Устройство для классификации многопараметрических объектов Советский патент 1988 года по МПК G06F17/00 

(Л

yiufff

ления, классификатор 7, усилители вертикального В и горизонтального 9 отклонения луча, электронно-лучевую трубку 10, генератор 11 пилообразного напряжения, блок 13 ввода параметров-, измеритель-преобразователь 14, буферный накопитель 15, блок 16 ввода оператора преобразования сигнала, клемму 17 питания. Устройство позволяет формировать обоб-, щенный сигнал на основе совокупности статических параметров, за счет чего повьшаются информативность описания объекта и достоверность его классификации. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для идентификации технических и медицинских объектов. Цель изобретения - повышение достоверности классификации за счет использования информации о статических параметрах объекта. Устройство содержит входную клемму 1, переключатель 2, масштабирующий усилитель 3, первьй 4 и второй 12 управляемые функциональные преобразователи, интегратор 5, блок 6 управ-

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной и испытательной технике и может быть использовано для идентификации различных объектов в частности для классификации объектов при технической и медицинской диагностике.

Цель изобретения - повьшение достоверности классификации многопара- метрических объектов за счет использования совокупности динамических сигналов и статистических параметров.

На фиг. 1 представлена схема уст- ройства; на фиг. 2 - схема классификатора; на фиг. 3 - схема буферного накопителя; на фиг. 4 - схема управления.

На фиг. 1 обозначены входная клем ма 1, переключатель 2, масштабирующи усилитель 3, первьй управляемый функциональный преобразователь 4, интегратор 5, блок 6 управления, классификатор 7, усилитель 8 вертикального отклонения луча, усилитель 9 гори- зо тального отклонения луча, электронно-лучевая трубка 10, генератор 11 пилообразного напряжения, второй управляемый функциональный преобразо ватель 12, блок 13 ввода параметров, измеритель-преобразователь 14, буферный накопитель 15, блок 16 ввода оператора преобразования сигнала и клемма питания 17.

Входная клемма 1 является одним из входов устройства и предназначена для подачи на вход устройства динамических сигналов контролируемого объекта.

Переключатель 2 режимов обеспечивает коммутацию электрических цепей и узлов устройства при работе в одно

из пяти режимов. Конструктивно переключатель 2 режимов состоит из четырёх переключателей, которые объединены в одном переключателе, например четырехплатном на пять положений .

Масштабирующий усилитель 3 служи для согласования сигнала объекта контроля с входными цепями первого функционального преобразователя 4 и представляет собой усилитель постоянного тока.

Первый 4 и второй 12 управляемые функциональные преобразователи выпонены на основе электронно-лучевой трубки. Первый- служит для нелинейного преобразования динамических сигналов, поступающих с контролируемого объекта через входную клемму 1 или с второго преобразователя 12, преобразующего статическое значение параметров в динамический сигнал.

Интегратор 5, содержащий операционный усилитель 5-1, конденсатор 5-2 обратной связи, входные резисторы 5-3 и 5-4, резистор 5-5 разряда конденсатора, предназначен для интегрирования динамического сигнала, подаваемого на его первый вход с выхода преобразователя 4 в течение определенного времени, суммиром вания полученного значения с некоторым заданным значением, подаваемым на его второй вход с выходом блока 16, и вьщачи результата на вход классификатора 7.

Подключение первого и второго вхдов интегратора 5 к входу усилителя 5-1 производится через входные резисторы посредством вторых замыкающих и третьих размыкающих контактов четвертого реле блока 6 управления.

Параллельно усилителю 5-1 подключен конденсатор 5-2, а через первые замыкающие контакты первого реле блок 6 управления - резистор 5-5 разряда конденсатора. Выход усилителя 5-1 подключен к выходу интегратора 5 через четвертые размыкающие контакты четвертого реле блока 6 управления.

Интегратор работает следующим образом,

: При замыкании контактов 6-1-1 конденсатор 5-2 разряжается, т.е. происходит обнуление интегратора. При замкнутых замыкающих контактах 5-4-2 размыкающие контакты 6-4-3 и 6-4-4 разомкнуты, так как принадлежат этому же реле. При этом на вход интегратора 5 подается интегрирующий сигнал и осуществляется про- цесс интегрирования, т.е. заряд конденсатора до определенного,напряже- .ния. По истечении заданного времени происходит переброс контактов 6-4-2, 6-4-3 и в противопо- ложное положение, к второму входу интегратора прикладывается через замкнутые контакты 6-4-3 сигнал с выхода блока , которьй суммируется с накопленным в интег-раторе значе- нием, и результирующий сигнал через замкнутые контакты 6-4-4 подается на вход классификатора.

Блок 6 управления содержит первое 6-1 и второе 6-2 реле, реле 6-3 вре- мени, третье реле 6-4, второе реле 6-5 времени, кнопку 6-6 Сброс, кнопку 6-7 Пуск-1,кнопку 6-8 Пуск-2 резистор 6-9, конденсатор 6-10, первые 6-11 и вторые 6-12 замыкающие контакты первого реле, первые 6-2-1, вторые 6-2-2, третьи 6-2-3, четвертые 6-2-4, пятые замыкающие 6-2-5, щестые размыкающие 6-2-6 контакты второго реле,-первые замыкающие 6-3и вторые размыкающие 6-3-2 контакты первого реле времени, первые 6-4-1, вторые 6-4-2 замыкающие и третьи 6-4-3, четвертые 6-4-4 размыкающие контакты четвертого реле, первые размыкающие контакты 6-5-1 второго реле времени, первый 6-11 и второй 6-12 выключатели.

Блок 6 предназначен для управления работой устройства при классификации объектов либо по совокупности статических параметров, либо по динамическим сигналам.

5 0, 5 0

5 0 з Q

5

Сущность работы блока управления состоит в коммутации с помощью контактов его реле определенных цепей внешних блоков, причем управление осуществляется нажатием соответствующих кнопок, а соответствующие временные выдержки - с помощью реле времени.

Классификатор 7 цредназначен для определения принадлежности контролируемого объекта к одному из классов состояния.

Блок 13 ввода параметров предназначен для преобразования физических параметров любой природы в электрические напряжения и их нормирования, запоминания и подачи нормированных значений параметров на управляющие входы второго преобразователя 12 на все время классификации состояния контролируемого объекта.

Преобразователи-измерители 14 осуществляют непосредственное измерение и преобразование в электрический сигнал значений контролируемых параметров. Они могут быть различного типа в зависимости от вида измеряемого параметра.

Буферный накопитель 15 включает в себя операционный усилитель 15-1, конденсатор 15-2, реостат 15-3, резисторы 15-4-15-6 и резистор 15-7 разряда конденсатора.

оуферньш накопитель работает следующим образом. При замыкании замыкающих контактов 6-1-2 происходит разряд конденсатора 15-2 на резистор 15-7, т.е. осзтдествляется обнуление- информации. При замьгкании замыкающих контактов 6-2-2, 6-2-3 и 6-2-4 и размыкании размыкающих контактов 6-2-5 и 6-2-6 как принадлежащих этому же реле происходит заряд конденсатора 15-2 входным напряжением, поступающим по цепи: контакты 6-2-3, реостат 15-3, резистор 1575, контакты 6-2-4, усилитель 15-1, конденсатор 15-2, резистор 15-4, контакты 6-2-2, корпус. При размыкании контактов 6-2-2, 6-2-3 и 6-2-4, замыкаются контакты 6-2-5 и 6-2-6 и на выходе 15-1 будет напряжение, равное напряжению, до которого заряжен конденсатор 15-2, образующий цепь обратной связи.

С помощью реостата 15-3 обеспечивают установку соответствзтощего ко-

5

эффициента передачи, подбором которого достигается нормирование контролируемого параметра.

Блок 16 предназначен для заданкп оператора нелинейного преобразования путем формирования соответствующих значений напряжений на своих выдах и подачи их на управляющие вход

первого преобразователя 4, а также для формирования напряжения, подаваемого с его последнего выхода на

второй вход интегратора 5. Блок ввода оператора преобразования сигнала может быть выполнен в виде набора потенциометров.

Устройство может работать в пяти

;режимах, задаваемых четырьмя переключателями 2. Основными режимами яв

iляются третий и пятьй. В третьем ре:жиме осуществляется классификация объектов, состояние которых отображается одним динамическим сигналом, а в пятом режиме - объектов, описываемых совокупностью статических параметров. Управление устройстйом классификации в этих режимах осуществляется блоком 6.

Пятому режиму присущи основные

операции устройства, поэтому рассмот-зо цепи блокировки реле 6-4, в резуль- рим работу последнего в этом режиме. Перед началом классификации нажатием кнопки 6-6 Сброс осуществляется сброс имеющейся информации. При этом срабатывает реле 6-1,которое своими замыкающими контактами 6-1-1 подключает параллельно конденсатору 5-2, а замыкающими контактами 6-1-2- параллельно конденсаторам 13-2 соответственно резисторы 5-5 и 15-7 разряда конденсатора, в результате чего указанные конденсаторы полностью разряжаются,

35

40

тате чего оно отпускает, его контакты 6-4-2 размыкаются, контакты 6-4-3 и 6-4-4 замыкаются, а интегратор 5 отключается от выхода блока 4 и подключается своим вторым входом к выходу блока I fe, а выходом - к входу классификатора 7.

Физическая сущность процесса клас сификации состоит в следующем.

Напряжение с вьпсодов буферных накопителей блока ввода параметров подаются на управляющие входы второго преобразователя 12. При подаче на его вход пилообразного напряжения на его выходе формируется некоторый обобщенный динамический сигнал x(t), с частотой, равной частоте импульсов генератора пилообразного напряжения, и имеющий форму,соответствующую данной совокупности напряжений, приложенной к его управляющим входам с выходов буферных накопителей.

Выключателем 6-12 на вход генератора 11 подается питание с клеммы 17 .

При нажатии на кнопку 6-7 Пусксрабатывает реле 6-2, которое своими замыкающими контактами 6-2-Т чер размыкающие контакты 6-3-2 становит ся на самоблокировку и запитывает катушку первого реле 6-3 времени, а также замыкает контакты 6-2-2, 6-2-3, 6-2-4 и размыкает контакты 6-2-5, 6-2-6 в цепях буферных нако- ,пителей 15. При этом буферные накопители запоминают значения измеренных и. нормированных параметров.

0

5

По истечении заданного времени срабатывает первое реле 6-3 времени, которое размыкает свои контакты 62-2 и замыкает контакты 6-3-1. При этом обесточивается реле 6-2 и размыкаются его контакты 6-2-1, однако реле 6-3 времени удерживается некоторое время во включенном состоянии за 0 счет большой постоянной времени разряда параллельно подключенной ему цепи из резистора - 6-9 и конденсатора 610. Этого времени достаточно для срабатывания реле 6-4, которое через размыкающие контакты 6-5-1 второго реле времени и собственные замыкающие контакты 6-4-1 становится на самоблокировку и запускает второе реле 6-5 времени.

При этом замыкаются контакты 6-4-2 и размыкаются контакты 6-4-3 и 6-4-4 в цепях интегратора, который подключается к выходу преобразователя 4 и производит интегрирование динамического сигнала.

По истечении заданного времени, определяемого как время классификации, срабатывает реле 6-5 времени, которое размещает свои контакты в

цепи блокировки реле 6-4, в резуль-

тате чего оно отпускает, его контакты 6-4-2 размыкаются, контакты 6-4-3 и 6-4-4 замыкаются, а интегратор 5 отключается от выхода блока 4 и подключается своим вторым входом к выходу блока I fe, а выходом - к входу классификатора 7.

Физическая сущность процесса классификации состоит в следующем.

Напряжение с вьпсодов буферных накопителей блока ввода параметров подаются на управляющие входы второго преобразователя 12. При подаче на его вход пилообразного напряжения на его выходе формируется некоторый обобщенный динамический сигнал x(t), с частотой, равной частоте импульсов генератора пилообразного напряжения, и имеющий форму,соответствующую данной совокупности напряжений, приложенной к его управляющим входам с выходов буферных накопителей.

Сигнал x{t) через пятые контакты четвертого и второго переключателей

2режимов и масштабирующий усилитель

3подается на вход блока 4, осуществляющего нелинейное преобразование сигнала x(t) в соответствии с оператором q , задаваемым напряжениями, подаваемыми на его управляющие входы с блока 16, причем каждое напряжние соответствует L-й координате(р оператора с нелинейного преобразования.

Выбором соответствующего оператора Cji нелинейного преобразования достигается уменьшение среднеквадратичного отклонения значений некоторого функционала S от случайных реализаций сигналов данного класса относит ельно эталонного значения функционала S для этого класса, что обеспечивает лучшую достоверность распознавания.

В результате нелинейного преобразования сигнал на выходе блока J liweeT закон изменения y(t) (t)l Этот сигнал поступает на вход интегратора 5, в котором производится его интегрирование в течение заданного времени Т, а затем суммирование полученного значения с нулевой координатой оператора if н. линейного преобразования, соответствующего данному классу и взятому отрицательным знаком.

i - .

В результате на выходе интегратора формируется значение функционала S, определяемого выражением S

j4.xXt)dt -С(.

В случае дихотомии классификатор осуществляет классификацию контролируемого объекта в соответствии со следующим.рещающим правилом:

S О, объект принадлежит к 1 классу;

, объект принадлежит к 2 классу,

о .

т.е. реагирует на знак сигнала на своем входе.

Третий режим работы устройства аналогичен пятому, за исключением того, что в этом случае динамический

лируемого объекта, подается непосредственно на входные клеммы 1 и через третьи контакты первого и второго переключателей 2 режимов, масштабирующий усилитель 3 на вход блока 4, причем последний может быть перестроен на нелинейное преобразование вида, соответствующего классифицируемому объекту.

Пуск устройства классификации в этом режиме осуществляется нажатием

-

10

15

20

3889028

кнопки 6-8 Пуск-2 блока управления, действие которой аналогично действию замыкающих контактов 6-3-1. Дальнейшая работа блока 6, аналогична работе в пятом режиме.Первый режим работы позволяет на экране электронно-лучевой 10 просматривать вид оператора (/ преобразования первого преобразователя, для чего его вход через масщтабирующий усилитель 3 и первые контакты второго переключателя 2 режимов соединяется с выходом генератора 11 пилообразного напряжения, а его выход через первые контакты третьего переключателя режимов, усилитель 8 вертикального отклонения подключается к вертикально отклоняющим пластинам, горизонтального отклоняющие пластины трубки 10 через усилитель 9 горизонтального отклонения подключены к выходу генератора 11 пилообразного напряжения.

Во .втором режиме работы на экране трубки 10 наблюдается входной динамический сигнал, подаваемый с входных клемм 1 через вторые контакты первого и третьего переключателей 2 режимов на вход усилителя 8 вертикального отклонения.

В четвертом режиме работы на экране трубки 10 наблюдают динамический сигнал на выходе второго преобразователя 12, подаваемый на вход усилителя 8 вертикального отклонения через четвертые контакты четвертого и третьего переключателей 2 режимов.

Таким образом, формирование из совокупности статических параметров обобщенного параметра в виде динамического сигнала, отражающего состояние контролируемого объекта, повьшает информативность его описания и на этой основе увеличивает досто- BeijHocTb классификации, а обеспечение устройством классификации объек25

30

35

40

45

так и совокупностью статических параметров, расширяет функциональные возможности устройства и область его применения,

Формула изобретения

5

0

5

0

5

0

ния, второй управляемый функциональный преобразователь и блок ввода параметров , группа информационных входов которого образует группу информационных входов -устройства, первый управляющий вход соединен с первым управляющим выходом блока управления, второй управляющий выход которого связан с первым управляющим входом интегратора, а третий управляющий выход - с вторыми управляющими входами блока ввода параметров и интегратора, информационный и питающий входы блока управления являются соот- в етственно информационным и питающим входами устройства, питающий выход блока управления соединен с входом генератора пилообразного напряжения, а информационный выход - с третьим входом переключателя, четвертый вход которого связан с выходом второго управляемого преобразователя, информационный вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения, а группа управляющих входов - к группе выходов блока ввода параметров.

V Фиг.2

Фие.З

ФигЛ