Устройство для статистических испытаний функциональных элементов автоматических систем Советский патент 1993 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к техническим средствам контроля и может быть использовано для динамических испытаний функциональных элементов систем автоматического управления и обработки данных с целью определения их статистических передаточных характеристик.

Цель изобретения.- повышение точности определения характеристики функциональных элементов.

Цель достигается тем, что в устройство для статистических испытаний функциональных элементов автоматических систем, содержащее источник шумового испытательного сигнала, выход которого соединен с первым входом компаратора и через линию задержки с информационным входом испытуемого функционального элемента, информационный выход и выход окончания преобразования которого соединены с одноименными входами блока регистрации, первый счетчик, счетный вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, а кодовый выход - с входом истинного значения испытательного сигнала блока регистрации и через цифроаналоговый преобразователь с вторым входом компаратора, выход которого соединен с первым формирователем одиночного импульса непосредственно и через элемент НЕ со вторым формирователем одиночного импульса, выходы которых через второй элемент ИЛИ соединены с первым входом первого элемента И, первый триггер, нулевой вход которого соединен через третий элемент ИЛИ с шиной сброса и с выходом первого элемента И, второй счетчик, выход переполнения которого соединен с первым входом первого элемента ИЛ И, второй триггер, нулевой вход которого соединен с входом обнуления первого счетчика и с шиной сброса, нулевой выход второго триггера соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом окончания испытаний блока регистрации, выход - с первым входом четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с шиной запуска, введены пятый и шестой элементы

С

о

2

ел ел

ИЛИ, третий счетчик, генератор тактовых импульсов, третий и четвертый элементы И и одновибратор, через который выход первого элемента ИЛИ соединен с вторым входом первого элемента И и с первыми входами пятого и шестого элементов ИЛИ, вторые входы пятого и шестого элементов ИЛИ соединены с шиной сброса, а их выходы - соответственно с входами сброса второго и третьего счетчиков, выход генератора тактовых импульсов через третий элемент И соединен со счетным входом третьего счетчика, выход переполнения которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, второй вход третьего элемента И соединен с выходом первого триггера, единичный вход которого соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, выход первого элемента И соединён с синхронизирующим входом испытуемого функционального элемента и со счетным входом второго счетчика, кодовый выход которого соединен с входом фиксации числа повторных испытаний на заданном уровне сигнала блока регистрации, соединены с соответствующими входами четвертого элемента И, выход которого является выходом окончания испытаний устройства, выход четвертого элемент ИЛИ соединен с единичным входом первого триггера.

Схема устройства представлена на чертеже.

Устройство содерхит источник 1 шумового испытательного сигнала, испытуемый функциональный элемент 2, линию 3 задержки, блок регистрации 4, первый 5 и второй 6 элементы ИЛИ, первый элемент И 7, первый триггер 8, второй элемент И 9, третий 10 и четвертый 11 элементы ИЛИ, первый 12 и второй 13 формирователи одиночных импульсов, элемент НЕ 14, компаратор 15, первый счетчик 16, одновибратор 17. генератор 18 опорного ступенчатого напряжения с цифроанэлоговым преобразователем 19, счетчиком 20, выход 21 шины сигнала конца испытаний, пятый 22 и шестой 23 элементы ИЛИ, генератор 24 тактовых импульсов, третий элемент И 25, второй счетчик 26, второй триггер 27, четвертый элемент И 28, вход шины 29 сигнала сброса, вход 30 шины сигнала запуска.

В исходном состоянии устройства, в которое оно переключается по сигналу сброса, поступившему на вход 29, нулевой сигнал триггера 8 блокирует элементы И 7 и И 25, триггер 27 блокирует элемент И 28 и деблокирует элемент И 9, на выходе генератора 18 опорного ступенчатого напряжения устанавливается первая ступень напряжения (квант), содержимое счетчиков 16 и 26 становится нулевым.

Испытуемый объект имеет цифровой выход. Это либо цифровой функциональный элемент, например АЦП, либо аналоговый элемент, например усилитесь, к выходу ко- торого подключен образцовый АЦП. Ступени напряжения ГСН 18 равны ступеням квантования АЦП. Задавая уровень отсчета испытательного сигнала в случае идеального испытуемого объекта, должен быть пол- учен эквивалентный кодовый отсчет на выходе АЦП. Однако наличие шума и инерционность объекта приводят к появлению динамической погрешности измерений в процессе испытаний. Последовательно ус- 5 танавливая все уровни отсчета (квантования по уровню) испытательного сигнала, в режиме накопления по измеренным выходным кодам АЦП определяют статистическую передаточную характеристику объекта. При этом вычисляют также погрешность измерения на каждом уровне квантования, точнее математическое ожидание погрешности, характеризуемое вероятностью и доверительным интервалом, что позволяет использовать эти погрешности каждого уровня для коррекции результатов измерений реальных.сигналов, так как испытательный белый шум полагают предельным случаем.

Устройство работает следующим образом,

По сигналу запуска на входе 30 триггер 8 переключается и деблокирует элементы И

7 и 25. При сравнении испытательного сигнала-белого шума в компараторе 15с установленным уровнем отсчета - выходной ступенью ГСН 18 формируются сигналы 0-1 или 1-0, в зависимости от направления изменения сигнала шума. Из этих перепадов в моменты изменений состояния.компаратора в элементах 12 или 13 формируются короткие импульсы, которыми запускается АЦП (объект 2) и производятся дискретные отсчеты испытательного сигнала. Так как направление последнего изменяется, то на

5 входе одного из формирователей (13) включен элемент НЕ.

Передача испытательного сигнала на вход испытуемого обье/та задерживается широкополосной линией 3 на время задер0 жки формирования и передачи импульса в цепь запуска АЦП. Одновременно с запуском последнего импульс запуска проходит через элемент ИЛИ 6 и переключает триггер

8 в исходное состояние, чем вновь блокиру- 5 ются элементы И 7 и 25. Благодаря описанной блокировке элемента И 7, несмотря на последовательно формируемые компаратором импульсные сигналы сравнения, в цепь запуска АЦП передается только один какой- то сигнал не последовательности этих сиг0

5

0

5

0

налов сравнения. Передача на выход элемента И 7 очередного сигнала и последующий очередной запуск АЦП задерживаются при этом на время, необходимое для выполнения .предыдущего цикла аналого-цифро- вого преобразования и регистрации. Такой асинхронный режим взаимодействия позволяет применять медленно действующие и простые АЦП и регистратор, независимо от частоты генерации испытательных сигналов. По сигналу конца измерения АЦП запускается блок регистрации 4 и в нем фиксируется текущее кодированное дискретное значение испытательного сигнала, измеренное на выходе испытуемого обьек- та. В регистратор передается также код с выходов счетчика 20 ГСП, соответствующий истинному мгновенному значению испытательного сигнала на входе объекта. Отсчет одного и того же значения испытательного сигнала выполняется заданное емкостью счетчика 16 число раз, которое выбирают исходя из требуемой или желаемой точности получения оценок результатов, Максимальное время наблюдения каждого из уровней отсчетов задают емкостью счетчика 26, который подсчитывает количество периодов следования тактового генератора 24. Из подсчета времени исключается время аналого-цифрового преобразования и регистрации.

Сигналом конца регистрации, переданным через деблокированный элемент И 9 и элемент ИЛИ 10, выполняется очередной запуск устройства и описанный цикл дискретизации очередного текущего (в соответствии с установленным очередным текущим уровнем напряжения ГСН 16) мгновенного значения испытательного сигнала, его кодирования и регистрации повторяется аналогично описанному.

. Число запусков АЦП, т.е. количество отсчетов на заданном уровне испытательного сигнала, подсчитывает счетчик 16, код которого также считывается регистратором, Сигналом переполнения этого счетчика, переданным через элемент ИЛИ 22, ГСН 18 переключается на следующую ступень отсчета. Для исключения гонок, в случае появления в этот момент времени сигнала конца регистрации, использован одновиб- ратор 17. Он запускается выходным сигналом элемента ИЛИ 32 и своим выходным сигналом кратковременно блокирует передачу через элемент И 7 возможно появившегося импульса сравнения с выхода элемента ИЛИ 5. Одновременно сигналом одновиб- ратора 17 обнуляются счетчики 16 и 26. Запуск одновибратора может произойти и по сигналу переполнения счетчика 26, если за

выделенное время наблюдения число отсчетов окажется меньше желаемого. В этом случае вычисляемое математическое ожидание результата измерений выходного сигнала объекта и соответствующей погрешности на данном уровне отсчета оценивают с меньшей точностью. Емкость счетчика 20 ГСН соответствуют верхнему пределу уровня белого шума. Сигналом переполнения

0 этого счетчика переключается триггер 27, один из выходных сигналов которого блокирует элемент И 9 и тем самым запрещается очередной запуск устройства текущим сигналом конца регистрации, а другим сигна5 лом этого триггера деблокируется элемент И 28, при поступлении в который текущего сигнала конца регистрации на выходе 21 появляется сигнал окончания испытаний. При этом устройство прекращает работу до

0 поступления очередных сигналов сброса и запуска.

Отслеживание компаратором 15 изменений испытательного сигнала и накопление результатов измерений позволяет

5 повысить точность статистических испытаний при контроле или определении передаточной характеристики.

Формула изобретения Устройство для статистических испыта0 ний функциональных элементов автоматических систем, содержащее источник шумового испытательного сигнала, выход которого соединен с первым входом компаратора и через линию задержки - с информационным вхо5 дом испытуемого функционального элемента, информационный выход и выход окончания преобразования которого соединены с одноименными входами блока регистрации, первый счетчик, счетный вход которого соединен

0 с выходом первого элемента ИЛИ, а кодовый выход - с входом истинного значения испытательного сигнала блока регистрации и через цифроаналоговый преобразователь - с вторым входом компаратора, выход которого

5 соединен с первым формирователем одиночного импульса непосредственно и через элемент НЕ с вторым формирователем одиночного импульса, выходы которых через второй элемент ИЛИ соединены с пер0 вым входом первого элемента И, первый триггер, нулевой вход которого соединен через третий элемент ИЛИ с шиной сброса и с выходом первого элемента И, второй счетчик, выход переполнения которого сое5 динен с первым входом первого элемента ИЛИ,второй триггер, нулевой вход которого соединен с входом обнуления первого счетчика и с шиной сброса, нулевой выход второго триггера соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого

соединен с выходом окончания испытаний блока регистрации, а выход - с. первым входом четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с шиной запуска, от л и- чающееся тем, что, с целью повышения точности определения характеристики функциональных элементов, в него введены пятый и шестой элементы ИЛИ, третий счетчик, генератор тактовых импульсов, третий и четвертый элементы И и одновиб- ратор, через который выход первого элемента ИЛИ соединен с вторым входом первого элемента И и с первыми входами пятого и шестого элементов ИЛИ, вторые входы пятого и шестого элементов ИЛИ соединены с шиной сброса, а их выходы - соответственно с входами сброса второго и третьего счетчиков, выход генератора тактовых импульсов через третий элемент И соединен со счетным входом третьего счетчика,

выход переполнения которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, второй вход третьего элемента И соединен с выходом первого триггера, единичный вход

которого соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, выход первого элемента И соединен с синхронизирующим входом испытуемого функционального элемента и со счетным входом второго счетчика, кодовый

выход которого соединен с входом фиксации числа повторных испытаний на заданном уровне сигнала -блока регистрации, единичный выход второго триггера и выход окончания испытаний блока регистрации

соединены с соответствующими входами четвертого элемента И, выход которого является выхбдом окончания испытаний устройства, выход четвертого элемента ИЛИ соединен с единичным входом первого триггера.

Использование: динамические испытания функциональных элементов, например аналого-цифровых преобразователей. Сущность изобретения: устройство содержит источник испытательного шумового сигнала, линию задержки, блок регистрации, шесть элементов ИЛИ, четыре элемента И, первый триггер, два формирователя одиночных импульсов, элемент НЕ, компаратор, три счетчика, цифроаналоговый преобразователь, составляющий вместе со счетчиком 20 генератор опорного ступенчатого напряжения, генератор тактовых импульсов, шину сброса, шину запуска, выход окончания испытаний. 1-3-2-4-9-10-8-7-2. 1-15-12- 5-7-6-8-24, 23-24-25-21-20-19-15. 7-16- 21-20, 28-6, 29-10-8, 28-20-26-27. 1 ил.