Устройство для непрерывного диагностирования линейных динамических систем Советский патент 1991 года по МПК G06F11/00 G01R31/28 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для непрерывного диагностирования в процессе работы устройств, которые описываются системой линейных дифференциальных или разностных уравнений.

Цель изобретения - повышение достоверности непрерывного диагностирования линейных динамических систем в рабочем режиме,

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - пример реализации блока сравнения; на фиг.З - генератор эталонных реакций; на фиг.4 - коррелятор; на фиг.5 - блок синхронизации; на фиг.6 - временная диаграмма работы устройства; на фиг.7 - генератор тактовых импульсов; на фиг.8 - генератор тестовых воздействий; на фиг.9 - блок вычитания.

Устройство (фиг.1) содержит первый сумматор 1. генератор 2 тактовых импульсов, генератор 3 тестовых воздействий, блок 4 вычитания, второй сумматор 5, коррелятор 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, первый и второй регистры 8 и 9, блок 10 сравнения, генератор 11 эталонных реакций, блок 12 синхронизации, блок 13 индикации, диагностируемую систему 14, состоящую из основной и резервной линейных динамических систем 15 и 16 (основного и резервного объектов контроля) и имеет информационный вход 17 и информационный выход 18. Причем первый и второй информационные входы сумматора 1 соединены соответственно со входом устройства 17 и выходом генерат jpa 3, а выход сумматора 1 соединен с первым входом диагностируемой системы 14 (входом объекта 15). Первые информационные входы блока 4 вычитания и сумматора 5 соединены с первым выходом диагностируемой системы 14 (выходом объекта 15), а вторые информационные входы блока 4 и сумматора 5

Ё

1 вторым выходом дмагности- ру. .- 1ь- 14 (выходом объекта 16). 1 чр ,} ог i 4 вычитания является инфор- гмциомпгм заходом 18 устройства, выход г, еь.с ;О(э J тестовых воздействий соединен со чторым входом диагностируемой си- самь, 14 (входом объекта 16) и входом 62 коррелятора 6, вход 6-, которого подключен k походу сумматора 5, а выход соединен с И1|формзц1|0ннь м входом преобразователя 7 Информационные РХОДЫ регистров 8 и 9 . ut домены г ос i ветственно с информацион- выходами преобразователя 7 и енсьаюрч 11 эталонных реакций, а информационные внходы регистров 8 и 9 соедини ы с персы г/ (10i) и вторым (Юг) информационными (зуодам,и блока 10 сравнения Первый инверсный выход блока 10 соединен со входом блока 13, а второй пря- выход подключен ко входу (11i) номера , «ста генератора 11, выход признака начала гее га которого соединен со входом блока 12 Пергый внход firioKa 12 соединен со вхо- srrM (i 12) начальной установки генератора 11, а рторой выход блока 12 соединен со входом (Юз) начальной установки блока 10 . , овнсния Выход генератора 2 тактовых м пул; сое соединен с тактовым входом ге /.сгатсээ о тестьпых воздействий входом поирацения преобразователя 7,синхровхо- пом (1 3J i 1 эталонных реакций, оинхточхоцами первого и второго регист- I , ,i .j i P и --инхровходом (10) блока 10 равночия 5/юк 10 сравнения (фиг.2) содер- чт цифровой гомпэратор 19, триггеры 20 и / i - о рнт22 ПЛИ, элемент 23 HF и линию 2Л адержги. Г нератор 11 эталонных реяк- ii,i fcb 1г.1Л| со держит элемент 25 И, счетчик - и поограм лруомую постоянную память и.

Коррелятор ci ) солержи линии

}8 282 Б|Ч гацержки, перемножители

2Сч, 2, 29з, .., 29kм, интеграторы 30i, 302, -10г..., 30k+i и .згор31.

Блок 12 синхронизации (фиг.5) содержат дешифратор 32 и идущий мультивиб- рагор 33 Генератор 2 тактовых импульсов (фп 7) содержит с емрнты 34-36 И, рези- t.TOpDi 37 и 38, конденсаторы 39-41 и квар- ЦГУЫЙ резонатоп 42, Генератор 3 тестовых воздействий (фиг.8) содержит регистры 43- 14 сдвим, cyf M TOpn 45-47 по модулю два, -мЛем-нт 43 l s резисторы 49-51.

Ьло:с 4 вычитания (фиг.9) содержит операционный усилитель 52, резисторы 53-58 и кш-донсатор 59

VcTponcTBO работает следующим обра- ом.

В процесса обог.ботки информации ос- ic жой гигнал J ее «хода 17 и тестовый

сигнал тс выхода генератора 3, складываясь в сумматоре 1, поступают на вход основной линейной динамической системы 15, где они обрабатываются в соответствии с функцией этой системы L. Одновременно на вход дополнительной линейной динамической системы 16 поступает тестовый сигнал t с выхода генератора 3. Выходные сигналы основной и дополнительной линейных динамических систем Цх +1) и Lt соответственно вычитаются в блоке 4. В итоге на выходе 18 формируется реакция основной линейной динамической системы Lx на сигнал х на входе 17.

Известно, если автокорреляционная функция тестового сигнала ведет себя как д -функция, то взаимная корреляционная функция входного и выходного сигналов является импульсной характеристикой линейной системы. Пусть тестовый сигнал t, основной сигнал на входе 17 - х. Так как сигналы х и t независимы, то их взаимная корреляционная функция Rx,t{ г) 0.

Учитывая, что взаимная корреляционмая функция сигналов на входе и выходе линейной системы является сверткой авто корреляционной функции входного сигнала и ее импульсной характеристики для диаг ностируемой системы справедливо выражение:

R2u.(r)-Rt.t(r)xh(T),(1)

где R2Lt,t(7) - взаимная корреляционная функция тестового сигнала на входах и суммы реакций на тестовый сигнал на выходах

диагностируемой системы,

Rt,t{T) - автокороеляционная функция тестового сигнала1

h( т ) - импульсная характеристики диагностируемой системы.

Учитывая, что задается тестовый сигнал, у которого автокорреляционная функция Rt,t( г) 6 (т), из выражения (1) следует, что

R2iu(r) h(r)(2)

На вход 6i коррелятора 6 с выхода сумматора 5 поступает сигнал 2Lt + Lx, на вход 62 поступает тестовый сигнал t с выхода генератора 3. Коррелятор измеряет взаимную корреляционную функцию между сигналами 2Lt и t, которая согласно выражения (1) при условии, что автокорреляционная функция сигнала t близка к 5-функции и является импульсной характеристикой диагностируемой системы 14. Генерирование

5 тестового сигнала с заданными характеристиками осуществляется с помощью сдвигового регистра с обратными связями, позволяющего получать периодическую лсечдоелучайную последовательность

(ПСП), у которой автокорреляционная функция близка к д -функции. Сигнал с выхода коррелятора 6 в аналоговой форме поступает на вход преобразователя 7, где он преобразуется в цифровую форму и далее поступает на вход регистра 8 в параллельном коде. С первого выхода генератора 11 сигнал эталонной импульсной характеристики диагностируемой системы в виде цифрового параллельного кода поступает на вход регистра 9. Посредством тактовых импульсов, поступающих с выхода генератора 2 на вход приращения преобразователя 7, вход 11з генератора 11 и синхровходы регистров 8 и 9 и блока 10 сравнения, осуществляется синхронное сравнение отсчетов эталонной и фактической импульсной характеристик в блоке 10 сравнения (поступающих на его информационные входы соответственно с информационных выходов регистров 8 и 9). Результат сравнения отображается блоком 13. После окончания сравнения импульсных характеристик блок 12 устанавливает генератор 11 и блок 10 в исходное состояние и далее процесс сравнения повторяется. В случае несоответствия измеряемой импульсной характеристики эталонной в блоке 13 загорится красный светодиод (блок 13 индикации выполнен на D-триггере, к прямому и инверсному выходам которого подключен соответственно зеленый и красный свето- диоды).

Исходное состояние.

В исходном состоянии тактовые импульсы с выхода генератора 2 поступают на вход генератора 3 тестовых воздействий, который вырабатывает тестовый сигнал в виде ПСП. Тестовый и основной сигналы, складываясь в сумматоре 1, поступают на вход основной линейной динамической системы 15 и обрабатываются в соответствии с ее функцией. Одновременно на вход дополнительной линейной динамической системы 16 поступает тестовый сигнал с выхода генератора 3, выходные сигналы основной и дополнительной линейных динамических систем 15 и 16 вычитаются в блоке 4. В итоге на выходе 18 формируется реакция основной линейной динамической системы 15 на основной сигнал. С выхода коррелятора 6 сигнал, равный внутренним шумам, поступает на вход преобразователя 7 и далее в цифровом коде через регистр 8 поступает на первый информационный вход (10i) блока 10, на второй информационный вход (102) которого с генератора 11 через регистр 9 поступает цифровой код первого отсчета эталонной импульсной характеристики, хранящейся в памяти 27 генератора 11

Работа устройства в динамическом режиме.

Первый отсчет измеряемой импульсной характеристики диагностируемой системы 5 14, преобразованный в цифровой код преобразователем 7 и соответственно первый отсчет эталонной импульсной характеристики, хранящийся в памяти 27 по нулевому адресу, через регистры 8 и 9 поступают на

0 первый и второй входы компаратора 19 (фиг.2).

В случае равенства кодов на выходе компаратора 19 появляется высокий уровень напряжения, который через время за5 держки тактового импульса в линии 24 задержки, определяемое окончанием переходных процессов сравнения, поступает на вход триггера 20, на выходе которого появляется высокий уровень напряжения, по ко0 торому триггер 21 устанавливается в единичное состояние и разблокирует прохождение тактовых импульсов через элемент 25 на счетный вход счетчика 26. Очередным тактовым импульсом с по5 мощью счетчика 26 выбирается следующий адрес памяти 27 (фиг.З), по которому хранится соответствующий отсчет эталонной импульсной характеристики. Этот отсчет сравнивается в блоке 10 сравнения с соот0 ветствующим ему отсчетом измеряемой импульсной характеристики, поступающим с выхода преобразователя 7. На выходе элемента 22 присутствует высокий уровень напряжения, на выходе элемента 23 - низкий

5 уровень напряжения, блок 13 находится в прежнем нулевом состоянии в случае равенства соответствующих отсчетов. По окончании сравнения импульсных характеристик блок 12 по коду последнего адреса устанав0 ливает в исходное состояние блок 10 сравнения и генератор 11 эталонных реакций. Если сравниваемые отсчеты не равны, то на выходе компаратора 19 (фиг.2) появляется низкий уровень напряжения, который по5 ступает через триггер 20 на первый вход элемента 22, на второй вход которого с инверсного выхода триггера-21 подается низкий уровень напряжения. В результате на выходе элемента 22 присутствует низкий

0 уровень напряжения, на выходе элемента 23 - высокий уровень напряжения, который устанавливает триггер блока 13 в единичное состояние и загорается красный светодиод. Процесс сравнения повторяется с перио5 дом, определяемым периодом ПСП (псевдослучайной последовательности).

Формула изобретения Устройство для непрерывного диагностирования линейных динамических сиегам, содержащее генератор тестовых воздействий, два сумматора, блок вычитания, гечерагор эталонных реакций и блок сравнения, причем первый информационный вход первого сумматора является входом задания теста устройства, второй информационный вход пзрвого сумматора соединен с выходом генератора тестовых воздействий, выход первого сумма гора является выходом устройства для подключения к входу основного объекта контроля, первые информационные входы блока вычитания и второго сумматора объединены и являются входом устройства для подключения к выходу основного объекта контроля, а вторые информационные входы блока вычитания и второго сумматора также объединены и образуют вход устройства для подключения к выходу резервного объекта контроля, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности диагностирования, оно содержит коррелятор, аналого-цифровой преобразователь, два регистра, генератор тактовых импульсов, блок синхронизации и блок индикации, вход которого подключен к инверсному выходу блока сравнения, выход генератора тестовых воздействий является выходом устройства для подключения к входу резервною объекта контроля, выход блока вычитания является информационным выходом устройства, первый и второй информационные входы и выход коррелятора соединены соответственно с выходом второго сумматора, выходом генератора тесто- вых воздействий и информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выход генератора тактовых импульсов подключен к тактовому входу генератора тестовых воздействий, входу приращения аналого-цифрового преобразователя и син- хровходам генератора эталонных реакций, первого и второго регистров и блока сравнения, первый и второй информационные входы и прямой выход которого соединены соответственно с выходами первого и второго регистров и входом номера теста генератора эталонных реакций, информационные входы первого и второго регистров

подключены соответственно к информационному выходу аналого-цифрового преобра- эователя и информационному выходу генератора эталонных реакций, а вход и первый и второй выходы блока синхронизации соединены соответственно с выходом признака начала теста генератора эталонных реакций, входом начальной установки этого же генератора и входом начальной установки блока сравнения.

«.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для непрерывного диагностирования в процессе работы устройств, которые описываются системой линейных дифференциальных или разностных уравнений. Целью изобретения является повышение достоверности диагностирования. С этой целью в устройство, содержащее генератор тестовых воздействий, два сумматора, блок вычитания, генератор эталонных реакций и блок сравнения, введены коррелятор, аналого-цифровой преобразователь, два регистра, генератор тактовых импульсов, блОК СИНХрОНИЗаЦИИ И блОК ИНДИКс (ИИ. 9 ил.

I Мф

frSffrzgi

Ри&.4

Фи&.5

Кбл.1

Вых

6А.15

)

BuxlB , LOO

Вы ,

BA.ifi

bit)

t1 НАЧАЛО

ДИАГИОСТИРОВ/ШИЯ

Г

Фиг. 7

Иto QKDHHAHHE Д1 ГН11СТИ1 ОВАН1И

Yl

От 6А.2

|яЛ

| 6 + Un

ФигЯ

1Ji,l)lIl-K155nP13 ЩШ4.1П15-КЭЭ1ЛП5П Мб -К531ЛШ

JX5

an

4Јf

К SA 1,6,6

-

I

П

4

JA - К 5744Д1А

|