соответствующим выходам первой группы выходов коммутатора 13

вторая группа выходов регистра 21 соединена с соответствующими входами группы входов блока 22 сравнения, входы другой группы входов которого подключены к. соответствующим выходам второго блока 23 памяти, вход считывания которого объединен с управляющими входами регистра. 21 и блока 22 сравнения и подключен к выходу генератора 12 импульсов, входы начальной установки блоков 6 и 23 памяти, регистра 21 и сумматора 17 объединены и соединены с входом начальной установки первого блока 7 задержки, входы нелинейных элементов

24 и 25 объединены и подключены к выходу интегратора 3, выход нелинейного элемента 25 подключен через элемент НЕ 26 к информационному входу сумматора 4, второй информационный . вход которого подключен к выходу нелинейного элемента 24.

Устройство работает следующим образом.

Как известно, корреляционная связ между входным и выходным сигналами исследуемого объекта определяется при помощи соотношения Винера-Ли.

(О

R,yW Jh(i-tlR(t)dt,

где R ( ) - функция взаимной корреляции процессов x(t) и y(t) ;

R(t) - функция автокорреляции входного процесса x(t);

h(t -с) - импульсная переходная функция системы.

Если x(t) - реальный шум, имеющий равномерньй спектр в полосе частот, значительно превышающей полосу пропускания исследуемой системы, то можно заменить функцию ) в (1) на автокорреляционную функцию идеального белого шума л о (t), где о (t) - функция Дирака, тогда

00

(2)

R,yitHJhU-tU8(t)dt oi.b() -со

В этом случае взаимная корреляционная функция RX,, (о ) непосредственно дает выражение для оценки импульсной переходной функции h(t).

Измерение импульсной переходной функции в предлагаемом устройстве производится на основе алгоритма (2).

По сигналу, поступающему.с управляющего входа устройства на входы начальной установки блока 7 задержки блоков 6 и 23 памяти, регистра 21 и сумьгатора 17, вход запуска генератора 8 импульсов начинается функционирование устройства. Выходной сигнал генератора 1 шума поступает на вход исследуемого объекта и на информационный вход блока 7 задержки. Реакция исследуемого объекта на белый шум поступает на первый вход блог5 ка 2 умножения, на второй вход которого поступает4 задержанная на интерi

вал i и (где i 1, n) реализация белого шума с выхода блока 7 регулируемой задержки. С выхода блока 2 умножения сигнал оС ti(t) поступает на информационныйвход интегратора 3.

С выхода

сигнал

интегратора второго

на входы первого и подается нелинейных элементов 24 и 25. Через один из нелинейных элементов проходит сигнвл только одной полярности, через .другой нелинейный элемент проходит сигнал только другой полярности. Сигнал с выхода первого нелинейного элемента 2А подается на первый информационный вход сумматора 4, на второй информационньш вход которого подается через элемент НЕ 26 сигнал с выхода второго нелинейного элемента 25. Таким образом, на выходе сумматора 4 получается модульное значение функции h(t). После запуска первьй генератор 8 импульсов начинает вырабатывать импульсы, период следования которых Т равен времени отведенному на усреднение сигнала при конкретном значении времени запаздывания с . Эти импульсы поступают на вход начальной установки АЦП 5 для обнуления его и на блок 9 задержки, задерживающему тактовый импульс первого генератора 8 импульсов на интервал времени д Т, достаточный для окончания в устройстве всех переходных процессов, вызванных сигналом запуска.

Задержанный на время д импульс первого генератора 8 импульсов, с выхода блока 9 постоянной задержки, поступает на управляющий вход блока 7 регулируемой задержки для выбора нового значения запаздывания, на вход начальной установки интегратора 3 для его обнуления, на вход начальной установки сумматора 4 для его обнуления, на управляющий вход АЦП 5 для переписи в блок 6 пaмяtи последнего оцифрованного значения сигнала с выхода сумматора 4 на вход записи первого блока 6 памяти для обеспечения приема блоком 6 памяти сигналов с выхода АЦП 5.

После прохождения первого импульса с выхода блока 9 задержки начинается новый цикл описанного процесса при значении запаздывания в блоке 7 регулируемой задержки - 2 IJ .

Следутощие циклы измерения производятся аналогичным образом при времени запаздывания 3 и т.д. до п-г , причем длительность каждого цикла определяется периодом Т задержанных в блоке 9 задержки импульсов первого генератора 8 импульсов.

Таким образом, после выработки n импульсов генератором 8, импульсы в первом блоке 6 памяти оказываются записанными n модульных значений импульсной переходной функции исследуемой системы, каждое значение - в соответствующей ячейке блока 6 памяти в видЗ двоичного кода. Другими словами, в блоке 6 памяти оказываются записанными, модульные значения взаимно-корреляционной функции или, в соответствии с выражением (2), импульсной переходной функции системы, снятые с дискретностью, равной о , т.е.оСП (с) Импульсы с выхода блока 9 постоянной задержки поступают тайже на вход счетчика 10. После того, как счетчик 10 насчитывает п входных импульсов, он вырабатывает на своем выходе сигнал, поступающий на вход второго генератора 11 импульсов для его запуска и на один из управляющих входов коммутатора 13, по которому коммутатор 13 обеспечивает подключение выходов первого блока 6 памяти к информационным входам второго блока 23 памяти. Для понимания последующего изложения необходимо иметь в виду, что после запуска генераторов 11, 12 и 15 импульсов - они вырабатьшают серии из п, 2 и n импульсов соответственно, причем периоды этих тактовых генераторов выбраны так, что ин- терва.п времени Т2 между первым импульсом генератора 11 импульсов и последним импульсом генератора 15 импульсов меньше, чем период генератора 8 импульсов. По каждому импульсу генератора 11 импульсов, поступакицему на вход считывания первого блока 6 памяти, из него считывается в п раллельном коде одно очередное значение импульсной переходной функции (ИПФ), поступает на информационные входы коммутатора 13 и с выходов одной из групп выходов которого записывается в блок 23 памяти через информационные входы. Также по каждому импульсу генератора 11 импульсов, поступившему на вход генератора 12 импульсов, последний вырабаты-. вает два импульса, поступающие на вход счетчика 14 для подсчета и на соответствзчощие управляющие входы регистра 21, блока 22 сравнения и блока 23 памяти для выполнения сле дуиндей операций. По первому из двух импульсов генератора 12 импульсов (выработанных в качестве реакции на очередной импульс генератора 11 импульсов) поступившему на вход считывания блока 23 памяти для считывания записанного в нем значения и вьщачи его на первы входы блока 22-сравнения, на первый вход считывания регистра 21 для считьшания хранящегося в нем значения и подачи его ни входы одной из групп входов блока 2 сравнения, на управля ющий вход блока 22 сравнения для про изводства сравнения, производится сравнение двух двоичных чисел, посту пивших на входы первой и второй груп входов блока 22 сравнения. По второму из двух импульсов гене ратора 12 импульсов (выработанных в качестве реакции на очередной импульс генератора 11 импульсов) произ водится обнуление блока 23 памяти, считывание из блока 22 сравнения бол шего из чисел и запись его в регисто 21. После выработки в п-ный раз пары импульсов генератором 12 импульсов в регистре 21 оказывается записанным наибольшее по величине из модульных значений ИПФ из записанных в первом блоке 6 памяти. В это же время счетчик 14 через 2п импульсов, поступивших на его вход с выхода генератора 12 импульсов,вырабатывает на своем выходе сигнал, поступивший на вход запуска генератора 15 импульсов для его запуска и на другой управляющий вход коммутатора 13 для переключения сигналов с информационных входов коммутатора 13 на соответствующие вх ды одной из групп информационных входов блока 16 деления. Генератор 15 импульсов вьфабатывает последовательность из п импульсов, поступающую на вход счетчика 18 Кроме этого, по каждому импульсу генератора 11 импульсов, поступающему на вход считывания первого блока памяти,из последнего считывается очередное модульное значение ИПФ и через коммутатор 13 записывается в блок 16 деления, а по каледому импульсу генератора 15 импульсов, по1510 ступакмцему с его выхода на второй вход считывания регистра 21,с его выхода на входы группы.входов блока 16 деления поступает хранящееся в регистре 21 наибольшее значение , ИПФ. По эаому же импульсу генератора 15 импульсов,.поступающему на управляющий вход блока 16 деления,в нем производится деление числа, поступившего на входы информационных входов с блока 6 памяти,на число, поступившее на входы другой группы информационных входов с регистра 21 (производится нормировка значений импульсной переходной функции, т.е. .иХ ХЧЧчГ получение значений (nd)) Ьц(и ), где h,jj - максимальное измеренное значение), и передача результата деления на информационный вход сумматора 17. По этому же импульсу генератора 15 импульсов, поступакмцему на управляющий вход сумматора 17, в нем производится суммирование числа, поступившего на его информационный вход,с числом, уже находящимся в сзгмматоре 17. Эта процедура повторяется по каждому из п импульсов генератора 15 импульсов. Б результате после вьщачи генератором 15 импульсов п-го импульса в сумматоре 17 хранится сумма значений, поступивших за время работы генератора 15 импульсов на информационный вход сумматора 17. По п-му импульсу генератора 15 импульсов счетчик 18 вырабатывает на своем выходе сигнал, который, поступив на вход останова первого генератора 8 импульсов, останавливает его генерацию, поступив на другой управляющий вход сумматора 17, считывает из него полученную в нем сумму чисел на первый информационный вход блока 19 умножения. В блоке 19 умножения осуществляется умножение числа, поступившего на первый информационный вход, на значение , поступившее на второй информационный вход блока 19 умножения Результат, переданный в регистратор 20 из блока 19 умножения, является значением параметра, характеризукмцего инерционность исследуемого объекта о ф - параметр, характеризуюпе1й инерционность системы (постоянная времени, для простейших систем); 1096 ИцС) - модуль нормированной импульсной переходной функции;Т - выбранное время интегрирования, определенное 5 как (п-1)Т. На этом цикл работы измерителя заканчивается. Следующий цикл начинается при поступлении на первый вход генератора 8 импульсов сигнала запуска. 0 Таким образом, предлагаемое корреляционное устройство для определения 5 ИПФ обеспечивает непосредственное измерение параметра, характеризующего инерционность линейных систем произвольной сложности (постоянной времени для простейших систем). При этом исчезает необходимость в проведении косвенных измерений и заметном объеме расчетной работы. Устройство позволяет также существен-; но повысить точность оценки параметра, характеризующего инерционность.