Анализатор случайных процессов Советский патент 1978 года по МПК G06F17/18 

(54) АНАЛИЗАТОР СЛУЧАЙНЫХ ПРСИЕССОВ

и с третьим и четвертым выходами третьего блока разу еления экстремумов, выходы блока элементов ИЛИ через блок элементов И подк тючены к входам соответствующих счетчиков; блок разделения экстремумов содержит три последовательно соединенных запоминающих регистра, вход первого из которых соединен с первым входом блока и первым входом узла управления, второй вход которого соединен с выходом схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом первого запоминающего регистра, второй вход - с выходом третьего запоминающего регистра, первыми входами первого и второго ключей, выходы которых являются четвертым in пятым выходами блока, первый и второй вы-ходы узла управле-. ния соединены соответственно с вторыми входами третьего и второго ключей и являются первым и вторым выходами блока, третий выход узла управления соединен с вторыми входами четвертого и первого }слючей, вторые входы третьего и четвертого ключей соединены с выходом второго запоминающего регистра, при этом выход третьего ключа является третьим входом устройства, выход четвертого ключа является шестым выходом блока.

Предлагаемый анализатор может быть использован для определения величины размахов, их асимметрии и числа циклов случайного (процесса при прогнозировании долговечности деталей машин, работающих в условиях случайного нагружения.

На фиг. 1 дана схема анализатора для обработки процесса в три этапа; на фиг. 2 - схема блока разделения экстремумов; на фиг. 3 -W показаны кривые, отражающие весь диапазон изменения исследуемого параметра. Схема анализатора выделяет экстремальные точки процесса, отфильтровывает ложные экстремумы, последовательно сравнивает величины двух соседних максимумов или двух соседних минимумов процесса, определяет знаки разности и их изменение, сравнивает знаки и производит считывание в счетчики промежуточных и основных размахов.

Анализатор состоит из следующих основных узлов: блок 1 преобразования непрерывного сигнала в последовательность чисел, блок 2 фильтрации экстремумов, блок 3 разделения экстремумов, элемент ИЛИ 4, дешифратор 5, блок 6 разделения экстремумов, элемент ИЛИ 1, дешифратор 8, блок 9 разделения экстремумов, блок 10 формирования чисел, блок 11 алементов ИЛИ, блок 12 элементов И, счетчики 13. Весь диапазон изменения исследуемого параметра разбит на ряд интервалов прямыми, параллельными оси времени {см., фиг. За). Цифры на кривой означают величину уровня, соответствующего данному экстремуму. Максимумы с соседними минимумами образуют размах, например, «1-4, «2-4, «2-8 и т.д., два одинаковых размаха составляют цикл.

Схематизация процесса по полным циклам связана с разделением процесса на основные и промежуточные циклы (на фиг. 3 а, б, в промежуточные циклы заштрихованы). Это деление условно, так,как основные циклы могут

быть в свою очередь промежуточньгми, если они наложены на циклы, состояшле из размахов большей величины. Промежуточным, например, является цикл, образованный размахами «6-7, являющийся частью основного цикл а «5-8,, который, в свою очередь, будет промежуточным по отношению к основному циклу, образованному размахом «I -10. В целом, реализацию случайного процесса, изображенную на фиг. За, можно представить в виде схематизированного процесса, состоящего из циклов «2-4, «6-7, «4--6, «5-6, «3-7, , «3-8, «2-9 и «1 - 10.

Разделение процесса на промежуточные и основные циклы осуществляется на каждом этапе обработки процесса. Это достигается тем, что в процессе обработки последовательно определяют знаки разности между величинами каждых последующего и предыдущего максимумов в каждых последующего и предыдущего минимума.

Операции, связанные с разделением цикла, выполняются согласно следующим условиям:

1.Размах, образованный предыдущим максимумом и минимумом, расположенным между сравниваемыми максимумами при положительной их разности и размах, образованный предыдущим минимумом и максимумом, расположенным между сравниваемыми минимумами при отрицательной их разности регистрируют в качестве промежуточных размахов. Исключение составляют те размахи, максимумы или

0 минимумы которых являются максимумами или минимумами основных циклов.

2.В качестве максимумов основных размахов принимают максимум, расположенный между сравниваемыми минимумами и предыдущий из сравниваемых максимумов при изме5 . нении их разностей с «4- на «-.

3.В качестве минимумов основных размахов принимают минимум, расположедный между сравниваемыми максимумами и предыдущий из сравииваемых минимумов при изменеНИИ знаков их разностей с «- на « + .

Алгоритм работы анализатора поясняется табл. 1, 2 и 3, составленными для обработки реализации случайного процесса, изображенного на фиг. 3.

Во втором столбце табл. 1 помещены цифры,

5 представляющие величины экстремальных точек процесса. Для удобства сравнения соседних максимумов и соседних минимумов в столбцах «3 и «4 записаны числа, представляющие исходный процесс, сдвинутый, соответственно, на один и два такта. Знак разности между соседними максимумами и соседними минимумами записан в столбце «5. В столбц1е «6 приведены знаки «-f и «-, условно принятые для обозначения сравниваемых экстремальных точек случайного процесса. Знак соответствует сравнению максиму у ов, знак сравнению минимумов. Изменение знака разности, имеющего место, например, в строках 7. 8, 9, 12, 14, 16, 19, 20 зафиксировано в столбце «7 знаками « + и «-, если имеет место, соответственно, изменение знака разности с «- на « + и с «1 на «---. Совпадение знаков в столбцах «5 и «6 соответствует условию 1, при котором должны быть выделены промежуточные размахи. Совпадение знаков в столбцах «6 и «7 означает, что следует выделить минимум или максимум основно-. го цикла, причем они находятся между сравниваемыми числами в столбце «3. В том случае, если знаки не совпадают, экстремум основного цикла находится в столбце «4.

Работа анализатора происходит следующим образом. Исследуемый сигнал поступает на вход блока 1 преобразования непрерывного сигнала в последовательность чисел. С его первого выхода через блок 2 фильтрации экстремумов на первь1й вход первого блока 3 разделения экстремумов поступают последовательно числа, пропорциональные величине экстремумов. Блок фильтрации задерживает числа, соответствующие ложным экстремумам и препятствует заполнению запоминающих регистров информацией, нарушающей работу блока разделения экстремумов, если исследуемый параметр колеблется около одного определенного уровня. Со второго выхода блока 1 на второй вход первого блока разделения экстремумов 3 и на первый вход первого дешифратора 5 поступает сигнал, соответствующий моментам появления максимумов. Этот сигнал вырабатывается в моменты времени, соответствующие знаку «. + столбца 6 (см. табл. 1) и необходим для формирования импульсов считывания экстремумов промежуточных и основных циклов, а также для формирования новых сигналов, соответствующих максимумам в первом дешифраторе 5, которые используются при разделении циклов во втором блоке разделения экстремумов 6 (см. табл. 2). С п ятого и шестого выходов первого блока 3 разделения экстремумов через блок II элементов ИЛИ и блок 2 элементов И на счетчики 13 поступают пары чисел, соответствующие промежуточным циклам, регистрируемым на данном этапе обработки процесса. С третьего и четвертого выходов блока через элегиент ИЛИ 4 на первый вход второго блока 6 разделения экстремумов поступают числа, представляющие оставшуюся последовательность экстремумов после выделения экстремумов промежуточных циклов в первом блоке 3 разделения экстремумов. Второй 6 и третий 9 блоки разделения экстремумов и дешифратары 5 и 8 работают аналогичным образом. С третьего и четвертого выходов блока 9 разделения экстремумов последовательность чисел, представляющих величины экстремумов основных циклов (см. фиг. 3 Д), поступает на входы блока 10 формирования пар чисел, где формируются пары чисел, соответствующие основным размахам, которые через блок I элементов ИЛИ и блок 12 элементов И подаются на счетчики 13.

В блок разделения экстремумов входят Запоминающие регистры 14, 15, 16, схема сравнения 17, узел управления 18 и ключи 19, 20, 21 и 22. Работа первого блока разделения экстремумов происходит в соответствии с табл. 1. Наличие сигналов в схеме блока соответствует знаку «4 в столбцах h. fi и 7 табл. 1, отсутствие сигнала - знаку «---.

С выхода блока фильтрации 2 поступают последовательно числа, проп9рциональные величинам экстремумов процесса. Таким образом, в первом регистре 14 и в третьем регистре 16 находятся поочередно числа, пропорциональные либо максимумам либо минимумам процесса (столбцы 2 и 4 табл. 1). Схема сравнения

17 выдает сигнал «U на третий вход, узла управления 1& в том случае, когда число в регистре 14 больше или равно числу в регистре 16.. На второй вход блока со старого выхода блока 1 преобразования непрерывного сигнала в последовательность чисел поступают сигналы в

моменты времени, когда в регистрах 14 и 16 находятся числа, соответствующие максимумам процесса. Одновременно с поступлением чисел в первый регистр 14 на первый вход блока подаются импульсы опроса. Импульсы счйтывания на выходах схемы управления появятся в момент прихода на ее первый вход импульсов опроса а зависимости от соотношения сигналов на втором и третьем входах и от характера изменения сигнала на третьем входе. Первое из одинаковых состояний на выходе схемы

сравнения 17, соответствующее моментам изменения знака разности между каждым последующим и каждым предыдущим максимумами и каждым последующим и предыдущим минимумами (столбец 7 табл. 1) является состоянием, при котором с первого или со второго выходов поступают импульсь на вторые входы третьего или второго ключей для считывания чисел, пропорциональных экстремумам основных циклов. Так, при любой смене сигнала (с «1 на «О или с «О на «1) на выходе

схемы сравнения 17, соединенным с третьим входом узла управления 18 и при совпадении его с сигналом на втором входе на первом выходе узла управления 18 вырабатывается импульс, который, поступая на второй вход третьего ключа 19, считывает число из второго

регистра 15 (строки 7, 8, 9, 12, 16 и 19 табл. 1). При любой смене сигнала и при несовпадении его с сигналим на втором входе на втором выходе узла управления 18 вырабатывается им-. пульс, который, поступая на второй вход второго ключа 22, считывает число из третьего регистра 16 (строка 14 табл. 1). При совпадении сигналов на втором и третьем входах узла управления 58 кроме случаев смены сигналов на вторые входы первого и четвертого ключей 20 и 21 с третьего ее выхода поступают два

импульса, сдвинутые во времени, с помощью которых происходит одновременное считывание чисел из регистров 15 и 16 и передача их через . блок П элементов ИЛИ и блок 12 элементов И в соответствующие счетчики 13. Таким образом, полный цикл регистрируется в счетчике как два размаха. Последовательность чисел, поступающая с третьего и четвертого выхЬдов первого блока разделения экстремумов, представляет из себя последовательность, отличающуюся от исходной отсутствием чисел, выделен

ных как характеристики промежуточных циклов. Эта последовательн(х:ть (столбцы 8 и 9 табл. 1) с третьего и четвертого выходов блока поступает через элемент ИЛИ 4 на первый

вход следующего блока разделения экстремумов, где обрабатывается аналогичным образом.

Анализатор случайных процессов

Таблица

Формула изобретения

Таблица

таблица

соединены с первым входом второго блока разделения экстремумов, второй вход которого подалючен к выходу первого дешифратора и 1. первому входу второго дешифратора, второй и третий йхОды которого соединены соответственно с первым и 1зторым выходами яторого блока разделения экстремумов, третий и четвертый выходы которого через второй элемент ИЛИ подключены к первому входу третьего блока разделения экстремумов, второй вход которого соединен с выходом второго дешифратора, а первый и второй выходы через блок

формирования пар чисел соединены соответственно спервым и вторым входами блока элементов ИЛИ, другие входы которого соединены соответственно с пятым и шестым выходами первого и второго блоков разделения экстремумов и с третьим И четвертым выходами третьего блока разделения экстремумов, выходы блока элементов ИЛИ через блок элементов И подключены к входам соответствующих сиетчиков.

что блок разделения экстремумов содержит