АНАЛОГОВЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ СТАТИСТИЧЕСКИХ МОМЕНТОВ Советский патент 1971 года по МПК G06G7/52 

Предлагаемое устройство относится к области определения комплексных математических характеристик и может быть использовано для широкого круга задач исследования иестациопариых случайных процессов.

Известны аналоговые устройства для вычисления экспоиеициальио-взвешепиых статических моментов, состоящие из масштабного усилителя, блоков умножения и апериодических усредняющих усилителей. Устройства такого типа эффективны при исследовании стационарных случайных процессов. Однако изза ограпичеиности динамического диапазона, определяемой главным образом точностью выполнения аналоговой операции умножения (квадрироваиия), эти устройства мало пригодны для исследования пестациоиарных случайных процессов. Действительно, если оценить точность операции.

Умножения в 1 % от шкалы, то динамический диапазон входного сигнала при вычислении момента второго порядка (дисперсии) ограничен до 20 дб, а при вычислении момента четвертого порядка динамический диапазон сужается до 10 дб (до 3 раз).

Поэтому при исследовании нестационарных случайных процессов возникает задача расширения динамического диапазона путем поддержапия определенного уровня сигнала на входах блоков умножения (квадрироваиия).

В предлагаемом устройстве поддержание определенного уровня сигнала на входах иелииейных блоков реализуется с помощью дискретного автоматического регулятора масштабов (АРМ).

АРМ через заданный интервал времеии производит оценку значения усредненного квадрата сигнала и при выходе этого значения за установленные границы дискретио изменяет коэффициент усиления масштабного усилителя. Фактический коэффициент усиления, при котором производилось вычисление моментов на последнем временном интервале, фиксируется одновременно с вычисленными моментами.

Предлагаемое устройство включает в себя схему исключения переходных процессов на выходах апериодических усредняющих усилителей, вызвапных скачкообразным изменением

сигналов на их входах при коммутации коэффициента усиления. Паличие этой схемы существеиио повышает точность и быстродействие устройства.

На фиг. 1 и 2 приведены соответственно

блок-схема и упрощенная функциональная схема вычислителя момеита второго порядка и осиовного контура устройства. регулятор масштаба 9, схему сравнения 10, реверсивный шаговый искатель 11, индикатор масштаба 12, блок исключения переходного процесса 13, усилитель 14, диоды 15, 16, лампы 17, 18, поляризованное реле 19 и реле 20-25. Выход масштабного усилителя / подключен ко входам усредняюпхего усилителя 5, квадратора 2 и блока умножения 4. Выход квадратора 2 подключен ко входам усредняющего усилителя 6 и квадратора 3, а также ко второму входу блока умножения 4. Выход усредняюш.его усилителя 6 соединен с двухпороговой схемой сравнения 10, выполненной на операционном усилителе 14, выход которого через диоды 15, 16 и неоновые лампы 17, 18 поступает на обмотки поляризованного реле 19. Реле 19 через реле 20 и 21 коммутирует обмотки реверсивного шагового искателя (РШИ) 11. На ламели одного поля РШИ выведены сопротивления обратной связи масштабного усилителя, на ламели другого - сопротивления индикатора масштаба 12, а ламелями третьего соединены по циклической схеме три реле 21, 23 и 24 блока исключения переходного процесса 13. Помимо реле блок исключения переходного процесса включает в себя для каждого усредняющего усилителя делитель напряжения, состоящий из трех сопротивлений, и три конденсатора. Работает устройство следующим образом-. Сигнал с выхода усилителя / после квадрирования на квадраторе 2 и усреднения на усилителе 6 в виде дисперсии г/ поступает на нормально замкнутый контакт реле 25. Реле 25 срабатывает через заданные интервалы времени от внешнего импульса управления и у и подключает сигнал у вместе с опорным напряжением 17 on на вход схемы сравнения. При значениях у, лежащих в заданных пределах, модуль напряжения на выходе усилителя 1 .cpl f/нл где и ал - потевдиал зажигания неоновых ламп. Есла же г/ переходит верхний или нижний порог, то зажигается неоновая лампа 17 или 18, и последовательно срабатывают реле 19, 20 и 21 РШИ 11. Причем после снятия Vу РШИ делает шаг в таком направлении, при котором в случае превышения г/ верхнего порога коэффициент усиления усилителя / уменьшается, а в случае перехода нижнего - увеличивается. Индикатор масштаба 12 показывает значение коэффициента усиления «/С, при котором будет иметь место обработка сигнала на следующем временном интервале. Напряжение, пропорциональное «/С, выдается устройством также для записи. В момент изменения коэффициента усиления на входе усредняющего усилителя происходит скачкообразное изменение напряжения. Если не предпринимать никаких мер, то следом за этим моментом на выходе усилителя будет иметь место переходной процесс, длительность которого составляет 34-4 Т (где Т-постоянная времени усреднения). Так, если Т 5 се/с, то правильные отсчеты можно делать только через 15-20 сек, после переключения усиления. В противном случае отсчеты содержат значительную методическую погрешность. Очевидно, что такое устройство будет не только не точным, но и весьма медленно действующим, так как интервал между переключениями усиления должен быть больше 3, 4 Т. В предлагаемом вычислителе применена оригинальная схема исключения переходного процесса на выходе апериодического усредняющего усилителя при скачкообразном изменении уровня сигнала на входе в определенное число раз. К выходу каждого усредняющего усилителя подключен делитель, состоящий из трех сопротивлений. Сопротивления подбираются так,, чтобы напряжения, снимаемые с делителя, находились в таком же отнощепии, как и напряжения на входе данного усилителя при изменении коэффициента усиления масштабного усилителя. Так, например, если при одном шаге РШИ коэффициент усиления изменяется в У 2 раз,, то напряжения, снимаемые с соседних точек делителя усредняющего усилителя для момента рвого порядка, должны различаться в Y 2 раз, для момента второго порядка эти напряжения должны отличаться в 2 раза, для момента третьего порядка - в 2 К 2 раза и для момента четвертого порядка - в 4 раза. С помощью контактов реле 22-24 к трем точкам делителя подключаются три одинаковых конденсатора, причем контактами этих реле конденсаторы, подключенные к крайним точкам делителя, другим концом подсоединяются к корпусу, а конденсатор, связанный со средней точкой делителя - к сетке усилителя. Такое подключение конденсаторов имеет место при любом включенном реле 22, 23 и 24. Последовательность включения реле такова, что в случае увеличения коэффициента усиления к средней точке делителя и к сетке подключается тот конденсатор,, напряжение на котором выше, а в случае уменьшения - конденсатор, напряжение на котором ниже напряжения средней точки делителя. Указанная последовательность включения реле реализуется в устройстве циклической схемой с помощью поля РШИ. При движ.ении РШИ в направлении увеличения коэффициента усиления последовательно включаются реле 22, 23, 24, 22 . . . . При этом каждый раз конденсатор с высоким напряжением подключается к средней точке делителя, со средним - к нижней точке, а с низким - к верхней точке. При движении РШИ в направлении уменьшения коэффициента усиления имеет место обратная последовательность т. е. (22, 24, 23, 22 . . .), и каждый раз конденсатор с низким напряжением подключается к средней точке, со средним - к верхней точВ результате использования такой схемы в момент изменения коэффициента усиления напряжение на выходе усредняющего усилителя соответствует новому значению напряжения на его входе, и переходный процесс не возникает. Причем, так как постоянная времени перезаряда конденсаторов,, подключаемых к кор пусу, значительно меньше, постоянной времени усреднения, то предлагаемая схема обладает высоким быстродействием, и интервал времени между переключениями коэффициента усиления может быть существенно меньше, чем постоянная времени усреднения. Предмет изобретения 1. Аналоговый вычислитель статистических моментов, содержащий масштабный усилитель,, подключенный выходом непосредственно ко входу усредняющего усилителя первого порядка, через квадратор - ко входу усилителя второго порядка и через первый вход блг ка умножения - к усредняющему усилителю момента третьего порядка, выход квадратора

второго порядка подключен ко второму входу блока умножения и через квадратор четверзованное реле и конденсатор к выходной шине блока исключения переходного процесса. того порядка - к усредняющему усилителю момента четвертого порядка, отличающийся тем, что, с целью повышения точности вычисления, он содержит автоматический регулятор масштаба дискретного действия, состояший из двухпороговой схемы сравнения, вход которой подключен к выходу усредняющего усилителя момента второго порядка, а выхо соединен со входом реверсивного шагового искателя, причем один выход реверсивного шагового искателя соединен со входом множительного устройства, а другой выход подключен к индикатору масштаба, 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что с целью увеличения быстродействия, оно содержит блок исключения переходного процесса, вход которого соединен с выходом реверсивного шагового искателя, а выход подключен ко входу усредняющих усилителей. 3. Устройство по и.о. 1, 2, отличающееся тем, что блок исключения переходного процесса содержит делитель напряжения, к двум выводам которого через поляризованное реле подключены конденсаторы, третий вывод делителя напряжения подключен через поляри