ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АНАЛОГ-КОДВСЕСОЮЗНАЯПАТЕНТНО-Т:-КШ^-!ЕГКАЯБИБЛИОТЕКА Советский патент 1971 года по МПК H03M1/04 

Изобретение относится к области автоматического управления и вычислительной техники и может быть использовано при построении систем управления стационарными случайными процессами, обладающими эргодическими свойствами.

Известны цифровые преобразователи, позволяющие измерять значения двумерных функций распределения вероятностей эргодическнх случайных процессов.

Использование цифровых дискриминаторов в известных преобразователях определяет их сложность и громоздкость, а также ограничивает их быстродействие и точность определяемых характеристик случайного процесса. Вместе с тем очевидно, что для получения более нолной характеристики случайного процесса необходимо определение двумерной функции распределения для случая п уровней.

Предлагаемое устройство представляет собой к-канальный анализатор определения двумерных функций распределения вероятностей одного случайного процесса в различные моменты времени. Новые логические принципы, используемые при его построении, исключают необходимость применения в схеме анализатора цифровых дискриминаторов. Это позволяет принципиально упростить схему устройства, увеличить его быстродействие и повысить точность работы. Одновременно расширяются функциональные возможности устройства, поскольку можно определять значения двумерных функций распределения одновременно для п уровней.

Функциональная схема предлагаемого устройства показана на чертелсе.

Аппаратура для определения двумерных функций распределения вероятностей строится обычно на основе метода дискретных выборок.

При этом двумерная функция распределения вероятностей одного и того же случайного процесса определяется путем вычисления средней частоты сложного события вида X (t) ,Xj и X (t + т) Xj+i (/ 1 ч- rt), где

Xj и JCj+i - уровни анализа. Эти принципы положены в основу построения и работы предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство содержит преобразователь код-аналог (ПКА), устройство

сравнения мгновенных значений напряжений (СУ), реверсивный счетчик, синтезированный нз триггеров TI - Г„, генератор счетных импульсов (ГСИ), временной селектор (СВ), отметчик времен (ОВ), (п-1) счетчиков СК

для подсчета значений двумерных функций распределения вероятностей при п уровнях Xj, элементы //о, И , И, Яу, - Иу,, ;Яу - Иу Т - Т и Т дифференцирующие цепочки Д, элементы задержки ЛЗ. На один вход СУ подается входное наиряжение f/Bx которое моделирует исследуемый случайный процесс, а второй вход соединен с выходом ПКА, преобразующим код - содержимое реверсивного счетчика - в эквивалентное значение напряжения. Реверсивный счетчик связан с многовходовыми элементами Яу; посредством наборного поля, на котором предварительно набираются комбинации, соответствующие выбранным значениям уровней Xj. Каждая комбинация поступает на вход соответствующего элемента Hyj, единичные выходы всех триггерных элементов расположены слева, а нулевые выходы справа, при этом правые входы триггеров единичные, а левые входы нулевые. Каждый из триггеров Т своим единичным состоянием определяет ситуацию превышения входным напряжением /-ю уровня. Рассмотрим предлагаемое устройство в работе. Перед началом работы все счетчики и триггерные элементы находятся в нулевом состоянии. Временной селектор СВ вырабатывает импульсные сигналы с заранее определенным интервалом времени. Этот интервал выбирается таким, что позволяет в момент времени ti выдавать первый импульс опроса в шину Ш1 через элемент Яо. При этом тот же импульс, пройдя через элемент задержки ЛЗ, должен появиться в шине ZZ/2 в момент времени ti -}-1 уже в качестве второго импульса опроса. Отметчик времени ОВ имеет на своем выходе единичный сигнал, который после поступления на вход отметчика первого импульсного сигнала с выхода СВ сменяется нулевым сигналом через время Т (равное интервалу наблюдения), блокируя устройство от дальнейшей обработки входной информации. Устройство начинает функционировать с момента подачи напряжения t/вх на вход СУ и запуска ГСИ. В начале работы (поскольку содержимое реверсивпого счетчика равно нулю) f/Bi вых, следовательно, возникает единичный сигнал на выходе / СУ. В результате импульсные сигналы с выхода элемента Я начинают поступать на суммирующий вход реверсивного счетчика и на соответствующие входы элементов Я . Предположим, что t/вх некоторое время нарастает. Очевидно, что при этом увеличивается величина содержимого реверсивного счетчика. Описываемое устройство в каждом такте работы определяет наличие ситуации, когда выполняются два условия: X (t) :Xj и X (t + r) Xj+1. Однако на практике могут быть случаи, когда какое-либо из этих условий или оба условия в данном такте не выполняются. Рассмотрим последовательно все четыре возможных случая при условии, что t/BX . Первый случай: к (t) Xj и х (/-f т) A:J+I. Устройство при этом реализует следующую логику. Первый импульс опроса поступает через элемент Я в шину Ш и далее на соответствующие входы элементов Я. Причем, поскольку триггеры Т , сохранили свое нулевое состояние и соответствующие уровни не превзойдены величиной входного напряжения (/вх (т. е. X (t .Xj), выработанный элементом //j импульсный сигнал переводит триггер Т в единичное состояние. Второй импульс опроса поступает в шину ZZ/2 с выхода элемента ЛЗ и представляет собой предыдущий импульс опроса, задержанный на время т. Этот сигнал поступает на соответствующие входы всех элементов Я , вторые входы которых через элементы задержки ЛЗз подключены к нулевым выходам триггеров Т-. В результате, поскольку триггеры J находятся в нулевом состоянии (т. е. X (t j+i), выработанные элементами Я импульсные сигналы поступают на входы элементов И, и ИЛИ}. Ввиду того, что триггеры Т , находятся в единичном состоянии, сигналы с выходов элементов Яу поступают на входы счетчиков СК.-/, а сигналы с выходов элементов ИЛИ, возвращают триггеры Т в нулевое состояние. На этом заканчивается данный такт работы устройства. Рассмотрим второй случай: х (t) ; Xj, x(t + T;) Xj+i. В этом случае аналогично предыдущему первый импульс опроса устанавливает соответствующие триггеры Т, в единичное состояние. Однако, согласно условию, к моменту появления второго импульса в шине Ш триггеры оказываются установленными в единичное состояние т. е. фиксируется ситуация X (t + г) Xj+i, в результате соответствующие элементы Я запираются (снимается единичный сигнал с нулевого выхода соответствующих триггеров Т ), и импульс второго опроса блокируется от поступления на входы соответствующих элементов Яу и ИЛИ-. Поэтому в соответствующие счетчики C/Cj в данном такте не поступает импульсный сигнал, а триггеры Г сохраняют единичное состояние. Как видно из схемы, нулевые выходы элементов Т ., кроме младшего, связаны с элементом непосредственно и через элемент задержки Л3,1. Необходимость наличия связи через элемент задержки будет пояснена в дальнейшем, а необходимость наличия непосредственной связи видна из рассмотрения данного случая. Действительно, при отсутствии непосредственной связи могла возникнуть ситуация, когда элемент задержки Л3j задержал бы снятие единичного сигнала со входа соответствующего элемента Яу ( при перехоДе соответствующего триггера 7 j в единичное состояние) и появилась бы возможность ошибочного прохождения второго импульса опроса через элемент И в соответствующие цепи. Наличие неносредственной связи исключает такую возможность. Рассмотрим третий случай: х (t) Xj и X (t -i-r) .Xj+i. В этом случае к моменту поступления первого импульса опроса на соответствующие входы элементов Я последние оказываются запертыми, поскольку с их вторых входов сняты единичные сигналы из-за установки соответствующих триггеров в единичное состояние. В результате триггеры Т, сохраняют нулевое состояние, и при поступлении второго импульса опроса через элементы Hj на вход И, последние оказываются запертыми нулевым сигналом с единичных выходов триггеров Т. Поэтому в соответствующие счетчики CKj импульсный сигнал в данном такте также не поступает, а соответствующие триггеры сохраняют нулевое положение. Рассмотрим четвертый случай: х (t) Xj и X (t+r) Xj+i. Очевидно, что Б этом случае и второй импульсы опроса блокируются от поступления в соответствующие цепи схемы устройства элементами ffj и Hj, поскольку соответствующие триггеры Tj установлены в единичное состояние. При этом в соответствующие счетчики СК) также не поступают импульсные сигналы в данном такте, а триггеры Т сохраняют нулевое состояние. Пами были рассмотрены четыре случая, которые могут иметь место в ходе выполнения такта работы устройства при условии, что t/BX f/Bb,I. Теперь рассмотрим работу устройства при условии УВХ . в этом случае единичный сигнал устанавливается на выходе 2 СУ (при этом выход / СУ выдает нулевой сигнал) и последовательность импульсов с выхода элемента Я° поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика, а также на соответствующие входы элементов . При этом превзойденные ранее уровни могут пересекаться в обратном направлении, соответствующие этим уровням элементы Myj будут фиксировать это, вырабатывая на своих выходах единичные сигналы. Последние поступают на соответствующие входы элементов И, отпирают их, и эти элементы образуют на своих выходах единичные сигналы, возвращая соответствующие триггеры в нулевое состояние. Следует различать два случая: когда триггер Т .1 находится в нулевом состоянии и когдй /-ГО уровня в обратном направлении. Если при этом триггер Т. находится в нулевом состоянии, то импульсный сигнал, выработанный дифференцирующим элементом (подключен к нулевому выходу соответствующего триггера Г), поступает через элемент ИЛИ на нулевой вход триггера , не меняя его состояния. 2. Триггер Т переходит из единичного состояния в нулевое, фиксируя прохождение /-ГО уровня в обратном направлении, а триггер находится в единичном состоянии. В этом случае дифференцирующий элемент Д, подключенный к нулевому выходу триггера Tj, вырабатывает импульсный сигнал. Этот сигнал через элемент ИЛИ, поступает на нулевой вход триггера Т. и возвращает последний в нулевое состояние. При этом элемент задержки Л3j-i блокирует поступление единичного сигнала на входы соответствующих элементов Я. в течение времени, необходимого для установки триггера Т в нулевое состояние сигналом, выработанным соответствующим дифференцирующим элементом. Это необходимо для того, чтобы предотвратить возможное прохождение второго импульса опроса через элемент Я ., что может повлечь за собой ошибочную засылку в счетчик CKj сигнала с выхода элемента Я. Так определяется функция элементов задержки ЛЗ в схеме рассматриваемого устройства. Через время Г (после начала отсчета времени отметчиком времени ОВ) на выходе последнего снимается единичный сигнал и тем самым блокируется обработка устройством входной информации. На этом заканчивается данный интервал наблюдения за исследуемы.м случайным процессом. Таким образом, осуществляется функционирование предлагаемого преобразователя аналог - код с определением двумерной функции распределения по н-каналам. Следовательно, предлагаемое устройство позволяет определять значения двумерных функций распределения вероятностей одновременно для п уровней, что позволяет получать качественно новые результаты анализа исследуемого случайного процесса. Вместе с тем, благодаря новым конструктивным связям и новой логической организации процесса, удается исключить из схемы устройства цифровые анализаторы. Это позволяет принципиально упростить схему предлагаемого устройства, одновременно увеличить его быстродействие и расширить функциональные возможности (благодаря п-капальпости). Вместе с тем схема предлагаемого устройства позволяет существенно звеличить точность анализа исследуемого процесса. Последнее достигается благодаря использованию схемы сравнивающего устройства СУ, определяющего как ситуацию бвх ЕЫХ, так и ситуацию вых, а также наличию реверсивного