Корреляционное устройство для определения импульсной переходной функции объекта

Корреляционное устройство для определения импульсной переходной функции объекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

КОРРЕЛЯЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ ПЕРЕХОДНОЙ ФУНКЦИИ ОБЪЕКТА, содержащее генератор шума, первый блок регулируемой задержки, информационный вход которого подключен к выходу генератора шума, первый блок умножения, первый вход которого является первым информационным входом устройства, а второй вход соединен с выходом первого блока задержки , выход первого блока умножения соединен с информационным входом интегратора, отличающееся тем, что, с целью повьшения его точности , в него введены первый и второй нелинейные элементы, например диоды, элемент НЕ, первый и второй сумматоры, аналого-цифровой преобразователь , первый и второй блоки памяти , коммутатор, второй блок умножения , регистратор, регистр, блок сравнения , блок деления, первый, второй и третий счетчики, первый, второй, третий и четвертый генераторы импульсов и блок постоянной задержки, вход которого объединен с входом начальной установки аналого-цифрового преобразователя и подключен к выходу первого генератора импульсов, вход запуска которого соединен с входами начальной установки первого и второго блоков памяти, регистра, первого сумматора, блока регулируемой задержки и является входом запуска устройства , вход останова первого генератора импульсов объединен с первым управляющим входом первого сумматора, управляющим входом второго блока умножения и подключен к выходу первого счетчика, выход блока постоянной задержки соединен с входами начальной установки интегратора и второго сумматора , управляющими входами аналогоцифрювого преобразователя и блока регулируемой задержки, входом записи (Л первого блока памяти и входом второго счетчика, выход которого соединен с входом запуска второго генератора импульсов и первым управляющим входом коммутатора, выход второго генератора импульсов объединен с входом считывания цервого блока 11амяти, с входом о :о э останова третьего генератора импульсов и входом запуска четвертого генератора импульсов, выход которого соединен с управляющим входом блока сравЭ ) ел нения и первым входом считывания регистра и входом считывания второго блока памяти и входом третьего счетчика , выход которого соединен с вторым управляющим входом коммутатора «и входом запуска третьего генератора импульсов, выход которого соединен с входе первого счетчика, вторым управлякицим входом первого сумматора, управлякяцим входом блока деления, вторым входом считывания регистра, информационные входы которого подключены к соответствукмцим выходам пер

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

М Ю

РЕСПУБЛИК

OQ (и) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K aBTOPCNOMV CWWltRfhCTEV (21) 3481915/18-24 (22) 06. 08.82 (46) 07.06.84. Бюл. У 21 (72) Ю.М. Галантерник (53) 621.3(088.8) (56) 1 ° Гоноровский И.С. Основы радиотехники. Связьиздат, 1957, с. 124.

2. Кори Г. Моделирование случайных процессов на аналоговых и аналогоцифровых машинах. М., "Мир", 1968, с. 239-240, фиг. 7. 13 (прототип). (54)(57) КОРРЕЛЯЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ ПЕРЕХОДНОЙ ФУНКЦИИ ОБЪЕКТА, содержащее генератор шума, первый блок регулируемой задержки, информационный вход которого подключен к выходу генератора шума, первый блок умножения, первый вход которого является первым информационным входом устройства, а второй вход соединен с выходом первого блока задержки, выход первого блока умножения соединен с информационным входом интегратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения его точности, в него введены первый и второй нелинейные элементы, например диоды, элемент НЕ, первый и второй сумматоры, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй блоки памяти, коммутатор, второй блок умножения, регистратор, регистр, блок сравнения, блок деления, первый, второй и третий счетчики, первый, второй, третий и четвертый генераторы импуль-. сов и блок постоянной задержки, вход которого объединен с входом начальной установки аналого-цифрового преобразователя и подключен к выходу

gag G 06 G 7 52 G О5 В 23/02 первого генератора импульсов, вход запуска которого соединен с входами начальной установки первого и второго блоков памяти, регистра, первого сумматора, блока регулируемой задержки и является входом запуска устройства вход останова первого генератора импульсов объединен с первым управляющим входом первого сумматора, управляющим входом второго блока умножения и подключен к выходу первого счетчика, выход блока постоянной задержки соединен с входами начальной установки интегратора и второго сумматора, управляющими входами аналогоцифрового преобразователя и блока ре- Е гулируемой задержки, входом записи первого блока памяти и входом второго счетчика, выход которого соединен с входом запуска второго генератора импульсов и первым управляющим входом .Я коммутатора, выход второго генератора импульсов объединен с входом считывания первого блока памяти, с входом юстанова третьего генератора импульсов и входом запуска четвертого генератора импульсов, выход которого соединен с управляющим входом блока сравнения и первым входом считывания регистра и входом считывания второго блока памяти и входом третьего счетчика, выход которого соединен с вторым управляющим входом коммутатора еи входом запуска третьего генератора ф импульсов, выход которого соединен с входом первого счетчика, вторым управляющим входом первого сумматора, управляющим входом блока деления, вторым входом считывания регистра, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам перro подключены к соответствующим информационным входам коммутатора, первая и вторая группы. выходов которого подключены соответственно к соответствующим информационным вхо- . дам блокаоделения и второго блока памяти, выходы которого подключены к соответствующим входам первой группы информационных входов блока сравнения, входы второй группы информационных входов которого подключены к соответствующим выходам второй группы выходов регистра, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам блока сравне( ния, выход интегратора соединен с входами первого и второго нелинейных элементов, выход второго нелинейного элемента подключен к входу элемента НЕ.

1096665 вой группы выходов регистра, а выход блока деления подключен к информационному входу первого сумматора, выход которого подключен к первому информационному входу второго блока умножения, второй информационный вход кото> рого является вторым информационным входом устройства, выход второго блока умножения подключен к входу регистра, причем первый и второй информационные входы второго сумматора подключены соответственно к выходам элемента HE и первого нелинейного элемента, выход второго сумматора подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выходы которого подключены к соответствующим информационным входам первого блока памяти, выходы котороИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при разработке устройств для определения таких характеристик исследуемых систем как импульсная переходная Фун-. 5 кция и инерционность.

Известно устройство для определения импульсной переходной функции, содержащее фильтры. В этом устройстве с помощью анализа Фурье определяют 10 ширину пропускания и инерционность по частотной характеристике системы (1) .

Недостатком устройства является низкая точность определения инерционности. 15

Наиболее близким к изобретению является устройство для определения импульсной переходной функции объекта, содержащее генератор шума, блок запаздывания, фильтр, блок умножения и ин- щ тегратор, вход которого подключен к выходу блока умножения, первый вход которого через фильтр и блок запаздывания подключен к выходу генератора шума, а второй вход подключен к выхо- 25 ду исследуемой системы, вход которой подключен к выходу генератора шума j2), Недостатком известного устройства является отсутствие воэможности не, посредственного измерения параметра, характеризующего инерционность линей. ной системы (постоянной времени для простейшей системы), что приводит к необходимости проведения расчетов, обеспечивающих низкую точность оценок инерционности.

Целью изобретения является повышение его точности.

Указанная цель достигается тем, что в корреляционное устройство для определения импульсной переходной функции объекта, содержащее генератор шума, первый блок регулируемой задержки, информационный вход которого подключен к выходу генератора шума, первый блок умножения, первый вход которого является первым информационным входом устройства, а второй вход соединен с выходом первого блока задержки, интегратор, информационный вход которого подключен к выходу первого блока множения, введены первый и второй нелинейные элементы, например диоды, элемент НЕ, ïåðвый и второй сумматоры, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй блоки памяти, коммутатор, второй блок умножения, регистратор, регистр, блок сравнения, блок деления, первый, второй и третий счетчики, первый, второй, третий и четвертый генераторы импульсов, и блок постоянной

3 1096665 4 орого объединен рого сумматора подключен к информаустановки аналого- ционному входу аналого-цифрового преователя и подключен образователя, выходы которого подклюенератора импуль- чены к соответствующим информационным которого соединен входам первого блока памяти, выходы и установки перво- которого подключены к соответствующим в памяти, легист- информационным входам коммутатора, ора, блока регули- первая и вторая группы выходов котоявляется входом рого подключены соответственно к совход останова 1п ответствующим информационным входам импульсов объеди- блока деления и второго блока памяти, ляющим входом пер- выходы которого подключены к соответравляющим входом ствующим входам первой группы инфоржения и подключен мационных входов блока сравнения, четчика, выход 15 входы второй группы информационных адержки соединен входов которого подключены к соответй установки интег- ствующим выходам второй группы выхоумматора, управля- дов регистра, информационные входы ого-цифрового пре- которого подключены к соответствука регулируемой 2О кпцим выходам блока сравнения, выход аписи первого бло- интегратора соединен с входами первторого счетчика, вого и второго нелинейных элементов, динен с входом выход второго нелинейного элемента нератора импульсов подключен к входу элемента НЕ. задержки, вход кот с входом начальной цифрового преобраз к выходу первого г сов, вход запуска с входами начально

ro и второго блоко ра, первого суммат руемой задержки и запуска устройства первого генератора нен с .первым управ вого сумматора, уп второго блока умно к выходу первого с блока постоянной э с входами начально ратора и второго с ющими входами анал образователя и бло задержки, входом з ка памяти и входом выход которого сое запуска второго re и первым управляющим входом коммутатора, выход второго генератора импульсов объединен с входом считывания первого блока памяти, с входом останова третьего генератора импульсов и входом запуска четвертого генератора импульсов, выход которого соединен с управляющим входом блока сравнения и первым входом считывания регистра и входом считывания второго блока памяти и входом третьего счетчика, выход которого соединен с вто35 рым управляющим входом коммутатора и входом запуска третьего генератора импульсов, выход которого соединен . с входом первого счетчика, вторым управляющим входом первого сумматора, управляющим входом блока деления,, вторым вжодом считывания регистра, информационные входы которого подключены к соответствующим вЫходам первой группы выходов регистра, а выход 4 блока деления подключен .х информационному входу первого сумматора, выход которого подключен. к первому информационному входу второго блока умножения, второй информационный вход которого является вторым информационным входом устройства, выход . второго блока умножения подключен к входу регистратора, причем первый и второй информационные входы вто1 рого сумматора подключены соответственно к выходам элемента НЕ и первого нелинейного элемента, выход втоНа чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 шума, первый блок 2 умножения, первый вход которого является первым информационным входом устройства, выход блока 2 умножения соединен с информационным входом интегратора 3, сумматор 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, информационный вход которого подключен к выходу сумматора 4, а выходы АЦП соединены с соответствующими информационными входами первого блока 6 памяти, первый блок 7 задержки, информационный вход которого подключен к выходу генератора 1 кума, а выход подключен к второму входу первого блока 2 умножения, вход начальной установки первого блока 7 регулируемой задержки объединен с входом запуска первого генератора 8 импульсов, выход которого объединен с входом начальной установки аналого-цифрового преобразователя 5 и через блок 9 постоянной задержки подключен к входу соответствующего счетчика 10, выход которого подключен к входу запуска второго генератора 11 импульсов, выход которого объединен с входом выдачи первого блока 6 памяти и подключен к входу запуска соответствующего генератора 12 импульсов, вход считывания первого блока 6 памяти, вход считы1096665 б

24 и 25 объединены и подключены к

1 выходу интегратора 3 выход нелинейЭ ного элемента 25 подключен через элемент НЕ 26 к информационному входу сумматора 4, второй информационный вход которого подключен к выходу нелинейного элемента 24.

Устройство работает следующим образом.

10 Как известно, корреляционная связь го между входным и выходным сигналами исследуемого объекта определяется лри помощи соотношения Винера-Ли. где R () Kg

Rxx(t) 11(t — ) Если x(t) — реальный шум, имеющий равномерный спектр в полосе частот, значительно превышающей полосу пропускания исследуемой системы, то мож30 но заменить функцию RK„(t) в (1) на автокорреляционную функцию идеального белого шума î 3 (t) где о (t) — функция Дирака, тогда

В этом случае взаимная корреля0 ционная функция R () непосредстх венно дает выражение для оценки импульсной переходной функции h(t).

Измерение импульсной переходной функции в предлагаемом устройстве

5 производится на основе алгоритма (2) .

По сигналу, поступающему с управляющего входа устройства на входы начальной установки блока 7 задержки блоков 6 и 23 памяти, регистра 21 и сумматора 17, вход запуска генера0 тора 8 импульсов начинается функционирование устройства. Выходной сигнал генератора 1 шума поступает на вход исследуемого объекта и на информационный вход блока 7 задержки.

Реакция исследуемого объекта на белый шум поступает на первый вход бло ка 2 умножения, на второй вход которого поступает, задержанная на интервания аналого-цифрового преобразователя 5, входы начальной установки интегратора 3, сумматора 4,управляющий вход блока 7 регулируемой задержки объединены и подключены к выходу второго блока 9 постоянной задержки, коммутатор 13, информацион

I ные входы которого соединены с соответствующими выходами блока 6 памяти первый управляющий вход коммутатора

13 подключен к выходу соответствующе счетчика 10, второй управляющий вход коммутатора 13 подключен к выходу соответствующего счетчика 14 и входу запуска соответствующего генератора 15

15 импульсов, выход которого соединен с управляющим входом блока 16 деления и управляющим входом другого сумматора 17, другой управляющий вход которого объединен с входом останова 20 первого генератора 8 импульсов и подключен к выходу соответствующего счетчика 18, вход которого подключен к выходу генератора 15 импульсов, выход счетчика 18 соединен с управля- 25 ющим входом второго блока 9 умножения, первый информационный вход которого подключен к выходу сумматора

17, а второй информационный вход является вторым информационным входом о устройства, выход второго блока t 9 умножения подключен к входу регистратора 20, регистр 21 считывания, вход которого подключен к выходу генератора 12 импульсов, а вход записи — к выходу генератора 15 импульсов, выходы первой группы выходов регистра 21 подключены к соответствующим входам первой группы входов блока 16 деления, входы второй груп- 4 пы информационных входов которого подключены к соответствующим выходам первой группы выходов коммутатора 13, вторая группа выходов регистра 21 соединена с соответствующими входами группы входов блока 22 сравнения, входы другой группы входов которого подключены к, соответствующим выходам второго блока 23 памяти, вход считывания которого объединен с управляющими входами регистра. 21 и блока 22 сравнения и подключен к вы- ходу генератора 12 импульсов, входы начальной установки блоков 6 и 23 памяти, регистра 21 и сумматора 17 объединены и соединены с входом начальной -установки первого блока 7 задержки, входы нелинейных элементов — функция взаимной корреляции процессов x(t) и y(t) — функция автокорреляции входного процесса

x(t); импульсная переходная функция системы. q ll l =J h_#_ tl<8(tldt = hgl (2) ! 096665 вал i о (где i = 1, n) реализация

° n белого шума с выхода блока 7 регулируемой задержки. С выхода блока 2 умножения сигнал g, n(t) поступает на информационный вход интегратора 3.

С выхода интегратора 3 сигнал подается на входы первого и второго нелинейных элементов 24 и 25. Через один из нелинейных элементов проходит сигнал только одной полярности, через другой нелинейный элемент проходит сигнал только другой полярности, Сигнал с выхода первого нелинейного элемента 24 подается на первый информационный вход сумматора 4, на второй информационный вход которого подается через элемент НЕ 26 сигнал с выхода второго нелинейного элемента 25. Таким образом, на выходе сумматора 4 получается модульное значение функции п(с). После запуска первый генератор 8 импульсов начинает вырабатывать импульсы, период следования которых Т равен времени, отведенному на усреднение сигнала при конкретном значении времени запаздывания ь . Эти импульсы поступар \ ют на вход начальной установки

АЦП 5 для обнуления его и на блок 9 задержки, задерживающему тактовый импульс первого генератора 8 импульсов на интервал времени b, Т, достаточный для окончания в устройстве всех переходных процессов, вызванных сигналом запуска.

Задержанный на время А импульс первого генератора 8 импульсов, с выхода блока 9 постоянной задержки, поступает на управляющий вход блока

7 регулируемой задержки для выбора

40 нового значения запаздывания, на вход начальной установки интегратора 3 для его обнуления, на вход начальной установки сумматора 4 для его обнуления, на управляющий вход

АЦП 5 для переписи в бл .к 6 памяти последнего оцифрованного значения сигнала с выхода сумматора 4 на вход записи первого блока 6 памяти для обеспечения приема блоком 6 памяти сигналов с выхода АЦП 5.

После прохождения первого импульса с выхода блока 9 задержки начинается новый цикл описанного процесса при значении запаздывания в блоке 7 регулируемой задержки — 2

Следующие циклы измерения производятся аналогичным образом при времени запаздывания 3 7 и т.д. ло и Г, причем длительность каждого цикла определяется периодом Т1 задержанных в блоке 9 задержки импульсов первого генератора 8 импульсов.

Таким образом, после выработки и импульсов генератором 3, импульсы в первом блоке 6 памяти оказываются записанными п модульных значений импульсной переходной функции исследуемой системы, каждое значение — в соответствующей ячейке блока 6 памяти в виде двоичного кода. Другими словами, в блоке 6 памяти оказываются записанными. модульные значения взаимно-корреляционной функции или, в соответствии с выражением (2), импульсной переходной функции системы, снятые с дискретностью, равной ь, т.е. Ф.м ().

Импульсы с выхода блока 9 постоянной задержки поступают также на вход счетчика 10. После того, как счетчик

10 насчитывает и входных импульсов, он вырабатывает на своем выходе сигнал, поступающий на вход второго генератора 11 импульсов для его запуска и на один из управляющих входов коммутатора 13, по которому коммутатор 13 обеспечивает подключение выходов первого блока 6 памяти к информационным входам второго блока 23 памяти. Для понимания последующего изложения необходимо иметь в виду, что после запуска генераторов 11, 12 и 15 импульсов — они вырабатывают серии из Il 2 и и импульсов соответственно, причем периоды этих тактовых генераторов выбраны так, что ин— тервал времени Т2 между первым импульсом генератора 11 импульсов и последним импульсом генератора 15 импульсов меньше, чем период генератора 8 импульсов. По каждому импульсу генератора 11 импульсов, поступающему на вход считывания первого блока

6 памяти, иэ него считывается в параллельном коде одно очередное значение импульсной переходной функции (ИПФ), поступает на информационные входы коммутатора 13 и с выходов одной из групп выходов которого записывается в блок 23 памяти через информационные входы. Также по каждому импульсу генератора 11 импульсов, поступившему на вход генератора 12 импульсов, последний вырабаты- вает два импульса, поступающие на вход счетчика 14 для подсчета и на

1096665

10 соответствующие управляющие входы регистра 21, блока 22 сравнения и блока 23 памяти для выполнения следующей операции.

По первому из двух импульсов генератора 12 импульсов (выработанных в качестве реакции на очередной импульс генератора 11 импульсов), поступившему на вход считывания блока

23 памяти для считывания записанного 1о в нем значения и выдачи его на первые входы блока 22 сравнения, на первый вход считывания регистра 21 для считывания хранящегося в нем значения и подачи его на входы одной из групп входов блока 2 сравнения, на управляющий вход блока 22 сравнения для производства сравнения, производится сравнение двух двоичных чисел, поступивших на входы первой и второй групп jp входов блока 22 сравнения.

По второму из двух импульсов генератора 12 импульсов (выработанных в качестве реакции на очередной импульс генератора 11 импульсов) произ" Zs водится обнуление блока 23 памяти, считывание из блока 22 сравнения большего из чисел и запись его в регистр

21.

После выработки в и-ный раз пары импульсов генератором 12 импульсов в регистре 21 оказывается записанным наибольшее по величине из модульных значений ИПФ из записанных в первом блоке б памяти. В это же время счетчик 14 через 2п импульсов, поступивших на его вход с выхода генератора, 12 импульсов, вырабатывает на своем выходе сигнал, поступивший на вход запуска генератора 15 импульсов для его запуска и на другой управляющий вход коммутатора 13 для переключения сигналов с информационных входов коммутатора 13 на соответствующие вхо ды одной из групп информационных входов блока 16 деления.

Генератор 15 импульсов вырабатывает последовательность из п импуль-, сов, поступающую на вход счетчика 18.

Кроме этого, по каждому импульсу генератора 11 импульсов, поступающему на вход считывания первогб блока памяти,из последнего считывается очередное модульное значение ИПФ и через коммутатор 13 записывается в блок 16 деления, а по каждому импульсу генератора 15 импульсов, поступающему с его выхода на второй вход считывания регистра 21, с его выхода на входы группы входов блока 16 деления поступает хранящееся в регистре 21 наибольшее значение

ИПФ. По э гому же импульсу генератора 15 импульсов,.поступающему на управляющий вход блока 16 деления,в нем производится деление числа, поступившего на входы информационных входов с блока 6 памяти,на число, поступившее на входы другой группы информационных входов с регистра 21

/I где о, (производится нормировка значений импульсной переходной функции, т.е. получение значений (n(v) h

= h„(" ), где h „ - максимальное измеренное значение), и передача результата деления на информационный вход сумматора 17. По этому же импульсу генератора 15 импульсов, поступающему на управляющий вход сумматора 17, в нем производится суммирование числа, поступившего на его информационный вход,с числом, уже находящимся в сумматоре 17. Эта процедура повторяется по каждому из и импульсов генератора 15 импульсов. В результате после выдачи генератором 15 импульсов n-ro импульса в сумматоре 17 хранится сумма значений, поступивших за время работы генератора 15 импульсов на информационный вход сумматора 17.

По и-му импульсу генератора 15 импульсов счетчик 18 вырабатывает на своем выходе сигнал, который, поступив на вход останова первого генератора 8 импульсов, останавливает его генерацию, поступив на другой управляющий вход сумматора 17, считывает из него полученную в нем сумму чисел на первый информационный вход блока 19 умножения. В блоке 19 умножения осуществляется умножение числа, поступившего на первый информационный вход,на значение 3, поступившее на второй информационный вход блока 19 умножения Результат, переданный в регистратор 20 из блока 19 умножения, является значением параметра, характеризующего инерционность исследуемого объекта (3)

",„*j 1ь„ю!йс, О

- параметр, характеризующий инерционность системы (постоянная времени, для простейших систем);

11 1096665

12

l л

ll<(<)i — модуль нормированной нм- ИПФ обеспечивает непосредственное пульсной переходной функ- измерение параметра, характеризующеции; ro инерционность линейных систем

Т вЂ” выбранное время интегри- произвольной сложности (постоянной рования, определенное 5 времени для простейших систем). При

xaK (n-1)Т„. этом исчезает необходимость в проНа этом цикл работы измерителя за- ведении косвенных измерений и заметканчивается.Следующий цикл начинается ном объеме расчетной работы. Устройпри поступлении на первый вход генера- ство позволяет также существен-. тора 8 импульсов сигнала запуска. 1О но повысить точность оценки паТаким образом, предлагаемое корре- раметра, характеризующего инерциляционное устройство для определения онность.

Составитель А. Иванова

Редактор А. Шандор Техред А.Бабинец Корректор Г.Огар

Заказ 3827/37 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектрая, 4