Устройство для определения экстремумов

Устройство для определения экстремумов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

< >> 98574

Союз Советских

Социалистических

Республик ОП ИСАНИЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) таявлеио 26.05.81 (21) 3327525/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опу6ликовано 30.12.82. Ьктллетень М 48

Дата опубликования описания 30 . 12 .82 (S l ) M. Кд .

6 01 и 19/О"

С 06 G 7/02

Гоеударственный квинтет

СССР но йаин нзо6ретеннй н втхрытнй (53) УДК 681.3. (088.8), (72) Авторы изобретения

В.Ю. Александров и В.В. Шейко

/, >1

Всесоюзный научно-исследовательский эксперим с@л>Мтоконструкторский институт электробытовых машин и пр s (71) Заявитель

{54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ЭКСТРЕМУМОВ

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах для анализа параметров случайных электрических сигналов. 5

Известно устройство, работа которо- го основана на сравнении двух после.довательных выборок исследуемого сигнала, содержащее аналоговый запоминающий блок, компаратор, триггер, ли нию задержки, генератор импульсов, распределитель импульсов, логические элементы И-HE ИЛИ, формирователь импульсов и цифровой вольтметрГ1)

Данное устройство работает на фик- сации изменения знака разности между стробируемым текущим и дискретизированным предыдущим значениями сигнала.

Численное дифференцирование в устго ройстве осуществляется за два такта, а количество прецизионных аналоговых узлов .уменьшено. В силу этого частотный диапазон устройства расширен

2 сверху, однако в целом является срав" нительно ограниченным.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения экстремумов, содержащее аналоговый запоминающий блок, двухтактный рас" пределитель импульсов, генератор пря" моугc)JlbHblx импульсов, схему сравнения, формирователь импульсов сброса, формирователь строб-импульса, инвертор, селектор, блок индикации, сум" мирующий элемент, делитель частоты (2 ).

Известное устройство работает с переменным шагом дискретизации (так называемая адаптивная дискретизация ) и поэтому имеет более широкий частот-: ный диапазон за счет снижения его нижнего предела.

При адаптивной дискретизации вы" борка значений входного сигнала U (t) осуществляется не в каждом периоде работы генератора прямоугольных им9%74 пульсов, а лишь тогда, когда выполняется условие

u(t)TÄ n ) ди, (1) где n - необходимое для выполнения условия (1) число периодов между двумя анализируемыми блоком индикации выборками; ,T n - -шаг дискретизации. t

При переменном значении О (t) шаг дискретизации является также переменной величиной.

В таком устройстве частотный диапазон снизу существенно расширен, но по-прежнему остается недостаточным для анализа медленно меняющихся элект1 рических сигналов. Расширению частотного диапазона снизу препятствует максимальный шаг адаптивной дискретизации, который должен удовлетворять условию n Тп 4 t„> где t„> вре го мя хранения выборки аналогового запоминающего блока.

Ограничение частотного диапазона сверху для этого устройства обусловлено тем, что минимальный шаг дискре- р тизации Тп, являющийся критерием быстродействия и Фазовой погрешности, ограничен в соответствии с условием

T )i t ьь!6+а к ° гд t>»g-вре"" se борки аналогового запоминающего блока; ьйк - время срабатывания компаратора.

При этом задержка включения цифровых схем не учитывается в силу ее малости.

Кроме того, для известного устройства ограничен выбор (в качестве из- мерительного блока ) цифро-аналогового преобразователя, так как его время преобразования меньше минимального шага дискретизации.

Наличие дополнительных аналоговых . узлов в известном устройстве (суммирующий элемент, компаратор аналогового типа, аналоговый запоминающийся блок) создает дополнительные аппаратурные погрешности в определении энстрему" мов.

Цель изобретения - расширениеочастотного диапазона и повышение точности определения экстремумов.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения экстремумов, содержащее генератор прямо угольных импульсов, формирователь строб-сигналов, выход которого соеди- 5 нен с тактовым входом селектора, схему сравнения, выход которой соединен с первыми входами блока индикации и

9 4 селектора и с входом инвертора, выход которого соединен с вторыми входами блока индикации и селектора, первый выход которого соединен с синхронизирующим входом блока индикации,. дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, запоминающий регистр, регистр экстремальных значений, задатчик добавочного кода, сумматор-вычитатель, элемент ИЛИ, элемент цифровой задержки и элемент И, первый вход которого соединен с вторым выходом селектора, второй вход— с первым выходом. элемента цифровой

1 задержки, а выход - с управляющим входом запоминающего регистра, вход аналого-цифрового преобразователя является входом устройства, информационный выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационными входами регистра экстремальных значений и запоминающего регистра, а также с первым входом схемы сравнения, выходы запоминающего регистра .и задатчика добавочного кода соединены. с соответствующими информационными входами сумматора-вычитателя, выход котордго соединен с вторым входом схемы сравнения, синхронизирующий выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом Формирователя строб-сигналов, выход которого соединен с управляющим входом генератора прямоугольных импульсов и с входом элемента цифровой задержки, второй выход которого соединен с установочным входом селектора, выход генератора прямоугольных, импульсов соединен с управляющим входом сумматора-вычитателя, а первый и второй выходы блока индикации через элемент ИЛИ связаны с управляющим входом регистра экстремальных значений °

На Фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства и выполнение отдельных узлов; на Фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, формирователь 2 строб-сигнала, генератор 3 прямоугольных импульсов, запоминающий регистр 4, задатчик 5 добавочного кода, регистр 6 экстремальных значений, сумматор-вычитатель 7, схему 8 сравнения, элемент 9 цифровой задержки, инвертор 10, блок 11 индикации, селектор 12, элемент ИЛИ 13, элемент И 14. Блок,11 индикации содержит синхронизируемый триггер 15, Формирователи 16 и 17 им5 985 7 пульсов.. Селектор 12 содержит элементы И 18 и 19, триггеры 20 и 21, элемент 22 задержки, элемент И-HE 23, элемент И 24.

Устройство работает по принципу численного дифференцирования с предварительным преобразованием входного сигнала в. код, выполняя при этом функции определения моментов появления экстремума N выдачу экстремальных. зна о чений входного сигнала в цифройом коде. Результат дифференцирования с момента появления экстремума вырабатывается за два такта последовательных выборок кодированных значений сиг-л5 нала,. причем выборка этих значений осуществляется при адаптивной дискретизации по уровню.

Устройство работает следующим образовал. 26

Входной электрический сигнал U(t) поступает на вход аналого-цифрового преобразователя АЦП (13.

Каждое новое кодированное значение Й(t) входного сигнала уста- 25 навливается на информационном выходе

АЦП 1 в момент появления короткого импульса "Конец измерения" КИ на его синхронизирующе>л выходе (фиг. 2а).

По срезу импульса КИ срабатывает фор-5в мирователь 2 строб-сигнала, который вырабатывает сигналы, определяющие временной интервал наблюдения длительности Тс (фиг. 2c). Строб-сигналы запускает генератор 3 прямоугольных импульсов, работающих в ждущем режиме. Выходной сигнал генератора 3 (фиг. 2 д) на интервале Т принимает. значения "1" и- "0" и поступает на управляющий вход сумматора-вычитате40 ля 7, который при этом сначала выполняет операцию суммирования, а затем операцию вычитания его входных цифровых кодов. На первый информационный вход сумматора-вычитателя 7 воздейст45 вует при произвольно выбранном моменте времени i+n предыдущее кодированное значение Й„(Т) входного сигнала, а на вторые его информационные входы .- постоянное (установочное ) значение кода ай с выхода задатчика 5.

При атом на выходе сумматора-вычитателя 7 в такте суммирования появляется код N;.(Т)+йй, а в такте вычитания к;(т) -ли.

Схема 8 сравнения производит сравнение двух и-разрядных чисел, одно из которых N (i +n) поступает с информационного выхода ЛЦП 1, а второе49

6 ступенчато-изменяющееся Hi{T 3 + a N, N (Т) -ь М - с выходов сумматоравычитателя 7.

При этом возможны следующие слу" чаи.

В моменты сравнения 0,2, 6, 9, 12, 15 (фи г. 2)

Н„(Т) + a N N(i+ n)

1л; (Т) - а < N (i -+ n)

В моменты сравнения 1, 3, 4, 11, 13

Ni (Т) + 5И ) N(i + и)

Ni(T) — ай < N{i + n)

В моменты сравнения 3, 10, 14

Ni (Т) + aN > N(i + n)

И! (Т) —. aN ) N(1+ т )

Установка значения добавочного цифроеого кода дМ производится согласно условия aN > a Нпср где 1 пом цифровой код помехи, присутствующий на информационных выходах АЦП 1.

Выходной сигнал схемы 8 сравнения анализируется селектором 12, который является управляющим узлом, реали-зующим адаптивную дискретизацию кодированных значений N(t) входного cur f

:нала.

В первом случае схема 8 сравне" ния на интервале Т изменяет состояние из "1" в "0" илй из "0" в > 1" и, воздействуя на прямой и инверсный (через инвертор 10) входы селектора 12, изменяет состояние из "1" в."0" или из "0" в "1" и, воздействуя на прямой и инверсный (через. инвер" тор 10) входы селектора 12, изменяет. положение его RS-триггеров 20 и 21 из "0" в "1". В результате этого для рассматриваемого случая 1 управ" ляющий выход селектора 12 (выход эле" мента И-НЕ 23) принимает состояние

"0"„ чем блокируется формирование синхронизирующего импульса (выход элемента И 24, фиг. 2 а), а также не обеспечиваются условия для срабатыва- . ния элемента И по окончании стробсигнала.

Во втором случае. схема 8 сравнения на интервале Т не переключается из "0" в "1" (или наоборот), а нахо" дится в каком-то одном определенном состоянии, установленном на интерва" ле действия импульса КИ. В этом слу" чае селектор 12 вырабатывает синхро" низирующий импульс (выход. элемента

И 24, фиг ° 2е), а также разрешающий потенциал "1" на управляющем выходе (выход И-НЕ 23), наличие которого обеспечивает срабатывание формирова"

985749

7 теля 14 управляющего импульса(фиг.2) от импульса, возникающего на первом выходе элемента 9 цифровой задержки по концу Т© Импульсом с выхода формирователя 14 разрешается выборка в запоминающий регистр 4 кодированного значения ht(4) с информационных вы. ходов АУП 1.

В следующий момент времени осуществляется сброс RS-триггеров 20 и 10

21 селектора 12 импульсом фиг. 28 со второго выхода элемента 9 цифровой задержки, формирующимся вслед за импульсом с его первого выхода, Таким образом, выборка значения

Й И ) в запоминающий регистр 4 производится но в каждом цикле, а только тогда, когда выполняется условие

1 С1+ и) -й1 (т) > d H ю (2)

20 где и может принимать любое значение иэ натурального ряда чисел, так как цифровые элементы памяти (регистры ) способны долговременно хранить запи-. санную в них информацию. Таким обра- 25 зом, снииается ограничение снизу частотного диапазона. Ограничение сверху частотного диапазона зависит только от быстродействия применяемого АЦП. 30

Формирование моментов экстремума производится с помощью блока 11 индикации по изменению знака производной.

При этом (моменты 8, 11 и 14 фи г. 2 ) срабатывает R5-триггер 15, в резуль- З5 тате чего один из формирователей (16 или 17 ) вырабатывает импульс (фиг. 2 отмечающий момент появления максимума или минимума. Этот же импульс через схему ИЛИ 13 поступает на вход синхронизации регистра 6 экстремальных значений, обеспечивая ему прием экстремального кодированного значенияйе„ гвыходного сигнала АЦП 1, Использование изобретения повышает45 точность и расширяет частотный диапазон предлагаемого устройства.

Формула изобретения

Устройство для определения экстремумов, содержащее генератор прямоугольных импульсов, формирователь строб-сигналов, выход которого соеди" нен с тактовым входом селектора, схему сравнения, выход которой соединен с первыми входами блока индикации и селектора и с входом инвертора, выход которого соединен с вто-.рыми входами. блока индикации и селек"тора, первый выход которого соединен с синхронизирующим входом блока индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона и повышения точности определения экстремумов, устройство дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, запоминающий регистр, регистр экстремальных значений, задатчик добавочного кода, сумматорвычитатель, элемент ИЛИ, элемент цифровой задержки и элемент И, первый вход которого соединен с вторым вы" ходом селектора, второй вход - с первым выходом элемента цифровой задержки, а выход - с управляющим входом запоминающего регистра, вход аналогоцифрового преобразователя является входом устройства, информационный выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационными входами регистра экстремальных значений и запоминающего регистра, а также с первым входом схемы сравнения, выходы запоминающего регистра и задатчика добавочного кода соединены с соответствующими. информационными входами сумматора-.вычитателя, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения, синхронизирующий выход аналого- цифрового преобразователя соединен с входом формирователя стробсигналов, выход которого соединен с управляющим входом генератора прямоугольных импульсов и с входом элемента цифровой задержки, второй выход которого соединен с установочным входом селектора, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с управляющим входом сумматора-вычитателя, а первый и второй выходы блока индикации через элемент ИЛИ связаны с управляющим входом регистра экстремальных значений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

838702/24, кл. Q 01 R 19/04, 1978.

2, Авторское свидетельство СССР по заявке И 2772929, кл. G 01 R 19/04, 1979 (прототип).

98571 9

Составитель Г. Осипов

Редактор H. Ковалева Техреду С Мигунова Корректор M. Цемчик

Заказ 10162/в7 Тираж 717 Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11)0 5д Москва Ж-Я Разовская наб. ц. 4/g

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, ч