Устройство для автоматической регулировки параметров радиоэлектронной аппаратуры Советский патент 1987 года по МПК G05B13/04 

Изобретение относится к области автоматизации контрольно-испытательных и настроечно-регулировочных работ с радиоэлектронной аппаратурой (РЭА), а именно к самонастраивающимся системам, автоматически с использованием модели выбирающим режимом для достижения заданного критерия, предназначенным для настройки электрических цепей радиотехнических устройств по амплитудно-частотной характеристике, и может быть использовано при автоматизации технологических процессов производства РЭА, в частности в составе гибких производственных модулей, для настройки параметров различных радиоэлектронных объектов: усилителей низкой частоты, усилителей высокой и промежуточной частоты радиовещательных и телевизионных приемников, элект ронных вольтметров переменного тока, блоков передающих устройств, связной аппаратуры, аппаратуры радиорелейных линий связи и др.

Цель изобретения - повьшение быстродействия и расширение функциональных возможностей устройства.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 качающейся частоты, образцовое радиоэлектронное устройство 2, регулируемое радиоэлектронное устройство 3, первьй 4 и второй 5 амплитудные детекторы, дифференциальньш усилитель 6, парафазный усилитель 7, двухтакт- ньй детектор 8, блок 9 исполнительных устройств, блок 10 определения знака производной, анашого-цифровой преобразователь 11, цифровой вычисли- тельньй блок 12, генератор 13 импульсов, счетчик 14 импульсов, элемент 15 сравнения, блок 16 делителей частоты.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 качающейся частоты перекрывает весь диапазон частотной характеристики и) ,1О регулируемого устройства 3. Период качания частоты генератора в диапазоне а),,) равен Т.

Выход генератора 1 подключен к входу образцового устройства 2, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) которого является эталоном для настройки регулируемого устройства 3. Перед началом настройки к регулируемому устройству 3 подключа

ются генератор 1 качающейся частоты, амплитудный детектор 5 и исполнительные устройства блока 9. При этом перед подключением рабочих органов исполнительных устройств блока 9 к соответствующим настроечным элементам регулируемого устройства 3 последние устанавливаются в исходное положение и, таким образом, их параметры принимают известные начальные значения

(ц, , и,, ,..., и, и, /

где R - число настроечных элементовJ U;| - вектор начальных значений

их параметров.

После включения генератора 1 выходные напряжения регулируемого 3 и образцового 2 устройств через соответствующие амплитудные детекторы 4 и 5 поступают на дифференциальньй усилитель 6,предназначенный для выделения разности пррдетектированных выходных сигналов у ;тройств 2 и 3. . - Обозначим выход блока 6 как bV(t) - разность напряжений повторяющих

формы эталонной АЧХ и АЧХ регулируемого устройства 3. Напряжение с выхода дифференциального усилителя 6 через парафазный усилитель 7 посту- пает на вход двухтактного детектора 8, имеющего квадратичную характеристику преобразования сигналов. На выходе детектора 8 формируется напряжение, которое представляется в виде функции

Q И UV(t)4t, (1)

W

Q - определяет критерий качества регулировки.

Выходное напряжение детектора 8 через аналого-цифровой преобразователь (А1Щ) 11, преобразование в цифровой сигнал, поступает в цифровой вы- числительньй блок 12.

Цифровой вычислительньй блок 12 устройства работает следующим образом. Для рассматриваемого класса радиоэлектронных объектов зависимость, выходного напряжения двухтактного детектора 8 (критерия регулировки) от значений параметров настроечных элементов описывается следующим стохастическим уравнением:

Qj ,-(Uj), (Uj)4j,.

1- 1 (2)

где j - индекс измерения (цикла регулировки) ,

Uj

вектор значении параметров настроечных элементов размерностью R;

Ч(и.)- вектор-функция векторного ар- гумента Uj с элементами

i 1,2,..., м;

вектор случайных коэффициентов, принимающий для каждого устройства, поступающего на регулировку, неизвестное nocтоянное значение в соответствии с нормальной функцией плотности распределения вероятностей Ро(Э)м(ЭоДо) 4-- случайная величина, характе- 1)изующая погрешности измерения и ошибку аппроксимации, нормально распределенная РС,.) N,(0,( ,, Определение Ц ( ) и значений р.Г.в осзтдествляется априори, до работы с серией радиоэлектронных устройств, подлежащих регулировке, с помощью известных математических методов на основе статистической обработки данных, полученных в результате работы с отдельными устройствами серии.

Приведенные характеристики (Ср(),ро 1(5 являютсл исходными данными о регу- лируемом устройстве, необходимыми для работы блока 12, которые вводятся в его память до начала регулировки вместе с программой работы.

После приема информации от АЦП 11

на вход 1 блоком 12 производится пре-35 ющей т-му настроечному элементу

образование значения Q-., во внутренний код. Затем производится анализ близости АЧХ регулируемого устройства 3 и эталонной, АЧХ по условию Qji,,, где - заданная точность настройки.40

Если это условие выполняется, то , регулировка прекращается и переходят к регулировке следующего устройства, iесли.нет, то выбирают режим поиска, заключа етцийся в проверке условия 45

abs (Qj-Qi.,)2.

.Если это условие выполняется, то

продолжается работа устройства в режи- 1ме локального поиска, если н.ет, то в Режиме глобального поиска. 50

В режиме локального поиска для определения частных производных кри- ;терия регулировки Q по параметрам настроечных элементов используется дискретный фильтр Калмана-Бьюси. Статистически оптимальная оценка вектора неизвестных случайных параметров PJ вычисляется по рекуррентным

формулам дискретной калмановской фильтрации

j Pb+ .-.-fCu,);(3)

Kj(и, )} . - ковариаJJ -1

ционная матрица ошибок ; (4)

К . I;,, (и . ) 6- + .)- Е .,,Ч(и . )f(5)

-вектор-коэффициент усиления

j 1,2,...

Затем определяется вектор-градиент частных производных, задающий направление движения рабочих органов блока 9 исполнительных устройств

Qj

Pj v.(Uj)(6)

В режиме локальной настройки по значению вектора-градиента вычисляются коэффициенты деления Rj {п,П2.,.. делителей частоты блока 16.

Для этого определяется максимальная компонента вектора-градиента

шах

{abs(-|2i) i i;2,...R}

аи

-iQL

аи

e,-i

(7)

Ее номер присваивается параметру m и коэффициент деления, соответству(га-й делитель частоты блока 16), принимается равным единице .

Затем вычисляются коэффициенты деления, соответствующие настроечным элементам 1 1,2,... ,R,|

ЭО; , аО: Г п

, г diJ 1 / аП: fi

е.Г t-аГ.

(8)

Ч)

и направления движения рабоч их органов блока 9 исполнительных устройств

- sign

(--)

Я1Т. .

(9)

«Н

После сброса счетчика 14 импульсов цифровой вычислительный блок 12 вьща- ет цифровые сигналы, равные п и , 1 1,2,..., R, на вторые входы делителей частоты блока 16 и вторые входы исполнительных устройств блока 9 соответственно. После этого согласно алгоритму работы вычислительный блок 12 подает сигнал запуска на вход 1

5 . - 1 генератора 13 импульсов и переходит в режим ожидания прерывания от блока 10 определения-знака производной.

По запуску генератор 13 импульсов формирует последовательность импульсов, калиброванных по длительности и амплитуде и имеющих постоянную частоту повторения. Импульсы поступают через делители частоты блока 16 на соответствукяцие исполнительные уст- ройства блока 9. При этом установка коэффициента деления по каждому каналу, соответствукяцему отдельному (i-му) настроечному элементу, обеспе- ивает то, что частота импульсов, поступающих по каналу этого (iTo) настроечного элемента, пропорциональна соответствующей (i-й) компоненте вектора-градиента частных производных (6). При подаче на 1-е входы исполнительных устройств блока 9 импульсов от делителей частоты рабочие органы исполнительных устройств отрабатьгеают движения, скорость которых пропорциональна частоте импульсов, а следова- тельно, пропорционально частоте изменяются и значения параметров настроечных элементов. Поскольку направления перемещения рабочих органов (знак изменения значений параметров) опреде- ляются сигналами, заданными на 2-х входах исполнительных устройств блока 9, то таким образом обеспечивается изменение значений настроечных элементов в направлении, отрицательном вектору-градиенту критерия качества регулировки, т.е. в сторону наибольшего уменьшения Q по всем компонентам и (настроечным элементам), вследствие чего АЧХ регулируемого устройства приближается к эталонной АЧХ.

ИзмЙ1ение критерия качества регулировки Q, характеризующего квадратичную меру близости амплитудно-час

В режиме глобального поиска, ког 35 да выполняется условие abs(Qj -р.,)- Ej) свидетельствующее о том,что возможности локального поиска исчерпаны, вычисляется новая зона локального поиска. Для этого, применяются извест- 40 ные математические методы, использую щие генератор случайных чисея, равномерно распределенных в области допустимых значений параметров настроечных элементов с последовательным исклютотных характеристик (1), отражается 45 чением из этой области зон локального в изменении выходного напряжения поиска, и определяется начальная точ- двухтактного детектора 8, которое по- „ового локального поиска U.-, . дается на вход блока 10 определения д перевода регулируемого устройст- знака производной. При этом на выходе 3. в это состояние вычисляются блока 10, состоящего из дифференциа- 50 направление движения рабочих органов тора, определяющего величину производной входного сигнала по времени 3Q/$t, и различителя sign (3Q/5t), в котором определяется знак производной (в качестве различителя исполь- 55 зуется логический элемент), сигнал появляется только в том случае, если знак производной перестает быть отри- цательным:

..Г

шаг движения (количество импульсов)

S. ли . max {abs(U-- -и j)(12) 1 + 1 .j + i . - 1-1,..5 R

и коэффициенты деления

39

sign (aq/at) ovi.

Последнее условие свидетельствует о том, что з еньшение критерия качества регулировки при движении в вычисленном направлении прекратилось.

Выработанньй блоком 10 сигнал прерывания подается на второй отключающий вход генератора 13 импульсов и на 3-й вход цифрового вычислительного блока 12, где повторяется цикл вычисления и установки нового направления поиска. .

Для определения значений параметров настроечных элементов регулируемого устройства блок 12 осуществляет опрос регистра данных счетчика 14 импульсов. На первом цикле эти значения соответствуют исходным состояниям настроечных элементов и равны U. . Для последующих циклов они определяются по предыдущим значениям параметров и по указанию счетчика импульсов Sj с учетом установленных коэффициентов деления и направлений движения рабочих органов по формуле

U,JM- S.

i.-1 ;:i-i

,2,..R ,,3..

(10)

Затем блок 12 осуществляет прием .цифрового сигнала от АЦП 11 и т.д.

В режиме глобального поиска, ког да выполняется условие abs(Qj -р.,)- Ej) свидетельствующее о том,что возможности локального поиска исчерпаны, вычисляется новая зона локального поиска. Для этого, применяются извест- ные математические методы, использую ие генератор случайных чисея, равноерно распределенных в области допустимых значений параметров настроечных элементов с последовательным исключением из этой области зон локального поиска, и определяется начальная точ- „ового локального поиска U.-, . перевода регулируемого устройст- 3. в это состояние вычисляются направление движения рабочих органов

чением из этой области зон локального поиска, и определяется начальная точ- „ового локального поиска U.-, . д перевода регулируемого устройст- 3. в это состояние вычисляются направление движения рабочих органов

..Г

шаг движения (количество импульсов)

S. ли . max {abs(U-- -и j)(12) 1 + 1 .j + i . - 1-1,..5 R

и коэффициенты деления

п.

,

absUU,,,(Ui,,,,- и.Г (13) уК«

После сброса счетчика 14 импульсов бло1 12 вьщает цифровые сигналы, рав- ные вычисленньм значениям коэффициентов деления, направлений движения рабочих органов и шагу движения соответственно на блоки 16,9 и 15. После этого блоком 12 вырабатывается сигнал запуска генератора 13 импульсов и блок 12 переходит в режим ожидания прерьтания от элемента 15 сравнения. Движение рабочих органов исполнительных устройств блока 9 осуществляется так же, как и при локальной настройке, в направлении, установленном на вторьпс входах блока 9 пропорционально коэффициентам деления делителей частоты блока 9. Однако при глобаль- ном поиске цикл регулировки прекращается по переходу регулируемого устройства 3 в состояние, соответствующее значениям Uj../ параметров настроечных элементов. Об этом сигнали- зирует элемент 15 сравнения, вы- рабатьгеающий сигнал прерывания по сравнению заданного на 2-м входе зна- чени1| со значением регистра данных счетчика 14 импульсов, подключенным к его первому входу, поступающий на 2-й вход генератора 13 импульсов и 4-й вход блока 12. После прерывания по входу 4 от- элемента сравнения начинается очередной цикл регулировки, 35 второй амплитудный детектор соединен вычислительный блок 12 осуществляет с вторым входом дифференциального

усилителя, выход которого через пара- фаз ньш усилитель подключен к входу

считывание с АЦП и т.д.

Таким образом обеспечивается поиск во всех зонах локальных экстремумов и настройка регулируемого устройства 3 завершается по достижении требуемого качества (меры близости АЧХ регулируемого устройства и эталон- ной АЧХ)..

Введение в структуру устройства приведенных вьш1е блоков и связей дает возможность сократить время настройки за счет использования дискретного фильтра Калмана-Бьюси для определения статистически оптимальных оценок неизвестных параметров стохастической модели регулируемого устройдвухтактного детектора, и блок испол- 40 нительных устройств, соединенный выходами с вторыми выходами устройства, отличающе ее я тем, что, с целью повьшгения быстродействия и расширения функциональных возможнос- 45 тей, в него введены блок определения знака производной, подключенный входом к выходу двухтактного детектора и входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с 50 первым входом цифрового вычислительного устройства, подключенного вторым входом к выходу блока определения знака производной, а третьим входом - к выходу счетчика импульсов и первому

двухтактного детектора, и блок испол- 40 нительных устройств, соединенный выходами с вторыми выходами устройства, отличающе ее я тем, что, с целью повьшгения быстродействия и расширения функциональных возможнос- 45 тей, в него введены блок определения знака производной, подключенный входом к выходу двухтактного детектора и входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с 50 первым входом цифрового вычислительного устройства, подключенного вторым входом к выходу блока определения знака производной, а третьим входом - к выходу счетчика импульсов и первому

ства, позволяющего повысить точности определения частных производных, а 55 входу элемента сравнения, выход кото- также за счет исключения необходимое- рого соединен с четвертым входом циф- т.и в пробных шагах и применения градиентного метода наискорейшего спуска с Переменным шагом для организации

рового вычислительного устройства и первым входом генератора импульсов, второй вход которого подключен к выпроцесс а автоматического поиска экстремума критерия качества регулировки Режим глобальной настройки расширяет возможности системы при регулировке сложной РЭА, поскольку для нее критерий качества, как правило, имеет несколько локальных экстремумов, а требуемую точность настройки обеспечи- вает только один из них.

Особое преимзш1ество предлагаемое устройство имеет при создании гибких технологических модулей производства РЭА, поскольку по сравнению с известными устройство позволяет уменьшить себестоимость контрольно-регулировочных операций, увеличить коэффициент использования измерительной аппаратуры, в том числе средств вычислительной техники, и уменьшить требования к квалификации операторов-регулировщиков .

Формула изобретения

Устройство для автоматической регулировки параметров радиоэлектронной аппаратуры, содержащее генератор качающейся частоты, выход которого соединен с первым выходом устройства и через последовательно соединенные образцовое радиоэлектронное устройство и первый амплитудный детектор с первым входом дифференциального усилителя, вход устройства через

двухтактного детектора, и блок испол- 40 нительных устройств, соединенный выходами с вторыми выходами устройства, отличающе ее я тем, что, с целью повьшгения быстродействия и расширения функциональных возможнос- 45 тей, в него введены блок определения знака производной, подключенный входом к выходу двухтактного детектора и входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с 50 первым входом цифрового вычислительного устройства, подключенного вторым входом к выходу блока определения знака производной, а третьим входом - к выходу счетчика импульсов и первому

55 входу элемента сравнения, выход кото- рого соединен с четвертым входом циф-

входу элемента сравнения, выход кото- рого соединен с четвертым входом циф-

рового вычислительного устройства и первым входом генератора импульсов, второй вход которого подключен к вы9130223910

ходу блока определения знака производ-устройства, а выходы - к первым входам

ной, а третий вход - к первому выходублока исполнительных устройств, соецифрового вычислительного устройства,диненного вторыми входами с третьими

выход генератора импульсов соединенвыходами цифрового вычислительного

с входом счетчика импульсов и первыми 5устройства, четвертьй и пятый выходы

входами блока делителей частоты, вто-которого подключены к вторым входам

рые входы которого подключены к вторымсоответственно элемента сравнения и

выходам цифрового вычислительного счетчика импульсов.

Составитель В. Башкиров Редактор Н. Тупица Техред Л. Сердюкова Корректор М.Пожо

Заказ 1215/46 Тираж 864 Подписное ВНИШШ Государственного комитета СССР

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

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

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для автоматизации настроечно-регулировочных работ с радиоэлектронной аппаратурой, а именно к самонастраивающимся системам, автоматически, с использованием модели, выбирающим режим для достижения заданного критерия, предназначенным для настройки электрических цепей радиотехнических устройств по амплитудно-частотной характеристике. Целью лзобретения является повьшение быстроV действия и расширение функциональных возможностей. Устройство для автоматической регулировки параметров радиоэлектронной аппаратуры содержит генератор 1 качающейся частоты, к выходу которого подключены образцовое радиоэлектронное устройство 2 и регулируемое радиоэлектронное устройство 3, первый 4 и второй 5 амплитудные детекторы, дифференциальный усилитель 6, парафазный усилитель 7, двухтактный детектор 8, блок 9 исполнительных устройств, блок 10 определения знака производной, аналого-цифровой преоб- Q разователь 11, цифровой вычислитель- ный блок 12, генератор 13 импульсов, /Л счетчик 14 импульсов, элемент 15 срав- J нения, блок 16 делителей частоты. Цель изобретения достигается за счет введения блоков 10-16. 1 ил. S оо о to го оо со