Анализатор экстремумов Советский патент 1986 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к автомати- ке и вычислительной технике, в частности к устройствам для обработки цифровых данных, и может быть использовано в системах экстремально- го регулирования,

Цель изобретения - ловышение точности определения значения и момента появления экстремума.

На фиг, 1 представлена функцио- иальная схема устройства; на фиг.2 - графики исследуемых зависимостей.

Устройство содержит (фиг.1) ключ 1 , элемент НЕ 2, аналого- цифровой преобразователь 3, аналоговый сумма- тор 4, генератор 5 тактовых импульсов, первый и второй счетчики 6 и 7 соответственно, дешифратор 8, резисторы 9 и 10, сумматор П., пороговые элементы 12-13, триггеры 14-17 цифроаналоговый преобразователь 18, первьй и второй блоки ключей (считывания) 19-20, элементе И 21-25, элементы ИЛИ 26-27, элементы И-НЕ 28-32, формирователь 33 импульсов, элемент 34 задержки.

Блоки ключей 19-20 считывания могут быть выполнены, например, на элментах И, первые входы которых объединены и образуют управляющий вход блока, а вторые входы образуют информационный вход блока.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение исследуемого процесса через ключ I подается на вход аналого-цифрового преобразователя 3 и преобразуется в параллельный код с частотой выборкиj определяемой

блоком управления, выполненным на генераторе 5, счетчике 6, дешифраторе 8 и элементе НЕ 2. Параллельный код находится на выходе аналого-цифрового преобразователя 3 в течение последних четырех тактов из семи, задаваемых дешифратором 8, третий такт дешифратора 8 является синхроимпульсом для записи информации в регистр 10 и стробирования сумматора 1 1 , четвертый такт дешифратора 8 стробирует схему вьщеления импульса экстремума, на элементах ИЛИ 27,, И 25, И-НЕ 31 и 32, счетчика 7, пятый такт дешифратора 8 разрешает запись информации в регистр 9. На первьй вход сумматора 1 1 с аналого- цифрового преобразователя 3 поступает текущее значение исследуемого сигнала в прямом коде, а на второй

о

0

S

732

вход сумматора Н - значение, изме- ренное в предьщущем такте в дополнительном коде, так как с вторым входом сумматора 11 соединен инверсный выход регистра 9, а вход переноса младшего разряда сумматора 11 соединен с уровнем логической 1.. Когда значение кода числа, поступающего с аналого-цифрового преобразователя 3, больше или равно значению кода, хранящегося в данньй момент в регистре 9,. уровень логического ну- ля появляется на инверсном выходе переноса старшего разряда сумматора П. Таким образом, на сумматоре 11 складывае1тся предьздущий отсчет в дополнительном коде и последующий отсчет в прямом коде. Начало последовательности импульсов на инверсном выходе переноса сумматора. 1i сигнализирует о том, что предыдущий отсчет является локальным минимумом, а конец последовательности - соответствующий отсчет является локальным максимумом. Выделение сигнала о миним / ме производится с помощью элемента И-НЕ 28 на прямом выходе триггера 16, а сигнала, о максимуме - на инверсном выходе триггера 16 .

г

В нсходном состоянии счетчик 7, триггеры 16-17 обнулены, а триггеры 14-15 находятся в единичном состоянии, пороговый элемент 12 построен так, что, он вьщает сигнал при превышении входной информации значения, близкого к верхнему пределу измерения аналого-цифрового преобразователя 3, пороговый элемент 13 настроен так, что выдает сигнал при значении разности последующего и предыдущего отсчетов аналого-цифрового преобразователя, равном значению, близкому к величине зоны нечувствительности аналого-цифрового преобразователя, На выходе элемента И-НЕ 30 уровень логический единицы.

Рассмотрим процесс выделения максимума р;ля зависимостей с большой скоростью изменения производной. При монотонном возрастании входного напряжения ка инверсном выходе переноса сумматора 11 вьщеляются отрицательные импульсы с частотой и периодом, совпадающими с импульсами синхронизации сумматора 11„ которые вырабатываются с третьего выхода дешифратора 8 и через элемент И 22 подаются на управляющий вход сумматора

1 1 и вход элемента И-НЕ 28-, на другой вход которого подаются импульсы обратной полярности с выхода переноса сумматора 11. На вход установки в единичное состояние триггера 16 в этом случае импульсы не зроходят в триггер 16 по первому импульсу с выхода переноса сумматора установится в нулевое состояние. Пороговый элемент 13 не срабатывает, так как для крутых зависимостей приращение функции больше величины срабатывания При изменении знака производной входного напряжения, импульсы с выхода переноса сумматора прекращаются и- устанавливается уровень логической единицы, который разрешает прохождение импульсов синхронизации через элемент И-НЕ 28 на вход установки в единичное состояние триггера 16, формирователь 33 выдает импульс на переключение триггера 16 из нуля в единицу, сигнализирующий о наличии максимума, и через элемент И 23 включит блок 20 ключей считывания, в результате чего на его выходе появится значение максимума, записанное в предыдущем цикле измерения в. регистре 9.

При анализе зависимостей, у которых приращение функции за период дискретизации соизмеримо с величиной зоны нечувствительности аналого-цифрового преобразователя, сработает пороговый элемент 13 и переключит триггер 15 в нулевое состояние. При этом нулевой уровень с прямого выход триггера 15 запретит работу порого- :вого элемента 13, элемента И 21 и элемента И 23. Импульсы записи ин- 1формации в регистр 10 не будут проходить с третьего выхода дешифратора 8 через элемент И 21 и в регистре 10 запомнится значение входного напряжения (fxp, фиг.2) в момент переключения триггера 15. Единичный уровень с инверсного выхода триггера 15 включит элемент И 24, пороговый элемент 12 и переключит ключ 1 так, что на вход аналого-цифрового преобразователя 3 будет подаваться напряжение с выхода вычитающего усилителя 4. На его минусовом входе зафиксируется аналоговый уровень, с выхода цифроаналогового преобразователя 18, эквивалентный цифровому коду в регистре 10. На плюсовой вход подается входное напряжение исследуемой зависимости. Изменение разницы этих двух

с;5,.-;;алов усилеккой в к раз, будет повторять форму входного сигнала, при этом приращение функции за период дискретизации увеличится в К раз и анализатор будет продолжать работу как для зависимостей с большой скоростью изменения производной, рассмотренной ранее. При подходе к зоне нечувствительности аналого-цифро0 вого преобразователя 3 уже. на втором пределе, возможно случайное изменение разности кодов на выходе сумматора 11 как в положительную, так и в отрицательную область. Это вызовет

5 переключение триггера 16, но в этом режиме импульс с формирователя 33 не пройдет через элемент И 23 на блок ключей 20 считывания, а обнулит счетчик 7 и включит триггер 17, ко0 торый разрешит прохождение тактовых импульсов с четвертого выхода дешифратора 8 через элемент И 25 на счетный вход счетчика 7, коэффициент це- ресчета которого равен трем. Если

5 счетчик 7 зафиксирует три импульса до момента следующего изменения знака первой производной входного напряжения, то импульс переполнения будет являться признаком появления максимума. Так как импульс переполнения устанавливает триггер 17 в нулевое состояние и через элемент ИЛИ 27 обнуляет счетчик 7, его длительность будет равна времени переходных процессов в счетчике 7, поэтому для на5 дежной работы устройства применяется схема типа защелки на элементах И-НЕ 31 и 32, которая растяги- вает импульс переполнения до длительности импульса с четвертого выхода дешифратора В. Данный импульс проходит через элемент И 24, так как на другой его вход поступает единичный уровень с вьгхода триггера 15, и через элемент ИЛИ 26 и элемент 34 задержки переключает триггер 14 и триггер 5, который возвращает в первоначальное состояние элементы устройства, а именно: включает элементы И 21 и 23 пороговый элемент 13; выключает элемент И 24 пороговый элемент I2 и переключает ключом 1 вход аналого- цифрового преобразователя на вход устройства. Нулевой уровень с инверсного выхода триггера 14 через

элементы И-НЕ 29 разрешает происхождение импульса с третьего выхода дешифратора 8 через элемент И-НЕ 30 на управляющий вход ,блока 19 ключей

0

0

5

считывания, на выходе которого появится цифровой код с вьгхода аналого- цифрового преобразователя 3, соответствующий измеренному входном |Г нап ряжению, близкому к истинному макси- муму.

Так как импульс с вьгхода И-НЕ 30 выделяется отрицательной полярности, а импульс с третьего выхода де1пиф- ратора 8 приходит на вход элемента И 22 положительной полярности, то он на выход элемента И 22 не пройдет тем самым исключается из анализа сумматора 11 первая после переключе- ния разность двух отсчетов, которая не несет информации об истинном характере изменения зависимости и может привести к сбою устройства. Пороговый элемент 12 может включаться только на втором пределе измерения в случае, когда пологий участок имеет длительную протяженность, и за это время исследуемая функция (f (х),фиг ,2) приблизится к пределу измерения аналого-цифрового преобразователя 3. В этом случае через элемент ИЛИ 26 и элемент 34 задержки переключится триггер 15 на первый предел, в регистре 10 запишется но- вый код и, если скорость приращения функции не изменится, то пороговый элемент 13 снова переключит триггер 5 на второй предел и процесс анализа повторится до тех пор, пока не будет выделен максим ум.

Формула изобретения

Анализатор экстремумов, содер

жапщй .ключ, генератор тактовых импульсов, четыре элемента И, три триггера, два элемента ИЛИ, пять элементов И-НЕ, элемент НЕ, первый и вт о- рой счетчики, выход.первого из которых соединен с входом дешифратора, первый выход которого через элемент НЕ соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к информационному входу первого регист ра, тактовьм вход которого соединен с вторымвыходом дешифратора, третий выход которого подключен к первым входам первого элемента И и первого элемента , выход которого соединен с первым входом второго элемента И-НЕ, выход которого подключен к второму входу первого элемента И-НЕ, а второй вход объединен с нулевым входом первого триггера, первым входом первого элемента ИЛИ и подключен к инверсному выходу второго счетчика, счетный вход и вход сброса которого соединены соответственно с выходами первого элемента И и первого элемента ИЛИ, второй вход которого обтэединен с единичным входом первого триггера, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, инверсный выход второго триггера подключен к входу формирователя импульсов, отличаю- .щ и и с я тем, что5 с целью повышения точности определения значения и момента появления экстремума, в него введены два пороговьгх элемента, суюматорз цифроаналоговый преобразователь, вычитающий усилитель, два блока ключей считывания четвертью триггер, элемент задержки и пятый элемент И, при этом выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом первого счетчика, а первый информационный вход ключа объединен с первым входом аналогового сумматора и является входом анализатора, второй информационный вход ключа соединен с выходом аналогового сумматора, а выход подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к информационным входам первого порогового элемента, второго регистра, первого блока ключей считывания. Входам первого слагаемого сумматора, вход второго слагаемого кото)эого подключен к инверсному выхо ду первого регистра, прямой выход которого соединен с информационным входом второго блока ключей считывания, выход 1 ;оторого является выходо предыдущего значения максимума анализатора, вход переноса младшего разряда сумматора подключен к шине логической единицы, синхррвход суг-шатора объединен с первым входом третьего элемента И-НЕ и соединен с выходом третьего элемента И, первый вход которого объединен с нулевым входом третьего триггера, пер- вцм входом четвертого и выходом пятого элементов И-НЕ и управляющим входом первого блока ключей считывания, выход которого является выходом истинного максимума анализатора, выход суммы сумматора подключен к

информационному входу второго порогового элемента, управляющий вход которого объединен с первыми входами первого и четвертого элементов И и подключен к прямому выходу четвертого триггера, инверсньш выход которог соединен с управляющими входами пер- вого порогового элементаJ ключа и первым входом пятого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И-НЕ, а выход - к первому входу второго элемента ИЛИ и к единичному входу третьего триггера, при этом выход формирователя и|ч- пульсов соединен с единичным входом второго триггера и вторым входом четвертого элемента И, выход которого подключен к управляющему входу второго блока ключей считывания, выход второго порогового элемента с оединен с нулевьш входом четвертого триггера, единичньй вход которого через элемент задержки подключен к выходу второго элемента ИЛИ, второй

вход которого соединен с выходом первого порогового элемента, инверсный выход переноса старшего разряда сумматора подключен к второму входу третьего элемента И-НЕ и нулевому входу первого триггера, единичный вход которого соединен с выходом третьего элемента И-НЕ, выход второго регистра подключен к информационному входу цифроаналогового преобразователя, выход которого соеди- нен с вторым входом аналогового сумматора, второй вход третьего элемента И подключен к четвертому выходу дешифратора, второму входу первого элемента Инк первому входу пятого элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу третьего триггера, пятый выход дешифратора соединен со стробирукхцим входом первого порогового элемента.

Изобретение относится к области вычислительной техники и автоматики. Цель изобретения - повышение точное- ти определения значения и момента повышения экстремума. Для достижения цели анализатор содержит два пороговых элемента, сумматор, аналого- цифровой преобразователь, аналоговый сумматор, блоки ключей считывания, дополнительные триггер и элемент И, элемент задержки, соответственно соединенные с другими узлами схемы. Данное изобретение обеспечивает повышение точности определения место положения экстремума типа максимум и может использоваться для слежения в реальном масштабе времени за процессами химического производства, температурными режимами и испытаниями материалов на растяжение, сжатие в различных режимах в системах экстремального регулирования. 2 ил. с & (Л 00 W) :«:)

.Г

Ь

Xf; Хя7 Jff Xrtjj Xj Xmp X

f/e.2

Редактор С.Патрушева

Составитель Э.Сечина Техред М.Ходанич

Заказ 2773/52

Тираж 671 о Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб . , д.4/5

Производственнс-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Корректор С.Черни