Устройство спектральной обработки

Устройство спектральной обработки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 18.II.1963 (№ 819459/26-24) Кл. 42т, 141З с присоединением заявки №

МПК 6 06f

Приоритет

Государственный комитет по делам изобретений и открытий СССР

УДК 681.142(088.8) Опубликовано 26.Ч.1965. Бюллетень № 11

Дата опубликования описания 26Л 11.1965.

Автор изобретения

В. С. Мосьпан

Заявитель

УСТРОЙСТВО СПЕКТРАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ

Подписная группа № 174

Известны устройства спектральной обработки. Устройства, предназначенные для определения стохастической передаточной функции, в научно-технической и патентной литературе не описаны.

Новым в предлагаемом устройстве является то, что в нем блок управления подключен к анализатору спектра. Вход анализатора спектра подсоединен через ключ либо к источнику первого исследуемого сигнала, либо к частотному демодулятору блока магнитной записи, амплитудный демодулятор которого подключен к анализатору спектра и к запоминающему устройству мнимой части числителя стохастической передаточной функции.

Выход анализатора спектра подсоединен через ключ либо к запоминающему устройству модуля знаменателя стохастической передаточной функции и к измерителю фазы, либо к запоминающим устройствам мнимой и действительной частей числителя стохастической передаточной функции, подключенных к множительным устройствам, подсоединенным к выходу сравнивающего устройства, первый вход которого подсоединен к запоминающему устройству модуля знаменателя стохастической передаточной функции, а второй вход к источнику опорного напряжения. Выходы множительных устройств подсоединены ко входам двухканального регулятора с широтноимпульсной модуляцией. Блок управления подключен также к реле времени, которое подсоединено к индикатору фазы.

Выход индикатора фазы подключен к запоминающему устройству модуля знаменателя стохастической передаточной функции и к амплитудному модулятору блока магнитной записи, подсоединенномутакже к блокууправления и частотному модулятору, вход которого подключен к источнику второго исследуемого сигнала.

При определении передаточных функций многих промышленных объектов, а также при осуществлении различных алгоритмов оптимизации в самонастраивающихся системах, информация о динамических свойствах объекта должна получаться без нарушения его нормальной работы.

Весьма перспективен метод, основанный на

2О статической обработке случайных оценок, так называемой стохастической передаточной функции:

С" (у, fÄ., «)

0()а,, 1„,,1«)—

25 R: (j -, t., . f, ) в заданной точке, где С"" (t о, t, t«) — приращение спектра входной функции с (1) и R" (а, 4,, t«) — приращение спектра выходной

30 функции.

171670

Развитие временного процесса f(t) в частотной области удобно характеризовать приращением спектра функции на интервале:

Ti — к««н«, где «„, и «„— соответственно начало и конец i-го интервала.

Лппроксимируя процесс f (t) ступенчатыми функциями типа единичного скачка, естественно принять за прекращение спектра на интервале Т, суммарный комплексный спектр аппроксимирующих функций, т. е. преобразование Лапласа:

15 гю

F*(j в, („«, t«i) =lim f f": (t, 1... t, ) е "«««

+ J "> н«функции: f": (t, t„i, «-; ) = О для «(1.«

= f (t) — f (4«) для

t„,i(«(1„«

= f («„.,- ) — /(4, ) для

Если г(«) — случайное воздействие, обладающее свойствами стационарности и эргодичности, которое подано на вход линейного фильтра с передаточной функцией 6 (/а), то можно доказать, что зю

° с::(.« ., ««„)

lim — У и- n R(« ) «, « i )

С ц, «„,, «, ) (волнистая черта означает усреднение по множеству) .

Величина Т, вы бирается большей .некоторой 40 критической величины, зависящей от величины памяти фильтра. Можно показать, что если спектры «(«) и c(t) непрерывны, а связь между ними, как и сами функции, квазистационарны и эргодичны, то может быть получена 45 некоторая неслучайная комплексная функция: именуемая стохастической передаточной функ- 50 цией Gzc (jco), определяет передаточную функцию некоторого линейного фильтра.

На фиг. 1 представлена схема замещения связи между двумя стационарными эргодическими функциями времени; на фиг. 2 — блок- 55 схема предлагаемого устройства спектральной обработки.

Средний квадрат ошибки линейного приближения cps (t), которую необходимо прибавить к выходной функции фильтра, чтобы по- 60 лучить заданную функцию c(t) будет минимальным в силу некоррелированности функции сл (t) и r(t).

Устройство спектральной обработки предназначено для получения случайных оценок (в 65 заданной точке) стохастической передаточной функции, т. е. величина типа:

С (/„, «„, «„)

=6(jm„ t„i .;)

R I (/оз., („««,«) Для пары функций времени «(«) и c(t) при ж = в„и заданного интервала в виде двух импульсов, пропорциональных по длительности действительной и мнимой комплексным составляющим из 6 (j а„, t>iii t,i) Одним из основных элементов схемы является так называемый идеальный фильтр,,представляющий собой хорошо известный контур из двух интегрирующих звеньев с передаточной функО>.$ цией 6„(s) —, преобразующий сигнал

2+, К

/" (t, t„,, «„) в синусоидальную функцию вида

v (t) = — (t) cosa>,t +;. («) sin iu tÐ, где «1=

«(t ) j "(t;;)= F" 0 t; «).

Такая передаточная функция наиболее просто реализуется двумя интегрирующими и одним интертирующим операционным усилителем постоянного тока.

Однако для получения случайной оценки

Gpc (jco) необходимо иметь два преобразователя типа G„(s), причем требуется, чтобы их частоты абсолютно точно совпадали, так как ошибка в определении фазы оценки G (j ore, «„, t, ) из-за несовпадения частот функций ф (t) интегрируется во времени.

Поскольку на аналоговых интеграторах практически невозможно создать два совершенно идентичных преобразователя G„(s), то в устройстве спектральной обработки применяется один преобразователь для поочередной обработки функций r(t) и с(t).

Блок управления 1 устройства спектральной обработки задает команды, поступающие по определенной программе.

Так как задачей устройства является получение оценок 6 («О „, «„,, t, ), то несущественно, когда начинается и когда заканчивается очередной интервал обработки. Важно, чтобы интервал обработки был больше критического интервала То. Поэтому программа работы устройства строится следующим образом: по окончании очередного «-го цикла обработки на частоте а=о устройство немедленно запускается для следующей обработки, т. е. задается/ =tg(« 1) а =. а(«+ц, à tz(i+ цвыбирается при Ti > )- То, чтобы получить наиболее простым путем отношение векторов в числителе и знаменателе: 6 (! а„, 1„;, «к). В случае обработки на ряде частот а,, i = 1,2 ... n порядок обработки циклический.

В исходном положении электрический аналог функции r(t) подают на анализатор 2 спектра (идеальный фильтр с характеристикой G„(s), а с(«) подают к узлу 3 магнитной записи, причем запись функции времени с инфранизким спектром осуществляется с по171670

15 мощью частотного модулятора 4. По команде из блока 1 управления включается анализатор 2, на магнитной ленте с помощью амплитудного модулятора 5 делается отметка начала преобразования и запускается реле времени б.

Схема амплитудного модулятора 5 выполнена таким образом, что в момент ее запуска при 1 = 1„,; автоматически исключается начальное значение функции.

После срабатывания реле б включается индикатор 7 фазы, назначение которого выбрать t = 1,,; в момент, когда выходная величина анализатора 2 проходит через нуль от отрицательных значений к положительным, так как при этом фаза вектора, символически представляющего функцию > (t), равна нулю.

В момент 1 =1к,- значение а,Я" (1 о>,, tÄ,, (к,,х, . т,— —" ле (модуля вектора) за поминается в запоминающем устройстве 8 и с помощью модулятора 5 на магнитной ленте делается отметка окончания преобразования. Затем переключают переключатели 9 и 10 в другое положение.

Записанный сигнал c(t) при помощи частотного демодулятора 11 воспроизводится и подается на вход анализатора 2. Амплитудный демодулятор 12 определяет отметки на ленте, соответствующие t„i и (;,на основании которых он вначале включает анализатор 2, а затем запоминающие устройства 18 и 14 действительной и мнимой составляющих вектора .,т; — — "

«" (1 ., ;, .;) е

Таким образом, числитель функции 6 (1 и>К,, t„;, t ;) содержится в запоминающих устройствах 18 и 14. а знаменатель в устройстве 8.

Операция деления производится с помощью нормирования числителя и знаменателя, во время которой величина во всех трех запоминающих устройствах 8, 18 и 14 увеличивается в у раз так, чтобы модуль знаменателя привести к некоторому фиксированному значению, определяемому пороговым элементом 15, управляющим множительными устройствами

1б и 17, выходы которых подаются на входы двухканального регулятора 18 с широтноимпульсной модуляцией, в результате чего на выходах регулятора образуются два импульса, длительность которых пропорциональна т т: э C (j я tKL) (I к> tHi кi) г0 г5

З0

З5

55 у д у (C (! кэ на> t ai)

7 (f о к нс t i) где Ко — коэффициент пропорциональности. На этом 1-й цикл обработки заканчивается и начинается (i+1) цикл.

Физическая реализация устройства спектральной обработки включает пять операционных усилителей, реверсивный двигатель, релейные схемы, генератор со следящей лампой, а также другие элементы автоматики.

Предмет изобретения

Устройство спектральной обработки, отличаюгцееся тем, что, с целью определения стохастической передаточной функции, дающей статистическую информацию о динамике объекта, в нем его блок управления подключен к анализатору спектра, его вход подсоединен через ключ либо к источнику первого исследуемого сигнала, либо к частотному демодулятору блока магнитной записи, амплитудный демодулятор которого подключен к анализатору спектра и к запоминающему устройству мнимой части числителя стохастической передаточной функции, выход анализатора спектра подсоединен через ключ либо к запоминающему устройству модуля знаменателя стохастической передаточной функции и к измерителю фазы, либо к запоминающим устройствам мнимой и действительной частей числителя стохастической передаточной функции, подключенных к множительным устройствам, подсоединенным к выходу сравнивающего устройства, первый вход которого подсоединен к запоминающему устройству модуля знаменателя стохастической передаточной функции, а второй вход к источнику опорного напряжения, выходы множительных устройств подсоединены ко входам двухканального регулятора с широтно-импульсной модуляцией, блок управления подключен также к реле времени, которое подсоединено к индикатору фазы, выход которого подключен к запоминающему устройству модуля знаменателя стохастической передаточной функции и к амплитудному модулятору блока магнитной записи, подсоединенному также к блоку управления и частотному модулятору, вход которого подключен к источнику второго исследуемого сигнала.

171670!

c(ti!!!!! ! Фиг У

Фиг 2

Составитель B. А. Субботин

Редактор И. Г. Карпас Техред Т. П. Курилко Корректор А, А. Березуева

Заказ 2193/18 Тираж 975 Формат бум, 60 90 /г Объем 0,38 изд. л. Цена 5 коп.

ЦНИИГ1И Государственного комитета по делам изобретений и открытий СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2