Устройство для вычисления обобщенной реализации Советский патент 1982 года по МПК G06G7/52 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для статистической обработки и вычисления моментов распределения, в частности для статистического синтеза реализг ций случайных вибраций при исггытании на вибронадежность машин и приборов. Известно устройство для формирования выходных сигналов, пропорциональных среднему значению входных{ 1 Эти устройства представляют собой сложные структуры с применением алгебраических комбинаторов или катушек многоконтактных реле Наиболее близким к предлагаемо( по технической сущности является уст ройство для определения среднего значения по множеству реализаций, которое состоит из аналого-цифрового преобразователя с входным коммутатором, вычислителя среднего значения, блока управления и выходного запоминающего устройства с преобразователем, причем источники реали заций случайных процессов через коммутатор и аналого-цифровой преобразователь подключен к на капли ваю1чему вычислителю среднего значения, связанному через выходное запоминающее устройство с выходным преобразователем. В данном устройстве по сигналу с блока управления происходит последовательное подключение аналого-цифрового преобразователя к последующим источникам (от 1 до N) реализаций и ввод чисел-аналогов a.j(t) ,. .. ,а (t) и вычислитель среднего арифметического значения. Вычислитель среднего арифметического производит суммирование поступающих в него чисел и деление полученной суммы на число N источников реализаций. Указанная операция выполняется для ряда моментов време ни С2. Однако известное устройство не формирует обобщенную реализацию, представляющую собой сумму среднего арифметического значения (матема тического ожидания) по ансамблю и среднеквадратичного отклонения с учетом знака в отдельные моменты времени. Формирование обобщенной реализации необходимо для воспроизведения на электродинамических вибрационных стендах эксплуатационных случайных вибраций. Следует отметить, что формирование среднего значения по множеству реализаций не отражает характера изменения каждой реализации множества. Указанное изменение может быть учтено формированием среднего откло нения от среднего значения, другими словами формированием среднеквадрат ного отклонения и учета этого откло нения при формировании среднего зна чения, Цель изобретения - повышение точ ности формирования обобщенной реализации по ансамблю. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для вычисления обобщенной реализации, содержащее блок памяти, выход которого сое динен с информационным входом блока регистрации, источник реализации,, выходы которого подключены соответственно к разрядным входам коммутатора, выход которого соединен с инхрормационным входом аналого-цифрово го преобразователя, выход которого подключен к информационному входу первого вычислителя среднего значения, выход блока управления подключен к управляющим входам коммутатор аналого-цифрового преобразователя, первого вычислителя среднего значения, блока регистрации и блока памяти, введены второй вычислитель среднего значения, квадраторы, сумматоры, усредняющие фильтры, блок о ределения знака произведения, ключ, функциональный преобразователь, вы ход которого подключен к информацио . ному входу ключа и первому входу пер вого сумматора непосредственно, а ..через первый усредняюсций фильтр - с .вторым входом первого сумматора, вы ход которого соединен с первым информационным входом блока определения знака произведения, второй информационный вход которого подключен к выходу второго сумматора, а выход блока определения знака произведения соединен с управляющим входом ключа, выход-которого подключен к первому входу третьего сумматора, выход котррого соединен с информационным входом цифро-аналогового преобразователя , выход которого через второй усредняющий фильтр соединен с информационным входом блока памяти , первый вход второго сумматора соединен с выходом третьего усредняющего фильтра, второй вход третьего сумматора объединен со вторым входом второго сумматора, входами третьего усредняющего фильтра и первого квадратора и подключен к выходу первого вычислителя среднего значения, выход первого квадратора соединен с первым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к информационному входу функ|.1ионального преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя через второй квадратор подключен к информационному входу второго вычислителя среднего значения , выход которого соединен со вторым входом четвертого сумматора, управляющие входы цифро-аналогового пре преобразователя, блока определения знака произведения, функционального преобразователя и второго вычислителя среднего значения объединены и подключены к выходу блока управления. На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит источники 1, l2,..,ly, и реализаций, коммутатор 2,аналого-цифровой преобразователь 3,квадраторы и , вычислители 6 и 7 среднего значения, функциональный преобразователь 8, усредняющие фильтры , блок 12 определения знака произведения, сумматоры 13-16 (реверсивный) ключ 17, цифро-аналоговый преобразователь 18, блок 19 памяти, блок 20 регистрации, блок 21 управления. На выходе функционального преобразователя 8 формируется величина сигнала, равная среднеквадратичному отклонению процесса, На одном входе блока 12 сигнал равен AM(i)vvi(t,-)-i(i), (1) где. Ill (l- ) - мгновенное среднее зна -1 1 чение процесса для момента времени t- ; m(t-) - сглаженное (усредненное по времени) значение процесса. На другом входе блока 12 сигнал равен uG---a(ti)-a(ti), () где G ) - мгновенное значение среднеквадратичного от клонения процесса в мо мент ; ({t.) - усредненное значение среднеквадратичного от клонения процесса. На выходе блока 12 формируется знаковый сигнал u -st-e m(i)(tH)((t)-G-a,) где sign - оператор знака, На выходе ключа 17, который явля ется реверсивным, формируется величинаир--б(-ь)ид--5а)в1§и )(t)}, (4) где (ti)iCbib iCt-i), AOCt,-)0(tA)-G(t), Выходы источников 1 реализаций подключены через коммутатор 2 ко вх ду аналого-цифрового преобразователя 3. Выход аналого-цифрового преобразователя 3 подключен ко входу вычислителя 6 среднего значения непосредственно, а ко входу вычислителя 7 среднего значения - через квадрат ,- Выход вычислителя 7 среднего зна чения подключен к одному входу перв го сумматора 13, к другому входу ко торого через квадратор 5 подключен выход вычислителя 6 среднего значения. Выход сумматора 13 подключен ко входу функционального преобразовате 8, выход которого подключен к одном входу сумматора 1А непосредственно, а к другому входу - через усредняюсций фильтр 9. Выход сумматора 14 подключен к одномувходу блока 12, к другому входу которого подключен выход суммлтора 15, к одному входу которого подключен выход вычислителя 6 среднего значения непосредственно, а к другому входу - через усредняющий фильтр 10. Выход блока 12 подключен к управляющему входу ключа 17, к информационному входу которого подключен выход , функционального преобразователя 8. Выход ключа 17 подключен к одному входу сумматора 16, к другому входу которого подключен выход вычислителя 6 среднего значения. Выход сумматора 16 через последовательно соединенные цифро-аналоговый преобразователь 18 и усредняющий фильтр 11 подключен ко входу блока. 19 памяти, выход которого подключен ко входу блока 20 регистрации, который по существу является блоком представления информации. Выход блока 21 управления соединен с управляющими входами коммутатора 2, аналого-цифрового преобразователя 3, вычислителей 6 и 7 среднего значения, блока 12, цифро-аналогового преобразователя 18, блока 19 и блока 20. Устройство работает следующим образом. Перед началом работы блок 21 управления выдает сигнал сброса, устанавливающий схему в исходное сос.тояние. При этом вход аналого-цифрового преобразователя 3 подключаетсяi через коммутатор 2 к первому источнику 1 реализаций. Аналого-цифровой преобразователь 3 преобразует аналоговую величину первой реализации в момент опроса t в число а (t). По сигналу с блока 21 управления число а. (t ) переписывается в вычислитель 6 среднего значения и после возведения в квадрат Са (t)j переписывается в вычислитель 7. Затем по сигналу с блока 21 управления коммутатор 2 подключает аналого-цифровой преобразователь 3 ко второму источнику 1г. реализаций, который формирует в вычислителях 6 и 7 числа a(t,) и a2(t )3; соответственно. Так происходит последовательное подключение аналого-цифрового преобразователя 3 к последую1(1им источникам U, 1д,...,1 реализаций и ввод чисег.-аналогов ),... , ) .... a(t) и их квадратов в вычислители 6 и У соответственно. Вычислители 6 и / производят суммирование поступающих чисел и делени суммы на число п (п - число источников реализаций). На выходе вычислителя 6 среднего значения формируется среднее значение mjCЦ) по ансамблю реализаций для. момента опроса t-, а на выходе вычислителя 7 формируется среднее значение квадрата m(t) (второй начальный момент) по ансамблю реали заций для момента опроса t. По сигналу с блока 21 управления, функциональный преобразователь 8 формирует ия выходе величину сигнала Ca)-Vv(-t,) (t представ ляющего собой среднеквадратичное отклонение по ансамблю реализаций для момента опроса t . По с.игналу блока 21 управления на выходе блока 12 формируется сигнал, определяемый соотношением (3), т.е. учитывающий знак произведения отклонения среднего арифметического от его сглаженного значения и отклонения среднеквадратичного значения от его сглаженного значения. Выходной сигнал блока 12 поступает на управляющий вход ключа 17, на выходе которого формируется си1- нал, равный по величине сигналу на выходе функционального преобразователя 8, а его знак определяется сигналом на управляю1цем входе ключа 17 (совпадает по знаку со знаком сигнала на выходе блока 12). Таким образом, на выходе сумматора 1t формируется сигнал (-bi),)t5-an), где m (t.) - среднее значение для мо мента t по множеству реализаций; (T(t) - среднее квадратичное от клонение для момента Ц .по-множеству реализаций . Полученное значение in(} для мо мента опроса переписывается по сигналу с. блока 21 управления в блок 13 памяти. Через время ТОР (периодичност опроса источников реализаций) аналого-цифровой преобразователь 3 снова подключается к первому источнику 1. В дальнейшем устройство работает ана логично. В блоке 19 происходит накопление ряда значения mg(t{) для моментов времени t ,... , .,.,, t. По мере определения этих величин ( или после окончания опроса источников реализаций) данные выводятся на блок 20 (например, самописец с цифроаналоговым преобразователем), на котором формируется уточненная временная функция (t) среднего арифметического значения по ансамблю реализаций. Предлагаемое устройство позволяет повысить точность формирования обобщенной реализации по ансамблю при воспроизведении на электродинамических вибростендах эксплуатационных случайных вибраций, а значит повысит достоверность информации о вибропрочности, виброустойчивости и вибронадежности машин и агрегатов при проведении виброиспытаний. Формула изобретения Устройство для вы.числения обобщенной реализации, содержащее блок памяти, выход которого соединен с информационным входом блока регистрации, источник реализ ции, выходы которого подключены соответственно к разрядным входам коммутатора, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к информационному входу первого вычислителя среднего значения, выход блока управления подключен к управляющим входам коммутатора, аналого-цифрового преобразователя, первого вычислителя среднего значения, блока регистрации и блока памяти, отличающееся тем, что, с целью повы.шения точности, он содержит второй вычислитель среднего значения, квад1раторы, сумматоры, усредняющие фильтры, блок определения знака произведения, ключ, функциональный преобразователь, выход которого подключен к информационному входу ключа и первому входу первого сумматора, непосредственно, а через первый усредняющий фильтр - со вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с первым информационным входом блока определения знака произведения, второй информационный вход которого подключен к выходу второго сумматора, а выход блока определения знака произведения соединен с управляюидим входом ключа, выход которого подю-1ючен

к первому входу третьего сумматора, выход которого соединен с информационным входом цифро-аналогового преобразователя , выход которого через второй усредняющий фильтр соединен с информдционным входом блока памяти, первый вход второго сумматора соединен с выходом третьего усредняющего фильтра, второй вход третье.го сумматора объединен со вторым входом второго сумматора, входами третьего усреднякхцего фильтра и первого квадратора и подключен к выходу первого вычислителя среднего значения, выхсрд первого .квадратора соединен с первым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к информационному входу функциональйого преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя через второй квадратор подключен к информационному входу второго вычислителя среднего значения выход которого соединен со вторым входом четвертого сумматора, управляющие входы цифро-аналогового преобразователя, блока определения знака произведения, функционального преобразователя и второго вычислителя среднего значения объединены и подключены к выходу блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3371200, кл. 235-193, опублик. 1975.

2.Авторское свидетельство СССР № 268036, кл. G Об G 7/52, 19б2.