УСТРОЙСТВО СПЕКТРАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ Советский патент 1965 года по МПК G06G7/02 

Известны устройства спектральной обработки. Устройства, предназначенные для определения стохастической передаточной функции, в научно-технической и патентной литературе не описаны.

Новым в предлагаемом устройстве является то, что в нем блок управления подключен к анализатору спектра. Вход анализатора снектра подсоединен через ключ либо к источнику первого исследуемого сигнала, либо к частотному демодулятору блока магнитной записи, амплитудный демодулятор которого подключен к анализатору спектра и к запоминающему устройству мнимой части числителя стохастической передаточной функции.

Выход анализатора спектра подсоединен через ключ либо к запоминающему устройству модуля знаменателя стохастической передаточной функции и к измерителю фазы, либо к запоминающим устройствам мнимой и действительной частей числителя стохастической передаточной функции, подключенных к множительным устройствам, подсоединенным к выходу .сравнивающего устройства, первый вход которого подсоединен к запоминающему устройству модуля знаменателя стохастической передаточной функции, а второй вход к источнику опорного напряжения. Выходы множительных устройств подсоединены ко входам двухканального регулятора с широтноимпульсной модуляцией. Блок управления подключен также к реле времени, которое подсоединено к индикатору фазы.

Выход индикатора фазы подключен к запоминающему устройству модуля знаменателя стохастической передаточной функции и к амплитудному модулятору блока магнитной записи, подсоединенному также к блоку управления и частотному модулятору, вход которого подключен к источнику второго исследуемого сигнала.

При определении передаточных функций многих промышленных объектов, а также при осуществлении различных алгоритмов опти5 мизации в самонастраивающихся системах, информация о динамических свойствах объекта должна получаться без нарушения его нормальной работы. Весьма перспективен метод, основанный на

0 статической обработке случайных оценок, так называемой стохастической передаточной функции:

С(У, H.Kf)

G а «к, tni, к,-) --гт -----

(j,t,(,,.)

в заданной точке, где С (/ш, f„, ) -приращение спектра входной функции с (t) и/(/№, tni , к }-приращение спектра выходной Развитие временного процесса f(t) в ча стотной области удобно характеризовать при ращением спектра функции на интервале: TI tK{ - tai , где и tKi -соответственно начало и конец t-ro интервала. Аппроксимируя процесс f(t) ступенчатыми функциями типа единичного скачка, естествен но принять за прекращение спектра на интер вале Г суммарный комплексный спектр ап проксимирующих функций, т. е. преобразова ние Лапласа: Р (/, Ч- , А,) -Ига I f (t, tn, , t,, ) S / u) „,. функции: / (t, tnf , IKI ) - 0 для t t l((tni} для ,a -f(K,)-/(fH, ) для Если г (0-случайное воздействие, обладающее свойствами стационарности и эргодичности, которое подано на вход линейного фильтра с передаточной функцией G(/CU), то можно доказать, что (волнистая черта означает усреднение по мнол еству). Величина Г; выбирается больщей некоторой критической величины, зависящей от величины памяти фильтра. Можно показать, что если спектры r(t} и c(t) непрерывны, а связь между ними, как и сами функции, квазистационарны и эргодичны, то может быть получена некоторая несл чайная комплексная функция: г г г н «) 1 GRC(I ш) -- . , L (/ н1. к;) J именуемая стохастической передаточной функцией (/со), определяет передаточную функцию некоторого линейного фильтра. На фиг. 1 представлена схема замещения связи мелсду двумя стационарными эргодическимн функциями времени; на фиг. 2 - блоксхема предлагаемого устройства спектральной обработки. Средний квадрат ощибки линейного приближения CN(t), которую необходимо прибавить к выходной функции фильтра, чтобы получить заданную функцию c(t), минимальным в силу некоррелированности функции слг (t) Hr(t). заданной точке) стохастической передаточной функции, т. е. величина типа: к , Kt, Ki ) , , JК (I -к, („;, ) Для пары функций времени r{t) и с (г ) при ш С1)к и заданного интервала в виде двух импульсов, пропорциональных по длительности действительной и мнимой комплексным составляющим из G а cOj, 2f,,j, 4j). Одним из основных элементов схемы является так называемый идеальный фильтр, (представляющий собой хорощо известный контур из двух интегрирующих звеньев с передаточной функцией 0„ (s) , преобразующий сигнал / ( 11(, 4;) в синусоидальную функцию вида 6 (/) - а (t) cos (OK t + i (t) sin co /1, где t - t - t,,, a a (ZK;) - / 3 (4i) K P (J , „ ). Такая передаточная функция наиболее просто реализуется двумя интегрирующими и одним интертирующим операционным усилителем постоянного тока. Однако для иолучения случайной оценки (/ы) необходимо иметь два преобразователя типа Gn (s), причем требуется, чтобы их частоты абсолютно точно совпадали, так как ощибка в определении фазы оценки G (J ш, 4/1 щ) из-за несовпадения частот функций ф (t) Интегрируется ВО времени. Поскольку на аналоговых интеграторах практически невозможно создать два соверщенно идентичных иреобразователя G,,(s), то в устройстве спектральной обработки применяется один преобразователь для поочередной обработки функций/(г) ис(). Блок управления / устройства спектральной обработки задает команды, поступающие по определенной программе. Так как задачей устройства является получение оценок G (/Шк, Mj, Ki). то несущественно, когда начинается и когда заканчивается очередной интервал обработки. Важно, чтобы интервал обработки был больще критического интервала Го. Поэтому программа работы устройства строится следующим образом: по окончании очередного 1-го цикла обработки на частоте сй сок устройство немедленно запускается для следующей обработки, т. е. заается (f+i), (/+1), а 4(г + 1)Выбирается при Т{ + 1 Id, чтобы получить наиболее простым путем отнощение векторов в числителе и знаменателе: G (/Шк, 4 к)-В случае обработки наряде частот «),,/ 1,2 ... п порядок обработки циклический. В исходном положении электрический анаог функции г(/) подают на анализатор 2 пектра (идеальный фильтр с характеристикой G(s), а c(t) подают к ззлу 5 магнитной аписи, причем запись функции времени с

мощью частотного модулятора 4. По команде из блока У управления включается анализатор 2, на магнитной ленте с помощью амплитудного модулятора 5 делается отметка начала преобразования и запускается реле времени 6.

Схема амплитудного модулятора 5 выполнена таким образом, что в момент ее запуска при t t,,; автоматически исключается начальное значение функции.

После срабатывания реле 6 включается индикатор 7 фазы, назначение которого выбрать t к;; В момент, когда выходная величина анализатора 2 проходит через нуль от отрицательных значений к положительным, так как при этом фаза вектора, символически представляющего функцию i(t), равна нулю. В момент значение ш (/WK,иг, X

/ f «к7г-Хе

(модуля вектора) запоминается в запоминающем устройстве 8 и с помощью модулятора 5 на магнитной ленте делается отметка окончания преобразования. Затем переключают переключатели 5 и /( в другое положение. Записанный сигнал c(t) при помощи частотного демодулятора 11 воспроизводится и подается на вход анализатора 2. Амплитудный демодулятор 12 определяет отметки на ленте, соответствующие J,,; и ьна основании которых он вначале включает анализатор 2, а затем запоминающие устройства J3 и 14 действительной и мнимой составляющих вектора

/ ( кГ;- -

ш,С (/ (DK, /„;, Ki) е

Таким образом, числитель функции G ((, н( Ki) содержится в запоминающих устройствах 13 и 14, а знаменатель в устройстве 5.

Операция деления производится с помощью нормирования числителя и знаменателя, во время которой величина во всех трех запоминающих устройствах 8, 13 и 14 увеличивается в Y раз так, чтобы модуль знаменателя привести к некоторому фиксированному значению, определяемому пороговым элементом 15, управляющим множительными устройствами 16 и 17, выходы которых подаются на входы двухканального регулятора 18 с щиротноимпульсной модуляцией, в результате чего на выходах регулятора образуются два импульса, длительность которых пропорциональна

тЬ D Г (/ к, Ли, Ki)

/(.иЬ,.)

т - к J Г (/ к. нг, Ki) 1

vi - Ао-те .,. .,: - 1

К (1 «к, tni, (KI) J

где /Со- коэффициент пропорциональности. На этом 1-й цикл обработки заканчивается и начинается (t+l) цикл.

Физическая реализация устройства спектральной обработки включает пять операционпых усилителей, реверсивный двигатель, релейные схемы, генератор со следящей лампой, а также другие элементы автоматики.

15

Предмет изобретения

Устройство спектральной обработки, отличающееся тем, что, с целью определения стохастической передаточной функции, дающей статистическую информацию о динамике объекта, в нем его блок управления подключен к анализатору спектра, его вход подсоединен через ключ либо к источнику первого

исследуемого сигнала, либо к частотному демодулятору блока магнитной записи, амилитудный демодулятор которого подключен к анализатору спектра и к запоминающему устройству мнимой части числителя стохастической передаточной функции, выход анализатора спектра подсоединен через ключ либо к запоминающему устройству модуля знаменателя стохастической передаточной функции и к измерителю фазы, либо к запоминающим

устройствам мнимой и действительной частей числителя стохастической передаточной функции, иодключенных к множительным устройствам, подсоединенным к выходу сравнивающего устройства, первый вход которого подсоединен к запоминающему устройству модуля знаменателя стохастической передаточной функции, а второй вход к источнику опорного напряжения, выходы множительных устройств подсоединены ко входам двухканального регулятора с щиротно-имиульсной модуляцией, блок управления подключен также к реле времени, которое подсоединено к индикатору фазы, выход которого подключен к запоминающему устройству модуля знаменателя стохастичеекой передаточной функции и к амплитз дному модулятору блока магнитной заииси, подсоединенному также к блоку управления и частотному модулятору, вход которого подключен к источнику второго исследуемого

сигнала.

.

cfti