Адаптивный временной дискретизатор

Адаптивный временной дискретизатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

i ц 777657

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву № 394800 (22) Заявлено 21.09.78 (21) 2665699/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл.з

G 06G 7/02

Государственный комитет (43) Опубликовано 07.11.80. Бюллетень № 41 (53) УДК 681.335.8 (088.8) по делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 07.11.80 (72) Авторы изобретения

В. А. Беломытцев, А. А. Бурба, В. А. Керножицкий и А. А. Кривенков (71) Заявитель (54) АДАПТИВНЫЙ ВРЕМЕННОЙ ДИСКРЕТИЗА

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при дискретизации непрерывных случайных процессов (СП), когда определенную опасность представляет достижение анализируемым случайным процессом некоторого допустимого уровня.

По основному авт. св. № 394800 известен адаптивный временной дискретизатор, содержащий блок сравнения, выход которого соединен с первыми входами блока памяти и блока выборки сигнала, вторые входы которых присоединены ко входу устройства, измерительный элемент и блок управления, вход которого подключен к выходу блока сравнения, а выход соединен с первым входом измерительного элемента, второй вход которого подключен к выходу блока памяти, а выход — ко входу блока сравнени я (ll.

Недостатком его является отсутствие информации при линейном изменении анализируемого СП об его величине, которая может превысить некоторый опасный (допустимый) уровень, и невозможность определения прогнозируемого значения показателя опасности в данном случае.

Целью изобретения является расширение области применения дискретизатора за счет возможности определения прогнозируемого

2 значения показателя опасности в случае возрастания анализируемого СП по линейному закону.

Поставленная цель достигается тем, что

5 в адаптивный временный дискретизатор введены блок индикации, пороговый элемент, первый блок вычитания, блок деления, второй блок вычитания, запоминающее устройство, блок вычисления первой

10 производной и элемент И; первый вход которого подключен ко второму выходу блока сравнения, второй вход — к первому входу дискретизатора, а выход — к входу блока вычисления первой производной, выход

1я которого соединен с первыми входами порогового элемента и запоминающего устройства (ЗУ), второй вход которого подключен к первому выходу порогового элемента, а выход — к первому входу блока

2п деления, второй вход которого соединен с выходом первого блока вычитания, первый вход которого подключен ко второму выходу блока выборки, а второй вход — ко второму входу дискретизатора, первый вход второго блока вычитания соединен с выходом блока деления, второй вход — с третьйм входом дискретизатора, а выход †. со вторым входом порогового элемента, второй выход которого подключен к входу

30 блока индикации.

777657 (3) (4) 45

50

На чертеже представлена блок-схема адаптивного временного,дискретизатора.

Адаптивный дискретизатор содержит блок 1 выборки, первый выход которого служит выходом дискретизатора, а первый вход соединен с первым входом дискретизатора. Первый вход дискретизатора подключен к первому входу блока 2 памяти, второй вход которого, а также второй вход блока 1 выборки соединены с первым выходом блока 3 сравнения, а выход — с первым входом измерительного элемента 4. Второй вход элемента 4 подключен к выходу блока 5 управления, вход которого соединен с первым выходом блока 3 сравнения. Вход блока 3 подключен к выходу измерительного элемента 4, а второй выход в к первому входу элемента И 6. Второй вход элемента

6 соединен с первым входом дискретизатора, а выход в с входом блока 7 вычисления первой производной. Выход блока 7 подключен к первым входам ЗУ 8 и порогового элемента 9. Второй вход ЗУ соединен с первым выходом порогового элемента, а выход — с первым входом блока 10 деления, второй вход которого подключен к выходу первого блока 11 вычитания. Первый вход блока 11 соединен со вторым выходом блока 1 выборки, а второй вход — со вторым входом дискретизатора. Выход блока

10 де ениячто Фючен к первому входу второг<фб1ф к ВЙ вычитания, второй вход которого подключен к третьему входу дискре изетауу .ф вухо единен со вторым входом порогбвого эле ента 9. Второй выход порошкового элемента подключен к входу блока 13 индикации.

Принцип работы дискретизатора состоит в следующем. Степень опасности h может быть определена по формуле

h=2 — 8, (1) где Z, — время на ликвидацию опасной ситуации, предусмотренное нормативами;

Π— прогнозируемое время до возникновения опасной ситуации.

Время может быть оценено с помощью следующего выражения: .одоп Z ()н (2)

X(f)H где Хдоп — допустимый уровень анализируемого СП X(t), превышение которого может привести к опасной ситуации;

Х(/)„ — начальное значение СП, соответствующее началу момента его изменения по линейному закону (равенству нулю его первой производной по времени);

X(t)„ — первая производная СП X(t) по времени при значении X(t) (угол наклона касательной к оси абсцисс в этой точке).

4

Если после вычисления по формуле (1) будет иметь место неравенство е(0, то имеет место устранимая опасная ситуация (нормативное время ее устранения Z меньше или равно прогнозируемому времени до ее возникновения) . Когда имеет место неравенство

h =О, то можно ожидать неустранимую опасную ситуацию.

Функциональное назначение блоков в адаптивном временном дискретизаторе следующее. Элемент И осуществляет пропускание текущего значения анализируемого

СП в начале линейного участка его изменения на блок вычисления первой производной, который оценивает первую производную этого СП. ЗУ служит для запоминания и выдачи значений первой производной анализируемого СП. С помощью порогового элемента осуществляется сравнение этих значений производной, а также величины h с нулем. Блок деления необходим для вычисления времени О в соответствии с формулой (2). Первый блок вычитания необходим для оценки числителя формулы (2). Второй блок вычитания определяет степень опасности h в соответствии с формулой (1) . Блок индикации осуществляет наглядное отображение результатов сравнения с нулем величины h.

Адаптивный временной дискретизатор работает следующим образом.

Входной сигнал в виде анализируемого

СП проходит в блок 2 памяти и запоминается как значение СП Х(0), которое вычитается из последующих значений процесса

X(t), т. е. с выхода блока 2 сигнал q(t) =

=X(t) — Х(0) будет поступать на вход измерительного элемента 4 и, если СП имеет линейный характер изменения (первая производная Х(/) =const, а вторая равна нулю), то напряжение на выходе измерительного элемента равно нулю. Если же СП имеет тенденцию изменения, отличную от прямой линии, то отличное от нуля напряжение с выхода элемента 4 поступает на вход блока 3 сравнения. При сравнении этого напряжения с допустимой величиной, которая определяется, исходя из допустимой погрешности аппроксимации, с выхода блока 3 сравнения поступает сигнал на блок

1 выборки и на сброс в нуль блока 2 памяти. С выхода блока 1 считанное значение

СП в дискретной форме поступает на выход дискретизатора, с которого снимаются дискретные значения преобразованного входного СП. В этот момент в блоке 2 памяти запоминается новое значение СП, а с выхода блока 5 управления на второй вход измерительного элемента 4 поступает управляющий сигнал, в соответствии с которым

777657 перестраивается измерительный элемент и подготавливается к очередному циклу измерения погрешности линейной аппроксимации. Если погрешность линейной аппроксимации близка к нулю, что свидетельствует о линейном законе изменения анализируемого СП, то в работе будут участвовать вновь введенные блоки. В этом случае блок 3 сравнения открывает элемент И б, через который с входа 1 дискретизатора поступают на вход блока 7 вычисления первой производной значения анализируемого СП. В блоке 7 определяется величина первой производной Х(/) „ в начальной точке линейного участка СП (тангенса угла его наклона к оси времени). Эта величина подается на первые входы ЗУ 8 и порогового элемента 9. В пороговом элементе она сравнивается с нулем и если Х(/);, ) О (имеет место возрастающий участок СП), то с него подается на второй вход ЗУ 8 сигнал, по которому значение Х (/) „засылается на первый вход блока 10 деления. Когда

Х (t) „(О (СП имеет тенденцию к снижению), пороговый элемент 9 подает на ЗУ 8 сигнал, приводящий к невыдаче на блок 10 значения X(t) „, так как определение прогнозируемого времени 0 до превышения некоторого допустимого уровня Х, в этом случае не имеет смысла. С входа II устройства на второй вход первого блока 11 вычитания подается значение уровня Х„,, а на первый вход блока 11 засылается со второго выхода блока 1 выборки по команде с блока 3 сравнения величина СП X(t), соответствующая началу Линейного участка.

В блоке 11 оценивается величина Х„<,— — Х(1)„числителя формулы (2), которая подается на второй вход блока 10 деления.

Блок 10 вычисляет значение прогнозируемого времени 0 до наступления опасной ситуации в соответствии с формулой (2). Это значение поступает на первый вход второго блока 12 вычитания, на второй вход которого с входа III дискретизатора подается величина времени Z на ликвидацию опасной ситуации, предусмотренного нормативами. B блоке 12 определяется значение степени опасности h в соответствии с формулой (1), которая засылается на второй вход порогового элемента 9, где осуществляется проверка выполнения неравенства (3) или (4). Если h (О, то с порогового элемента на блок 13 индикации подается сигнал, приводящий к появлению транспаранта «Устранимая опасная ситуация». Когда окажется, что h)0,,по команде с порогового элемента 9 на блоке 13 появляется транспарант

«Неустранимая опасная ситуация». Это свидетельствует о необходимости принятия соответствующих мер безопасности. Как только погрешность линейной аппроксимации, снимаемая с измерительного элемента 4, о ажется больше допустимой и блок 3 сравнения дает команду на фиксацию текущего значения анализируемого СП, работа дискретизатора в режиме линейного прогноза времени до появления опасной ситуации (пересечения допустимого уровня Х„, ) за5 канчивается. Таким образом, предлагаемое устройство работает в том случае, когда прототип не позволяет определить величину анализируемого СП.

Положительный эффект изобретения за10 ключается в том, что адаптивный временной дискретизатор помимо сжатия исходной информации о СП (адаптивной дискретизации) позволяет оценивать прогнозируемое значение показателя опасности в случае, когда прототип не дает возможности судить о том, какова опасность достижения анализируемым СП допустимого уровня. Это позволяет заранее избежать последствий непредвиденной опасной ситуации, предусмотреть соответствующие меры безопасности и тем самым предотвратить срыв выполнения задания.

Экономический эффект от внедрения изобретения в народном хозяйстве равен сумме средств, сэкономленных на автоматизации определения прогнозируемого значения показателя опасности и стоимости предотвращенного ущерба, который мог быть вызван непредвиденным невыполнением за30 дания

Формула изобретения

Адаптивный временной дискретизатор по авт. св. Ке 394800, отлип а ющийся тем, что, с целью расширения области применения дискретизатора, в него введены блок индикации, пороговый элемент, первый блок вычитания, блок деления, второй блок вычитания, запоминающее устройство, блок вычисления первой производной и элемент

И, первый вход которого подключен ко второму выходу блока сравнения, второй вход — к первому входу дискретизатора, а выход — к входу блока вычисления первой производной, выход которого соединен с первыми входами порогового элемента и запоминающего устройства, второй вход которого подключен к первому выходу порогового элемента, а выход — к первому входу блока деления, второй вход которого соединен с выходом первого блока вычитания, первый вход которого подключен ко второму выходу блока выборки, а второй вход— ко второму входу дискретизатора, первый вход второго блока вычитания соединен с выходом блока деления, второй вход в с третьим входом дискретизатора, а выход— со вторым входом порогового элемента, второй выход которого подключен к входу блока индикации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 394800, кл. G 06G 7/02, 1971 (прототип) .

777657

Составитель А. Бурба

Техред В. Серякова

Редактор О. Филиппова

Корректор Е. Николаева

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2539/13 Изд. № 582 Тираж 772 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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