Устройство для определения средней мощности и дисперсии случайного процесса Советский патент 1979 года по МПК G06F17/18 G06G7/52 

36 пересчета, при этом первый выход первого блока пересч ета сг эиинен со входом второго блока пересчета, первый выход которого соединен со входом блока управления, а второй выход подключен ко вхо™ ду первого цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго цифроаналогового преобразователя, вход которого соединен со вторым выходом первого бпо ка пересчета, вход которого подключен к выходу делителя частоты, выход сумма. тора соединен, со вторым входо блока сравнения, а третий вход сумматора соединен с пятым выходом блока управления. Блок-схема предлагаемого устройства представлена на чертеже. Устройство содержкт блок 1 запоминания, блок 2 сравнения, триггер 3, элемент И 4, счетчик 5,генератор импульсов 6, делитель частоты 7, первый блок пе ресчета 8, второй блок пересчета 9, первый цифроаналоговый преобразователь 10, второй цифроаналоговый преобразователь 11, сумматор 12, блок управления 13. Устройство работает следующим обра1.. Напряжение реализации ) исследуемого случайного процесса подаётся на вход устройства, которое определяет оценку средней мощности процесса Р , выделяемой на резисторе сопротивлением в 1 Ом согласно выражению Р .J . Устройство работает циклически. За один цикл устраняется N дискретных выборок. MoMeHTt выборки задается i м импульсом опроса, постуяакаиим на второй вход блока запоминания с первого выхода блока управления 1. Блок 1 запоминает напряжение s(t.|) на время длительности выборки (периода опроса/Т. Тот же импульс опроса перебрасывает триггер 3 из состояния О в состояние I, В результате на ы,1ход элемента И 4 подается разрешающий потенциал, существующий до момента, пока триггер 3 не будет возвращен в состояние О выходным импульсом блока сравнения 2. Последний сравнивает запомненное нап ряжение x(ti) С образцовым напряжением U(t) подаваемым на второй вход. В момент равенства этих двух напряжений на выходе блока сравнения возникает короткий импульс. 384 Таким образом, триггер 3 формирует прямоугольный стробируюший импульс, длительность Т. Т, которого определяет- ся интервалом, разделяющим момент пыборки и момент t равенства образцового напряжения напряжению выборки. Этот импульс заполняется счетными импуеьсами, поступающими на вход элемента И 4 от генератора 6 с частотой F На выходе элемента И образуется пачка импульсов, число которых составаяет Г . При наличии на первом входе элемента И 4 разрешакхцего напряжения пачки импульсов проходят в счетчик, который к началу цикла измерения установлен в ноль. Для определения мощности необходимо, чтобы длительность импульса Т: и COOT- ветственно число h. импульсов в пачке были пропорциональны квадрату напряжения выборки x(lj) . Это достигается при условии, что образцовое напряжение U(t), изменяется пропорционально корню квадратному из времени, т.е. U(t) k,Vt ..Так как в момент t/ напряжение U(t,)0, то, 4 У II/ очевидно, ()-HoU(t.) x(tj) x(t,-), jr а Т;. i.СледовательноVi - x ft-) fc (iA гk 2 В описанном устройстве в качестве образцового напряжения используется ступенчатое напряжение, которое с требуемой точностью аппроксимирует напряжение Uft). Формирование такого напряжения основано на получении числового кода с последующим преобразованием его в аналоговый сигнал, который аппроксимируется линейно-ступенчатой функцией, моделируемой путем цифроаналогового. преобразования. . Формирователь линейно-ступенчатого напряжения состоит из генератора счетщ, импульсов 6 и делителя частоты 7, представляющих источник сигналов, который задает шаг дискретизации - длительность мелкой ступени, первого блока пересчета 8 и второго линейного цифроаналогового преобразователя 11, образуюих блок формирования мелких ступеней, нысоты которых изменяются по линейному закону, второго блока пересчета 9 и первого цифроаналогового преобразовате- ля Ю,. выполняющих функцию блока формирования крупных ступеней, высоты которых пропорциональны корню квадратному из числа, и сумматора 12, осуществлякзлего суммирование напряжений сту пеней обоих видов. Работа формирователя начинается с момента поступления на управляющий вход генератора счетных импульсов 6 сигнала с выхода блока управления 13. С этим сигналом синхронизированы первый импульс опроса (импульс первой выборки) и фронт импульса, подаваемого на вход элемента И 4 и определяющего продолжительность цикла усреднения (измерения). Счетные импульсы с периодом еле дованияТ ц подаются с выхода генератора 6 в делитель частоты 7 с коэффициентом деления q . На выходе делителя образуются импульсы с периодом следования ДТ IQ f задающим шаг дискретизации длительность мелких ступеней. Эти импульсы поступают в первый блок пересчета 8, представляющий собой счетчик еглкостью гп импульсов. Следовательно, после каждых т импульсов, поступивших на вход блока 8, на его первом выходе появ ляется один импульс. На втором и,1ходе первого блока пересчета 8 образуется ко довая комбинация, соответствующая числу импульсов, зафиксированных в этом блоке и преобразуемая цифроаналоговым преобразователем 11 в пропорциональное напряжение. Таким образом на вход сумматора 12 подается линейно-изменяюшее ся напряжение мелких ступеней. С выхода первого блока пересчета 8 подаются на вход второго блока пересчета 9 импульсы, период следования которых равен тдТ . Следовательно, числа во втором блоке пересчета 9, а значит, и кодовые комбинации на его втором выходе изменяются в m раз реже, чем в первом пересчетном блоке. Кодовая комбинация подается с выхода блока 9 в цифроаналоговый преобразователь 10, который преобразует число в напряжение, пропорциональное корню квадратному из числа. Так формируется, напряжение крупных ступеней, которое поступает на первый вход сумматора 12. На выходе этого блока получается напряжение, предста ляющее собой сумму напряжений крупных и мелких ступеней. С каждой новой крупной ступенью дол жен изменяться наклон мелких, яинейноизменяпошихся ступеней. Для осуществлюния этого импульсы с выхода второго блока пересчета (емкость этого блока п импульсов) поступают на вход блока управления 13. Последний формирует сигналы-командь, подаваемые на третий 65 386 вход сумматора 12 и управляющие весами, с которыми выходное напрускение линейного цифроаналогового преобразователя 11 суммируется с выходным напряжением цифроаналогового преобразователя 1О, В результате ко входу блока сравнения 2 подводится напряжение, которюе состоят из мелких ступеней, изменяющихся с шагом ДТ, С этим напряжением, аппроксимирующим напряжение ll(t) k Vt , сравнивается запомненное напряжение x(i-). Рациональным выбором чисел m и п можно уменьщить погрешность аппроксимации до допускаемой величины. За R выборок (опросов) в счетчике 5 накапливается число B ,x(t.)k,NP; , гдеР - оценка средней мсшности случайного процесса (ИЛЕ оценка дисперсии при центрированном процессе XCi), k. Количество выборок М (продолжительность цикла усреднения) задается блоком управления. Если выбрать число k и N. так, чтобы kjN 10(oi - целое число), то Pjj B-lCP и устройство получг.ется прямон оказывающим. Описанное устройство позволяет уменьщить погрешность аппаратурного определения средней мощности (дисперсии) случайного процесса и получить высокую мет рологическую надежность. Это существенно повышает эффективность использования устройства в системах автоматического управления, передачи информация, производственного и эксплуатационного контроля, информационно-измерительных системах. Формула изобретения Устройство для определения средней мощности и дисперсии случайного процеоса, содержащее блок запоминания, первый вход которого является входом устройст- ва, а второй вход соединен с единичным входом триггера и подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с первым входом 8лвмента И, второй вход которого объединен со входом делителя частоты и подключен к выходу генератора импульсов, вход которого соединен с третьим выходом бло.7- ,в ка управления, четвёртый выход которого подключен к первому входу счетчика, второй вход которого соединен с выходом элемента И, выход блока запоминания подключен к первому входу блока сравне имя, выход которого соединен с нулевым входом триггера, выход которого подклю чен к третьему входу элемента И, о т личающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены два цифроаналоговых преобразователя, сумматор и два блока пересчета, при этом первый выход первого блока пересчета соединен со входом второго блока пересчета первый выход которого соединен со входом блока управления, а второй выход подключен ко входу первого цифроанало- гового преобразователя, выход которого в соепииен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго шгфроаналогового преобразователя, вход которого соединен со вторым выходом первого блока пересчета, вход которого подключен к выходу делителя частоты, выход сумматора соединен со вто- рум входом блока сравнения, а третий вход сумматора соединен с пятым выходом блока управления. Источники информации, приняггыв во внимание при экспертизе 1.Мирский Г, Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов, М., Энергия, 19J2, с. 92. 2.Мирский Г. Я. Аппарат фное определение характеристик случайных процессов, М,, Энергия, 1972, с. 54.