SU1096665A1 - Коррел ционное устройство дл определени импульсной переходной функции объекта - Google Patents

Abstract

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 умножени , первый вход которого  вл етс  первым информационным входом устройства, а второй вход соединен с выходом первого блока задержки , выход первого блока умножени  соединен с информационным входом интегратора, отличающеес  тем, что, с целью повьшени  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 пам ти , коммутатор, второй блок умножени , регистратор, регистр, блок сравнени , блок делени , первый, второй и третий счетчики, первый, второй, третий и четвертый генераторы импульсов и блок посто нной задержки, вход которого объединен с входом начальной установки аналого-цифрового преобразовател  и подключен к выходу первого генератора импульсов, вход запуска которого соединен с входами начальной установки первого и второго блоков пам ти, регистра, первого сумматора, блока регулируемой задержки и  вл етс  входом запуска устройства , вход останова первого генератора импульсов объединен с первым управл ющим входом первого сумматора, управл ющим входом второго блока умножени  и подключен к выходу первого счетчика, выход блока посто нной задержки соединен с входами начальной установки интегратора и второго сумматора , управл ющими входами аналогоцифрювого преобразовател  и блока регулируемой задержки, входом записи (Л первого блока пам ти и входом второго счетчика, выход которого соединен с входом запуска второго генератора импульсов и первым управл ющим входом коммутатора, выход второго генератора импульсов объединен с входом считывани  цервого блока 11ам ти, с входом о :о э останова третьего генератора импульсов и входом запуска четвертого генератора импульсов, выход которого соединен с управл ющим входом блока сравЭ ) ел нени  и первым входом считывани  регистра и входом считывани  второго блока пам ти и входом третьего счетчика , выход которого соединен с вторым управл ющим входом коммутатора «и входом запуска третьего генератора импульсов, выход которого соединен с входе первого счетчика, вторым управл кицим входом первого сумматора, управл к цим входом блока делени , вторым входом считывани  регистра, информационные входы которого подключены к соответствукмцим выходам пер

Description

i . вой группы выходов регистра, а выход блока делени  подключен к информацио ному входу первого сумматора, выход которого подключен к первому информа ционному входу второго блока умножени , второй информационный вход кото рого  вл етс  вторым информационным входом устройства, выход второго бло ка умножени  подключен к входу регистра , причем первый и второй инфор мационные входы второго сумматора подключены соответственно к выходам элемента НЕ и первого нелинейного элемента, выход второго сумматора подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразовател , выходы которого подключены к соответствукнцим информационным входам первого блока пам ти, выходы которо65 го подключены к соответствующим информационным входам коммутатора, перва  и втора  группы выходов которого подключены соответственно к соответствующим информационным вхо-. . дам блока делени  и второго блока пам ти, выходы которого подключены к соответствующим входам первой группы информационных входов блока сравнени , входы второй группы информационных входов которого подключены к соотв,етствунщим выходам второй группы выходов регистра, информационные входы которого подключены к соответствукнцим выходам блока,сравнени , выход интегратора соединен с входами первого и второго нелинейных элементов, выход второг.о нелинейного, элемента подключен к входу элемента НЕ.

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано при разработке устройств дл  определени  таких характеристик исследуемых систем как импульсна  переходна  фун-. 5 кци  и инерционность.

Известно устройство дл  определени  импульсной переходной функции, содержащее фильтры. В этом устройстве с помощью анализа Фурье определ ют 10 ширину пропускани  и инерционность по частотной характеристике системы 1J.

Недостатком устройства  вл етс  низка  точность определени  инерционности .15

Наиболее близким к изобретению  вл етс  устройство дл  oпpiёдeлeни  импульсной переходной функции объекта, содержащее генератор шума, блок запаздывани  фильтр, блок умножени  и ин- 20 тегратор, вход которого подключен к выходу блока умножени , первый вход которого через фильтр и блок запаздывани  подключен к выходу генератора шума, а второй вход подключен к выхо- 25 ду исследуемой системы, вход которой подключен к выходу генератора шума 2J.

Недостатком известного устройства  вл етс  отсутствие возможности непосредственного измерени  параметра, зо характеризующего инерционность линейной системы (посто нной времени дл  простейшей системы), что приводит к необходимости проведени  расчетов, обеспечивающих низкую точность оценок инерционности.

Целью изобретени   вл етс  повышение его точности.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в коррел ционное устройство дл  определени  импульсной переходной функции объекта, содержащее генератор шума, первый блок регулируемой задержки, информационный вход которого подключен к выходу генератора шума , первый блок умножени , первый вход которого  вл етс  первым информационным входом устройства, а второй вход соединен с выходом первого блока задержки, интегратор, информационный вход которого подключен к выходу первого блока множени , введены первый и второй нелинейные элементы , например диоды, элемент НЕ, первый и второй сумматоры, аналого-цифровой преобразователь, первьй и второй блоки пам ти, коммутатор, второй блок умнолсени , регистратор, регистр, блок сравнени , блок делени , первый, второй и третий счетчики, первый, второй, третий и четвертый генераторы импульсов и блок посто нной 3 задержки, вход которого объединен с входом начальной установки аналоге цифрового преобразовател  и подключе к выходу первого генератора импульjCOB , вход запуска которого соединен с входами начальной установки первого и второго блоков пам ти, регистра , первого сумматора, блока регулируемой задержки и  вл етс  входом запуска устройства, вход останова первого генератора импульсов объединен с .первьм управл ющим входом первого сумматора, управл ющим входом второго блока умножени  и подключен к выходу первого счетчика, выход блока посто нной задержки соединен с входами начальной установки интегратора и второго сумматора, управл ющими входами аналого-цифрового преобразовател  и блока регулируемой задержки, входом записи первого блока пам ти и входом второго счетчика, выход которого соединен с входом запуска второго генератора импульсов и первым управл ющим входом коммутатора , выход второго генератора импульсов объединен с входом считывани  первого блока пам ти, с входом останова третьего генератора импульсов и входом запуска четвертого генератора импульсов, выход которого . соединен с управл ющим входом блока сравнени  и первым входом считывани  регистра и входом считьгоани  второго блока пам ти и входом третьего счетчика , выход которого соединен с вторым управл ющим входом коммутатора и входом запуска третьего г.енератора импульсов, выход которого соединён с входом первого счетчика, вторым управл ющим входом первого суммато ра, управл ющим входом блока делени  , вторым вводом считывани  регистра, информационные входы которого подклю чены к соответствующим вьЬсодам первой группы выходов регистра, а выход блока делени  подключен лс информационному входу первого сумматора., выход которого подключен- к первому информационному входу второго блока умножени , второй информационный вход которого  вл етс  вторым информационным входом устройства, выход . второго блока умножени  подключен к входу регистратора, причем первый и второй информационные входы второго сумматора подключены соответственно к выходам элемента НЕ и пер- врго нелинейнсзго элемента, выход вто 654 рого сумматора подключен к информациониому входу аналого-цифрового преобразовател , выходы которого подключены к соответствующим информационным входам первого блока пам ти, выходы которого подключены к соответствующим информационньш входам коммутатора, перва  и втора  группы выходов которого подключены соответственно к соответствующим информационным входам блока делени  и второго блока пам ти, выходы которого подключены к соответствукндим входам первой группы информационных входов блока сравнени , входы второй группы информационных входов которого подключены к соответствую1цнм выходам второй группы выходов регистра, информационные входы которого подключены к соответствукщим выходам блока сравнени , выход интегратора соединен с входами первого и вторрго нелинейных элементов, выход второго нелинейного элемента подключен к входу элемента НЕ. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит генератор 1 шума, первый блок 2 умножени , первый вход которого  вл етс  первым информационным входом устройства, выход блока 2 умножени  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 пам ти, первый блок 7 задержки, информационный вход которого подключен к выходу генератора 1 шума, а выход подключен к второму входу первого блока 2 умножени , 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 преобразовател  5 и через блок 9 посто нной 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 пам ти и подключен к входу запуска соответствующего генератора 12 импульсов, вход считывани  первого блока 6 пам ти, вход считывани  аналого-цифрового преобразовател  5, входы начальной устанйвки интегратора 3, сумматора 4,управл ющий вход блока 7 регулируемой задержки объединены и подключены к выходу второго блока 9 посто нной задержки, коммутатор 13, информационные входы которого соединены с соответствукидими выходами блока 6 пам ти первый управл ющий вход коммутатора 13 подключен к выходу соответствующе счетчика 10, второй управл ющий вход коммутатора 13 подключен к выходу соответствующего счетчика 14 и входу запуска соответствующего генератора 15 импульсов, выход которого соединен с управл ющимвходом блока 16 делени  и управл ющим входом другого сумматора 17, другой управл ющий вхо которого объединен с входом останова первого генератора 8 импульсов и подключен к выходу соответствующего счетчика 18 , вход которого подключен к выходу генератора 15 импульсов, выход счетчика 18 соединен с управл  ющим входом второго блока 9 умножени , первьй информационный вход которого подключен к выходу сумматора 17, а второй информационный вход  вл етс  вторым информационным входом устройства, выход второго блока 19 умножени  подключен к входу регистратора 20, регистр 21 считывани , 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 делени , входы второй группы информационных входов которого подключены к соответствующим выходам первой группы выходов коммутатора 13

втора  группа выходов регистра 21 соединена с соответствующими входами группы входов блока 22 сравнени , входы другой группы входов которого подключены к. соответствующим выходам второго блока 23 пам ти, вход считывани  которого объединен с управл ющими входами регистра. 21 и блока 22 сравнени  и подключен к выходу генератора 12 импульсов, входы начальной установки блоков 6 и 23 пам ти, регистра 21 и сумматора 17 объединены и соединены с входом начальной установки первого блока 7 задержки, входы нелинейных элементов

24 и 25 объединены и подключены к выходу интегратора 3, выход нелинейного 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 .

Как известно, коррел ционна  св з между входным и выходным сигналами исследуемого объекта определ етс  при помощи соотношени  Винера-Ли.

(О

R,yW Jh(i-tlR(t)dt,

где R ( ) - функци  взаимной коррел ции процессов x(t) и y(t) ;

R(t) - функци  автокоррел ции входного процесса x(t);

h(t -с) - импульсна  переходна  функци  системы.

Если x(t) - реальный шум, имеющий равномерньй спектр в полосе частот, значительно превышающей полосу пропускани  исследуемой системы, то можно заменить функцию ) в (1) на автокоррел ционную функцию идеального белого шума л о (t), где о (t) - функци  Дирака, тогда

00

(2)

R,yitHJhU-tU8(t)dt oi.b() -со

В этом случае взаимна  коррел ционна  функци  RX,, (о ) непосредственно дает выражение дл  оценки импульсной переходной функции h(t).

Измерение импульсной переходной функции в предлагаемом устройстве производитс  на основе алгоритма (2).

По сигналу, поступающему.с управл ющего входа устройства на входы начальной установки блока 7 задержки блоков 6 и 23 пам ти, регистра 21 и сумьгатора 17, вход запуска генератора 8 импульсов начинаетс  функционирование устройства. Выходной сигнал генератора 1 шума поступает на вход исследуемого объекта и на информационный вход блока 7 задержки. Реакци  исследуемого объекта на белый шум поступает на первый вход блог5 ка 2 умножени , на второй вход которого поступает4 задержанна  на интерi

вал i и (где i 1, n) реализаци  белого шума с выхода блока 7 регулируемой задержки. С выхода блока 2 умножени  сигнал оС ti(t) поступает на информационныйвход интегратора 3.

С выхода

сигнал

интегратора второго

на входы первого и подаетс  нелинейных элементов 24 и 25. Через один из нелинейных элементов проходит сигнвл только одной пол рности, через .другой нелинейный элемент проходит сигнал только другой пол рности . Сигнал с выхода первого нелинейного элемента 2А подаетс  на первый информационный вход сумматора 4, на второй информационньш вход которого подаетс  через элемент НЕ 26 сигнал с выхода второго нелинейного элемента 25. Таким образом, на выходе сумматора 4 получаетс  модульное значение функции h(t). После запуска первьй генератор 8 импульсов начинает вырабатывать импульсы, период следовани  которых Т равен времени отведенному на усреднение сигнала при конкретном значении времени запаздывани  с . Эти импульсы поступают на вход начальной установки АЦП 5 дл  обнулени  его и на блок 9 задержки, задерживающему тактовый импульс первого генератора 8 импульсов на интервал времени д Т, достаточный дл  окончани  в устройстве всех переходных процессов, вызванных сигналом запуска.

Задержанный на врем  д импульс первого генератора 8 импульсов, с выхода блока 9 посто нной задержки, поступает на управл ющий вход блока 7 регулируемой задержки дл  выбора нового значени  запаздывани , на вход начальной установки интегратора 3 дл  его обнулени , на вход начальной установки сумматора 4 дл  его обнулени , на управл ющий вход АЦП 5 дл  переписи в блок 6 пaм tи последнего оцифрованного значени  сигнала с выхода сумматора 4 на вход записи первого блока 6 пам ти дл  обеспечени  приема блоком 6 пам ти сигналов с выхода АЦП 5.

После прохождени  первого импульса с выхода блока 9 задержки начинаетс  новый цикл описанного процесса при значении запаздывани  в блоке 7 регулируемой задержки - 2 IJ .

Следутощие циклы измерени  производ тс  аналогичным образом при времени запаздывани  3 и т.д. до п-г , причем длительность каждого цикла определ етс  периодом Т задержанных в блоке 9 задержки импульсов первого генератора 8 импульсов.

Таким образом, после выработки n импульсов генератором 8, импульсы в первом блоке 6 пам ти оказываютс  записанными n модульных значений импульсной переходной функции исследуемой системы, каждое значение - в соответствующей  чейке блока 6 пам ти в видЗ двоичного кода. Другими словами, в блоке 6 пам ти оказываютс  записанными , модульные значени  взаимно-коррел ционной функции или, в соответствии с выражением (2), импульсной переходной функции системы, сн тые с дискретностью, равной о , т.е.оСП (с) Импульсы с выхода блока 9 посто нной задержки поступают тайже на вход счетчика 10. После того, как счетчик 10 насчитывает п входных импульсов, он вырабатывает на своем выходе сигнал, поступающий на вход второго генератора 11 импульсов дл  его запуска и на один из управл ющих входов коммутатора 13, по которому коммутатор 13 обеспечивает подключение выходов первого блока 6 пам ти к информационным входам второго блока 23 пам ти. Дл  понимани  последующего изложени  необходимо иметь в виду, что после запуска генераторов 11, 12 и 15 импульсов - они вырабатьшают серии из п, 2 и n импульсов соответственно , причем периоды этих тактовых генераторов выбраны так, что ин- терва.п 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, поступакицему на вход считывани  первого блока 6 пам ти, из него считываетс  в п раллельном коде одно очередное значение импульсной переходной функции (ИПФ), поступает на информационные входы коммутатора 13 и с выходов одной из групп выходов которого записываетс  в блок 23 пам ти 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 дл  подсчета и на соответствзчощие управл ющие входы регистра 21, блока 22 сравнени  и блока 23 пам ти дл  выполнени  сле дуиндей операций. По первому из двух импульсов генератора 12 импульсов (выработанных в качестве реакции на очередной импульс генератора 11 импульсов) поступившему на вход считывани  блока 23 пам ти дл  считывани  записанного в нем значени  и вьщачи его на первы входы блока 22-сравнени , на первый вход считывани  регистра 21 дл  считьшани  хран щегос  в нем значени  и подачи его ни входы одной из групп входов блока 2 сравнени , на управл  ющий вход блока 22 сравнени  дл  про изводства сравнени , производитс  сравнение двух двоичных чисел, посту пивших на входы первой и второй груп входов блока 22 сравнени . По второму из двух импульсов гене ратора 12 импульсов (выработанных в качестве реакции на очередной импульс генератора 11 импульсов) произ водитс  обнуление блока 23 пам ти, считывание из блока 22 сравнени  бол шего из чисел и запись его в регисто 21. После выработки в п-ный раз пары импульсов генератором 12 импульсов в регистре 21 оказываетс  записанным наибольшее по величине из модульных значений ИПФ из записанных в первом блоке 6 пам ти. В это же врем  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 дл  его запуска и на другой управл ющий вход коммутатора 13 дл  переключени  сигналов с информационных входов коммутатора 13 на соответствующие вх ды одной из групп информационных входов блока 16 делени . Генератор 15 импульсов вьфабатывает последовательность из п импульсов , поступающую на вход счетчика 18 Кроме этого, по каждому импульсу генератора 11 импульсов, поступающему на вход считывани  первого блока пам ти,из последнего считываетс  очередное модульное значение ИПФ и через коммутатор 13 записываетс  в блок 16 делени , а по каледому импульсу генератора 15 импульсов, по1 510 ступакмцему с его выхода на второй вход считывани  регистра 21,с его выхода на входы группы.входов блока 16 делени  поступает хран щеес  в регистре 21 наибольшее значение , ИПФ. По эаому же импульсу генератора 15 импульсов,.поступающему на управл ющий вход блока 16 делени ,в нем производитс  деление числа, поступившего на входы информационных входов с блока 6 пам ти,на число, поступившее на входы другой группы информационных входов с регистра 21 ( производитс  нормировка значений импульсной переходной функции, т.е. .иХ ХЧЧчГ получение значений (nd)) Ьц(и ), где h,jj - максимальное измеренное значение), и передача результата делени  на информационный вход сумматора 17. По этому же импульсу генератора 15 импульсов, поступакмцему на управл ющий вход сумматора 17, в нем производитс  суммирование числа , поступившего на его информационный вход,с числом, уже наход щимс  в сзгмматоре 17. Эта процедура повтор етс  по каждому из п импульсов генератора 15 импульсов. Б результате после вьщачи генератором 15 импульсов п-го импульса в сумматоре 17 хранитс  сумма значений, поступивших за врем  работы генератора 15 импульсов на информационный вход сумматора 17. По п-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 управл ющий вход сумматора 17, считывает из него полученную в нем сумму чисел на первый информационный вход блока 19 умножени . В блоке 19 умножени  осуществл етс  умножение числа , поступившего на первый информационный вход, на значение , поступившее на второй информационный вход блока 19 умножени  Результат, переданный в регистратор 20 из блока 19 умножени ,  вл етс  значением параметра , характеризукмцего инерционность исследуемого объекта о ф - параметр, характеризуюпе1й инерционность системы (посто нна  времени , дл  простейших систем); 1096 ИцС) - модуль нормированной импульсной переходной функции; Т - выбранное врем  интегрировани , определенное 5 как (п-1)Т. На этом цикл работы измерител  заканчиваетс . Следующий цикл начинаетс  при поступлении на первый вход генератора 8 импульсов сигнала запуска. 0 Таким образом, предлагаемое коррел ционное устройство дл  определени  5 ИПФ обеспечивает непосредственное измерение параметра, характеризующего инерционность линейных систем произвольной сложности (посто нной времени дл  простейших систем). При этом исчезает необходимость в проведении косвенных измерений и заметном объеме расчетной работы. Устройство позвол ет также существен-; но повысить точность оценки параметра , характеризующего инерционность .

Claims (1)

1. 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 повышения 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 аналогоцифрового преобразователя и блока ре- § гулируемой задержки, входом записи 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 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 вторым 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 входом считывания регистра, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам пер- „„ 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 которого 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 НЕ 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 которо го подключены к соответствующим информационным входам коммутатора, первая и вторая группы выходов которого подключены соответственно к соответствующим информационным вхо-. дам блока°деления и второго блока памяти, выходы которого подключены к соответствующим входам первой труп· пы 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^сравнения, выход интегратора соединен с входами первого и второго нелинейных элементов, выход второго нелинейного элемента подключен к входу элемента НЕ