ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР ГАРМОНИК Советский патент 1969 года по МПК H03M1/30 G01L9/00 

Известны цифровые анализаторы гармоник, содержащие электропневматический цифровой индикатор, устройство измерения периода вращения вала, оперативное заиоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, арифметическое устройство, устройство вывода и. устройство управления.

Предлагаемый анализатор отличается тем. что в нем выход схемы измерения угла поворота вала электропневматического цифрового индикато.ра соединен с адресным регистром оперативного запоминающего устройства, а выход схемы измерения давления электропневматического цифрового индикатора связан с арифметическим устройством, другие входы которого подключены к выходам схемы считывания оперативного запоминающего устройства, выход арифметического устройства соединен со схемой записи оперативного запоминающего устройства.

Это позволяет повысить быстродействие анализатора.

На чертеже .приведена схема предлагаемого анализатора.

Анализатор содержит электропневматический цифровой индикатор с мембранным датчиком 1, одна полость которого сообщается с цилиндром установки, а в другую подводится давление из измерительной пневмосистемы; формирователь 2 электрического сигнала с

датчика; порщневып манометр j 1змерительной пневмосистемы, перемещаюи ий Л1шсйкус рядом равноотстояпщх отверстий; считывающую фотоголовку ;) линейки; ;1асаживаемый на вал порщневой установки диск 6 со считывающими фотоголовками 7 и 8; схему 9 синхронизации входных сигналов; триггерный счетчик 10 импульсов, поступающих с линейки, и группу вентилей //; счетчик 12 импульсов с диска, вентиль 13, триггер 14 и группу вентилей 15. По окружности диска расположены отверстия (метки) с равным щагом. Кроме того, на диске имеется еще одно отверстие (маркер) для задания начала отсчета угла поворота.

Устройство 16 измерения периода вращения вала подсчитывает импульсы генератора стабильной частоты, прощедшпе между двумя последовательнымп отсчетами маркеров.

Оператпвное запоминающее устройство 17 с адресным регистром 18 и схемой 19 анализа на нуль содержимого ячейки служит для накопления ординат исследуемого ироцесса.

Постоянное запоминающее устройство 20 с адресным регистром 21 содержит таблицу тригонометрической фун.кции. В регистре 22 хранится номер вычисляемой гармоники.

реализует алгоритм вычиеления коэффициентов Фурье в соответствии с формулой Бесселя:

Р2

COS А/ . ,

2 у

где Л и Bjj - косинусный и синусный коэффициенты гармоники с номером k (k 0, 1, 2, );

р - число залисанных в оперативном зацоминающем устройстве ординат индикаторной диаграммы;

L/1 - значение ординаты индикаторной диаграммы

/ 0, 1, 2, (Р-1).

Устройство 24 вывода результатов на цечать включает схему перевода двоичного кода в двоично-десятичный и электроуправляемую цечатающую машину.

Устройство уиравления 25 задает последовательность работы всех устройств анализатора в соответствии с заложенной в нем иостояпной программой.

Гармонический анализ проводится в два этапа: сначала в оперативное запоминающее устройство вводят с помощью электропневматического цифрового индикатора индикаторную диаграмму, а затем вычисляются коэффициенты А, AI, BI, AZ, ..., А„, Б„. Чтобы ввести индикаторную диаграмму, недостаточно просто преобразовать значения угла поворота и давления в цифровой код. Затруднение заключается в том, что индикаторная диаграмма, снятая электропневматическкм методом, состоит из точек, число которых зависит от времени записи диаграммы, в то время как для вычислений необходимо иметь фиксированное число ординат. Кроме того, отдельные точки являются в некоторой мере случайными, поэтому необходимо произвести усреднение. Обе эти задачи рещаются в анализаторе следующим образом. При вводе индикаторной диаграммы импульсы, считаниые фотоголовкой 5 с линейки 4, которая медленно перемещается вследствие того, что давление в нневмосистеме непрерывно меняется, через схему синхронизации 9 поступают на вход счетчика 10. Число импульсов, зафиксированное в этом счетчике, в любой момент пропорционально давлению в пневмосистеме. Импульс маркера, считанный фотоголовкой 8 с диска 6 через схему Р,устанавливает в «1 триггер 14, который открывает вентиль 13, позволяя прохождение на счетчик 12 импульсов меток, считанных фотоголовкой 7 с диска. В момент, когда давление газов в цилиндре становится равным давлению в пневмосиетеме, формирователь 2 вырабатывает сигнал, по которому .производятся следующие операции: триггер 14 устанавливается в «О, прекращая прохождение импульсов меток на счетчик 12 до следующего маркера, содержимое счетчика 12 переписывается через группу вентилей 15 в адресный регистр 18 оперативного запоминающего устройства, сбрасывается счетчик 12. По этому же импульсу содержимое счетчика 10 через группу вентилей 11 переписываетея в арифметическое устройство 23. Так как точки индикаторной диаграммы имеют некоторый разброс, и для записи по одному и тому же адресу оперативного запоминающего устройства могут поступить Б разное время несколько отличающихся ординат, производится усреднение в соответствии

с выражением

„ - . + У- V

+ V.

2

где г/(,, yi ... - ординаты индикаторной диаграммы, последовательно поступающие для записи по /-ому адресу оперативного запоминающего устройства в разных циклах. Поэтому

поступивщая в арифметическое устройство со счетчика 10 ордината су.ммируется с величиной, выбранной из ячейки оперативного запоминающего устройства, адрес которой установлен в регистре 18. Полученная сумма делится на 2 и записывается по тому же адресу. Для последующих ординат процесс повторяется. В окончательной су.мме более поздние ординаты имеют больщий вес. Если в арифметическое устройство со счетчика 10 поступила

ордината и выбрался адрес ячейки оперативного запоминающего устройства, по которому еще не производилась запись, то в делении на 2 нет необходимости. Так .как перед началом ввода в счетчике 10 устанавливается некоторое малое число, то все снимаемые с него ординаты не равны нулю, поэтому признаком того, что обращение к данному адресу происходит в первый раз, служит равенство нулю содержимого выбранной ячейки. Схема анализа

па нуль вырабатывает в этом случае сигнал, который запрещает в арифметическом устройстве деление на 2. Естественно, что полученный при вычислении коэффицие-ит АО должен быть у.меньшен на величину, процорциональную числу, установленно.му перед начало.м ввода в счетчике 10.

Так как число ячеек оперативного запоминающего устройства равно числу отверстий

в диске 6 и каждому отверстию соответствует определенный адрес оперативного запоминающего устройства, то при любом времени записи индикаторной диаграммы в оперативном запоминающем устройстве будет получено фиксированнос число ординат, равное объему оперативного запоминающего устройства. При этом время снятия индикаторной диаграммы должно быть достаточно велико, чтобы на пологих участках диаграммы запись производилась без .пропусков во все ячейки оперативного запоминающего устройства.

бо по замыканию ко 1такта датчика /, либо по его размыканию.

По окончании ввода диаграммы вычисляются .коэффициенты. Вычисление каждого коэффициента разбивается на шаги. В шаге осушествляются следующие операции; выборка из оперативного запоминающего устройства /-oft ординаты, выборка из постоянного запоминающего устройства соответствующего значения тригонометрической функции, перемножение этих величин в арифметическом устройстве, прибавление полученного произведения к сумме предыдущих произведений, переход на следующий шаг. После р таких шагов окончательная сумма сдвигается па несколько разрядов в сторону младших (это эквивалентно умножению суммы на коэффицпентп передаетея

на устройство 24 вывода результатов на печать.

В постоянном запоминающем устройстве записаны значения синуса, заданного с шагом по

углу, равным

в пределах полуперпода

от О до 180°. Таким образом, объем иостоянного запоминающего устройства равен ячейZi

,кам. Если в качестве адреса постоянного заиомииающего устройства выбрать номер щага по аргументу синуса, то ирп вычислении коэффициента гармоники с нолгером k необходимо изменять состояние регистра 21 на k единиц после каждого г-го шага вычислений. Для этого к текущему значению адреса в регистре 21 прибавляют содержимое регистра 21.

После вычисления каждой пары коэффициентов в регистр 22 добаиляется «1. Так как

регистр 2/ рассчиган И,- хранение --единиц,

а за время вычисления коэффи1и ецта на иего поетуипт для суммирования /г/ единиц, то 2k раз ироизойдет переиолнение регистра 2/. 1О1ждое переполнение используется для определения полуиериода, в котором наход ггся выбираемое значение синуса, а значит и для определения его знака. Все значения синуса представлены в постоянном запоминающем устройстве в положительной форме. При вычис,т(ч-1ии CHtiycHbix коэффициеитов начальное состояние регистра 2/ иулсвое, а при вычислении косинусных коэффициентов в регистре 2/ устанавливается адрес, соответствующий углу 90

Число коэффициентов, которое можно получить с помощью цифрового гармонического анал1 затора, определяется допустимой пог|1ещ: оетью вычисления гармоннчееких составляюидих высших порядков по формулам Бесселя.

Диализатор пригоден для гармонического анализа непрерывных .периодических цроцессов, имеющих отсчет начала и конца периода, в числе и для анализа крутильных колебаний валонроводов двигательных установок.

В этом случае исследуемая кривая вводится в оиеративное запоминающее устройство с помощью преобразователя непрерывной величины в цифровой код, а днск или любой другой генератор меток играет роль развертки цериода.

Кроме вычисленных коэффициентов на печать выводятся значения периода вращения вала, а также, в случае необходимости, ординаты кривой давления из оперативного запоминающего устройства. Кроме того, в анализаторе и.редусмотрен ручной ввод отдельных ординат по задаваемому адресу.

Время вычисления и печати одного коэффициента не превышает нескольких секунд,

..

Предмет изобретения

Цифровой аналнзатор гармоник, содержащий электропневматический цифровой нндикатор, устройство измерения периода вращения вала, оперативное зaпo i Iнaющee устройство, постоянное запоминающее устройство, ариф ;етическое устройство, ycTpoiicTBO вывода и устройство управления, отличаюи ийся тем,

что, с целью иовышения быетродействия анаЛ11з;г1ора, в нем выход схемы измерения угла попорота ca.ia электропневматичеекого цифропо о индикатора соединен с адресным регистром оперативного запоминающего уетройства,

а вы.чод схемы измерения давления электропневматического цифрового индикатора связан с арифметическим устройством, другие Fjxo.ibi которого подключены к выходам схемы считыва:1 я оперативного запоминающего устройства, выход арифметического устройства соединен со схемой заннеи оперативного запоминающего устройства.