SU1076876A2 - Устройство дл определени динамических характеристик - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК по авт.св. № 938266, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей, оно содержит последовательно соединенные интерпол тор, подключенный первым и вторым цифровыми входами соответственно к второму выходу первого регистра и п тому выходу коммутатора, и переключатель, второй вход и выход которого подключены соответственно к выходу датчика воздействий и входу объекта, а управл ющий вход к входу датчика воздействий и управл в ющему входу интерпол тора. KJ о: 00 sj л

Description

Изобретение относитс  к автоматике , в частности к устройствам определени  динамических характеристик устройств и блоков автоматических систем.

По основному авт.св. 938266 известно устройство дл  определени  динамических характеристик устройств и блоков автоматических систем при подаче на вход преимущественно апериодических воздействий, содержащее регистрирующий : блок, датчик воздействий , последовательно соединенные блок записи и считывани  и коммутатор блок задани , вычислительный блок, первый регистр и последовательно соединенные Запоминающий блок, сдвигающий регистр, первый сумматор и второй регистр, а также последовательно соединенные третий регистр, второй сумматор, четвертый регистр, первый блок сдвига, первый переключатель , третий сумматор и п тый регистр последовательно соединенные второй блок сдвига и второй переключатель, выход блока задани  подключен к входу датчика воздействий, третьему входу блока записи и считывани , второму входу коммутатора,первому входу первогр регистра, второму входу п того регистра, первому входу второго блока сдвига, второму входу первого блока сдвига, второму входу четвертого регистра, первому входу третьего регистра, второму входу второго регистра, входу вычислительного блока , входу запоминающего блока, второму входу сдвигающего регистра, второму входу первого cyiviMaTopa, второму входу второго сумматора, второму входу второго переключател , второму входу первого переключател , второму входу третьего сумматора и первому входу регистрирующего блока, к второму входу которого подключен первый выход второго регистра и четвертый вход блока записи и считываНИН , первый выход первого регистра подсоединен к третьему входу третьего сумматора и третьему входу первого сумматора, выходом подключенного к третьему входу второго сумматора и четвертому входу третьего сумматора, второй выход которого соединен с четвертым входом второго сумматора и четвертым входом первого сумматора , подсоединенного п тымвходом к второму входу второго регистра, а первым входом - к второму входу второго сумматора и п тому входу третьего сумматора, второй вход третьего регистра подключен к первому входу четвертого регистра, второй выход третьего регистра - к п тому входу блока записи и считывани , второй , выход четвертого регистра - к шестому входу второго сумматора, вто

рой выход первого регистра - к шестому входу блока записи и считывани , выход вычислительного блока - к третьему входу второго регистра, первый выход четвертого регистра - к третьему входу регистрирующего блока, выход первого блока сдвига - к третьему входу второго переключател , выход которого подключен к седьмому входу второго сумматора, выход второго блока сдвига - к третьему входу первого переключател , первый выход п того регистра - к второму входу второго блока сдвига и четвертому входу регистрирующего блока, второй выход п того регистра - к шестому входу третьего сумматора, первый выход коммутатора - к п тому входу регистрирующего блока, второй выход коммутатора - к первому входу первого регистра, вторым входом подключенного к первому входу п того регистра , третий выход коммутатора подсоединен к третьему входу п того регистра , а четвертый выход коммутатора к третьему входу четвертого регистра си.

Однако функциональные возможности известного устройства ограничены. Выработка в датчике воздействий преимущественно апериодических воздействий не позвол ет определ ть динамические характеристики объектов при периодических,например гармонических воздействи х. Введение в состав датчика воздействий генератора гармонических воздействий инфранизкой и низкой частот усложн ет устройство и требует значительных аппаратурных затрат .при реализации.

В устройстве сначала определ ют амплитудно-фазовые частотные характеристики сигналов с выхода датчика воздействий, затем по ним корректируют значени  амплитудно-фазовых характеристик объекта. Учет вли ни  на результаты отклонени  формы реального воздействи  от формы идеального повышает точность определени  динамических характеристик. Устройство позвол ет определ ть широкий набор динамических характеристик, а именно спектр по реализации процесса , спектральную плотность по коррел ционной функции, коррел ционную функцию по спектральной плотности , сигнал по действительной или мнимой част м регул рно спектра и амплитудно-фазовую частотную характеристику исследуегмого объекта в процессе нормальной эксплуатации.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  определени  динс1мических характеристик дополнительно введены последовательно соединенные интерпол тор, подключенный первым и вторым цифровыми входами соответственно к второму выходу первого регистра и п тому выходу коммутатора , и переключг тель, второй вход и выход.которого подключены к выходу датчика воздействий и входу объекта, а управл ющий вход - к входу датчика воздействий и управл ющему входу интерпол тора.

На чертеже изображена структурна  схема устройства дл  определени  динамических характеристик.

Устройство содержит задатчик 1 воздействий, объект 2, блок 3 записи и считывани , коммутатор 4, регистрирующий блок 5, регистры 6-10, блоки 11 и 12 сдвига, сумматоры 13-15, переключатели 16 и 17, вычислительный блок 18, запоминающий блок 19, сдвигающий регистр 20, блок 21 задани , выход 22 и вход 23 устройства .

Задатчик 1 выполнен в виде датчика 24 воздействий, интерпол тора 25, переключател  26, имеющего вход 27, выход 28 и цифровые входы 29 интерпол тора 25.

Устройство работает следующим образом.

Сигналами из блока 21 задани  устанавливаютс  режимы работы задатчика 1 воздействий и остальных блоков устройства.

При соединении выхода интерпол тора 25 через переключатель 26 с входом объекта 2 выполн етс  определение динамических характеристик при гармонических сигналах воздействи  различной частоты и сигналах, воздейсви  произвольной формы, представленных в цифровом виде в блоке 3 записи и считывани .

На этапе формировани  сигнала гармонического , воздействи  регистры 7 и 8, блоки 11 и 12 сдвига, переключа тели 16 и 17 и сумматоры 13 и 14 рабтают в режиме совмещени  операций умножени  и генерации гармонических сигналов. Регистры б и 9 в работе не участвуют, сигналы с их выходов на входы сумматоров 13 и 14 блокируютс  Выход блока 11 сдвига через переключатель 17 соедин етс  с седьмым входом сумматора 14, а выход блока 12 сдвига через переключатель 16 - с первым входом сумматора 13.

В блоке 21 задани  устанавливаетс  цифровой код амплитуды Ajj и частоты ajp 2 fP/N-to сигнала гармонического воздействи , задаваемого в Nдис- кретных моментов времени. Цифро вой код амплитуды А у сигнала гармонического воздействи  с выхода блока 21 задани  заноситс  в регистр 7, регистр 8 сбрасываетс  в ноль. Цифровой код частоты Ыр передаетс  в вычислительный блок 18, где по номеру j дискретного момента времени и шагу дискретизации to вырабатываетс  код д . WP tp - apryN HT сигнала гармонического воздействи .

Выполн етс  п тактов вычислени  двух взаимосв занных величин Х. и ( по соотношени м метода вычислени  цифра за цифрой C2j:

Уе41 У( -bfe 2х,,

Xg Xj - f . (1)

Xg формируетс  в регистре 7, У g. - регистре 8 Хд А„ . Операции умножени  на 2 замен ютс  в устройстве операци ми сдвига иа разр дов содержимого регистров 7 и 8 с помосцью блоков 11 и 12 сдвига с последующей его передачей на входы сумматоров 13 и 14. Величина( ) определ етс  на основании представлени  аргумента Sj. , выработанного в вычислительном блоке 18, в системе счислени  с искусствениым пор дком весов 9j разр дов кода;

п-ч

c..,. - (2)

Предварительно вычисленные константы 9g arct§. 2- в каждом такте извлекаютс  из запо ганающего блока 19 и и передаютс  на входы сумматоров 15 с таким знаком, чтобы начальное значение аргумента Spct в регистре 10

уменьшалось, с. Г i м

0.

Знаковый разр д получаемого результата . Ig используетс  дл  управлени  режимами суг шровани  в сукматорах, 13 и 14. При eVc ЗГ/2 код аргумента приводитс  к интервалу в i Jf/2 и вычисление величин X j и У(+ корректируетс  с учетом тригонометрических формул приведени  синусно-косинусных функций к заданному интервалу. В результате в регистре 7 формируетс  цифровой код величины КАх, (Wp о i/ (К 1,64674 - коэффициент масштабной деформации амплитуды . Чтобы использовать общие цепи передачи, этот код в последнем такте вычислени  вводитс  в регистр 6 и далее передаетс  в интерпол тор 25. В интерпол торе 25 выполн етс  преобразование цифрового кода в непрерывную величину, масштабное преобразование ее на величину 1/К и сглаживание сигнала гармонического воздействи . Через переключатель 26 сигнал с выхода интерпол тора 25. воздействует на вход объекта .2 и поступает на вход блока 3 записи и считывани . Устройство работает аналогично в режиме с предварительной записью в блоке 3 записи и считывани  сигнала гармонического воздействи  фиксированной частоты в течение требуемого дл  испытаний числа периодов или си налов гармонического воздействи  дл набора частот полной программы опре делени  динамических характеристик объекта 2. В указанном режиме коды отдельных значений сигналов гармони ческих воздействий занос тс  с выхо да регистра 6 в блок 3 записи и считывани , затем с выхода этого бл ка через коммутатор 4 передаютс  на вход 29 интерпол тора 25 Предварительна  запись в блок 3 записи и считывани  кодов сигналов воздействи  произвольного вида позвол ет реализовать в устройстве определение динамических характеристи объекта в широком классе сигналов воздействи . Дл  определени  динамических характеристик обьекта 2 при апериодических воздействи х переключатель .2 соедин ет выход датчика 24 воздейст вий с входами объекта 2 и блока 3 записи и считывани . Предлагаемое устройство работает Аналогично прототипу. Регистры 7 и 8, блоки 11 и 12 сдвига, переключатели 16 и 17 и сум маторы 13 и 14 образуют совмещенный блок умножени , генерации гармони ческих колебаний, функционального преобразовани  и делени . В регистрах 6 и 9 накапливаютс  суммы вычисл емых величин. Переключатели 16 и 17 в зависимости от режима работы обеспечивают необходимые соединени  выходов блоков 11 и 12 сдвига с входами сумматоров 13 и 14. Перед нача .лом вычислени  произведени  величин Хд и Уд на значени  косинуса и синуса определенного аргумента они занос тс  в регистры 7 и 8. Далее вы полн ютс  вычислени  по соотношени м (1) и (2) в последовательности, рассмотренной выше . При выполнении операции делени  делимое формируетс  в регистре 7, делитель Уд заноситс  в регистр 8, частное получаетс  в регистре 9. Делимое уменьшаетс  по тактам вычислени  i по соотногиению е e в котором величи)а j определ етс  по знаку Xg и служит дл  формировани  частного где С - константа. 3 качестве гпнератора констант при вычислении частного используетс  сдвигающий регистр 20, содержимое которого сдвигаетс  в каждом такте на один разр д в сторону младших разр дов . Операции делени  соответствует , операции делени  с умножением частного на константу - С . Константа С из запоминающего блока 19 перед началом делени  заноситс  в сдвигающий регистр 20. Дл  вычислени  величины , по соотношению (3) на входы сумматора 13 с выхода регистр 7 поступает величина Xg, ас выхода регистра 8 через блок 12 сдвига величина 2 У . По величине , котора  сохран етс  в сумматоре 13 на один такт вычислени , выполн ютс  вычислени  величин , по сигналу f с выхода сумматора 14 - такт вычислени  величины Zj. . В регистре 9 частного в конце цикла вычислений хранитс  2 Хд/2оС. Чтобы использовать общие цепи передачи величин в регистрирующее устройство 5, после определени  младшего разр да частное передаетс  с выхода сумматора 14 в регистр 8 и затем в регистрирующее устройство 5. Определение амплитудно- и фазочастотных характеристик сопровождаетс  выполнением операции определени  модул  А и аргумента 9 вектора. В регистры 7 и 8 занос тс  составл ющие вектора по ос м координат: в регистр 7 - величина У в регистр 8 - величина Хд, в регистр 10 аргумента - 0 Далее вычисл ютс  величины: Е+1 Уе 2;хг; 2 Уг ; +1 re- р 1,, ч г + arctg-2- Величины вьлчисл ютс  сумматором 13 по величинам с выходов регистра 7 и блока 12 сдвига, резуль.тат вновь заноситс  к регистр 7. Величины Xg+i вычисл ютс  аналогичным образом, как величины У g, с помощью сумматора 14 и блока 11 сдвига, результаты фиксируютс  в регистре 8. Величина g определ етс  по знаку величины и с выхода сумматора 13 передаетс  дл  управлени  работой сумматоров 14 и 15. Вычисление величины Vj+;, выполн етс  с использованием регистра 10, сумматора 15 и запоминающего блока 19, в котором хран тс  предварительно вычисленные константы arct§- 2 . Константы в тактах определени  младших разр дов вырабатываютс  путем сдвига константы предшествующего такта с помощью сдвигающегос  регистра 0 . После тактов вычислений в регистре 8 пписутствует величина А К Т,/ X + а в регистре 10 - величина i/ - arct(j- УО/ХОПри оггределении амплитудно-фазовой характеристики объекта по переходному процессу входное воздействи подаетс  с выхода задатчика 1 возде ствий на вход объекта 2 и на первый вход блока 3 записи и считывани , в котором происходит преобразование и запоминание выборок входного воздей стви . Сигнал .с выхода объекта y(t / переходный процесс , вызванный входным воздействием, поступает на вход блока 3 записи и считывани , где происходит его преобразование и запоминание. Цифрова  информаци  о выхо ном сигнале в момент t через коглму татор 4 заноситс  в регистры 7 и 8. Дл  каждой выборки сигнала x(t,- пу тем вычислени  соотношений (1)в ре гистре 7 формируетс  x( в регистре 8 - х (ti jcos- E- i . . Действительна  РХ (Wp) и мнима  a;(ujp) составл ющие спектра входного сигна ла образуютс  в регистрах б и 9 вычислением сумм: Н) Px()--i2-4 i) I ( где wp- частота; N - лисло выборок сигнала; Р |Кр 0,1,..., -| 1; tx - врем  задани  вход ного воздействи , to - интервал дискретизации. 23Гр Аргумент - i вырабатываетс  в вычислительном блоке . После вычислени  последнего слагаемого величины Qx(wp| и Px(iwpl занос тс в регистры 7 и 8. Потом выполн етс  операци  определени  модул  AyCwp и аргумента ) вектора А по его составл ющим QLyCt p) и Р.х(шр). В результате в регистре 8 вырабатывает с  амплитуда А(сор) |p(u)p))i а в регистре lp,- фаза х(сх)р) - ) /РХ (Wp) спектральной составл ющей входного сигнала x(t) . Величина А ;( (u)p) и Vy (u)pt передаютс  в блок 3 записи и считывани  и в регистрирующий блок 5. Аналогичным образом преобразуетс  сигнал у (tl, характеризующий реакцию объекта 2 на входное воздействие Xt) . Определение величин Aj(Lup и fv(pl происходит так же/ как и определение величин Aj{a)p) и (р в соответствии с выражени ми М-р) 1г(1-)5 -1Г ( (О-ЯР,. ,К)7Ук ю-чЧисло выборок сигнала y(tl дл  времени обработки сигнала ty определ етс  как М ty/tij. Дл  последующего выполнени  операции делени  величина А(Wp)передаетс  из регистра 8 в регистр 7. Момент окончани  вычислени  величин А,( ) служит сигналом значёний А;((Юр) и из лока 3 записи и считывани  через коммутатор 4 в регистры 7 и 6 соответственно . На выходе сумматора 15 форг-1ируетс  величина /(tUpT Vy (Wp|- x (uзp} , характеризующа  фазочастотну- характеристику объекта 2, а в регистре 8 После выполнени  операции делени  - величина А(шр) Ay(u)p|/Aj({ujj определ юща  амплитудно-частотную , характеристику объекта 2. Tait как величины Ау() и А (u)p)-первоначально получены увеличенными в одинаковое число К раз, после выполнени  операции делени  результирующа  величина А (topi получаетс  без увеличени . Величины А(ц)р) и (ujp) передаютс  в регистрирующий блок 5. Они также могут быть записаны в блок 3 записи и считывани  дл  последующей обработки и воспроизведени . При определении спектра по реализации процесса устройство работает . так же,как и при определении амплитуд-. но-фазовой характеристики объекта 2, невыполн етс  тг чько операци  определени  модул  и аргумента вектора. Выборки реализации процесса y(t{/ занос тс  в блок 3 записи и считывани . По выражени м (8) и (9) вычисл ютс  действительна  Р(0р)и мнима  АуСшрУ составл ющие спектра, которые йнимаютс  с выходов регистров 7 и 8 и передаютс  в регистрирующий блок 5 или {иО в блок 3 записи и считывани . в основе вычислени  спектральной плотности 5(шр)по коррел ционной функции (t) лежит зависимость s(c.p,f|:/(Число выборок L коррел ционной функции Й{гг,-|дл  интервала коррел ции ;Г| и интервала дискретизации io определ етс  соотношением L . В блок 3 записи и считывани  в этом режиме занос тс  выбор.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК по авт.св. № 938266, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно содержит последовательно соединенные интерполятор, подключенный первым и вторым цифровыми входами соответственно к второму выходу первого регистра и пятому выходу коммутатора, и переключатель, второй вход и выход которого подключены соответственно к выходу датчика воздействий и входу объекта, а управляющий вход к входу датчика воздействий и управляв ющему входу интерполятора.

   рой выход первого регистра - к шестому входу блока записи и считывания, выход вычислительного блока - к треть ему входу второго регистра, первый выход четвертого регистра - к третьему входу регистрирующего блока, выход первого блока сдвига - к третьему входу второго переключателя, выход которого подключен к седьмому входу второго сумматора,‘выход второго блока сдвига - к третьему входу первого переключателя, первый выход пятого регистра - к второму входу второго блока сдвига и четвертому входу регистрирующего блока, второй выход пятого регистра - к шестому входу третьего сумматора, первый выход коммутатора - к пятому входу регистрирующего блока, второй выход коммутатора - к первому входу первого регистра, вторым входом подключенного к первому входу пятого регистра, третий выход коммутатора подсоединен к третьему входу пятого регистра, а четвертый выход коммутатора к третьему входу четвертого регистра С1 J .

   Однако функциональные возможности известного устройства ограничены. Выработка в датчике воздействий преимущественно апериодических воздействий не позволяет определять динамические характеристики объектов при периодических,например гармонических, воздействиях. Введение в состав датчика воздействий генератора гармонических воздействий инфраниэкой и низкой частот усложняет устройство и требует значительных аппаратурных затрат при реализации.

   В устройстве сначала определяют

   40 амплитудно-фазовые частотные характеристики сигналов с выхода датчика воздействий, затем по ним корректируют значения амплитудно-фазовых характеристик объекта. Учет влияния на результаты отклонения формы реального воздействия от формы идеального повышает точность определения динамических характеристик. Устройство позволяет определять широкий набор динамических характеристик, а именно спектр по реализации процесса, спектральную плотность по корреляционной функции, корреляционную функцию по спектральной плотности, сигнал по действительной или мнимой частям регулярно спектра и амплитудно-фазовую частотную характеристику исследуемого объекта в процессе нормальной эксплуатаций¹.

   Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

   Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения динамических характеристик до20