SU1168902A1 - Устройство дл измерени динамических характеристик - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК , содержащее блок управлени , анализатор спектра, блок посто нной пам ти, блок регистрации и коррел тор, первый информационный вход которого  вл етс  первым информационным входом устройства, а информационный выход соединен с информационным входом анализатора спектра, тактовый вход которого подключен к первому выходу блока управлени , второй выход которого соединен с входом «Чтение блока посто нной пам ти, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности устройства, оно содержит сумматор по модулю два, аналоговый Сумматор, вычислитель и регистр сдвига, третий выход блока управлени  объединен с выходом сумматора по модулю два и подключен к информационному и тактовому входам регистра сдвига, выход второго разр да которого соединен с одним входом сумматора по модулю два, выход третьего разр да - с другим входом сумматора по модулю два, с первым выходом аналогового сумматора и с вторым информационным входом коррел тора, второй вход и выход аналогового сумматора  вл ютс  вторым информационным входом и выходом устройства соответственно, четвертый и п тый выходы блока управлени  соединены с первым и вторым стробирующими входами коррел тора соответственно, а шестой - с входами сброса регистра сдвига, коррел тора , анализатора спектра и вычислител , выходы которого подключены к входам блока регистрации, второй выход блока управлени  соединен с входом «Пуск вычислител  и входом считывани  анализатора спектра выходы которого подключены к первым информационным входам вычислител , вторые информационные входы которого соединены с выходами блока посто нной пам ти, перва  и втора  группы выходов блока управлени  подключены к входам первой группы коррел тора и объединенным входам второй группы коррел тора и адресным входам анализатора спектра соответственно. 2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что коррел тор содержит первый и второй усилители, аналого-цифровой преобразователь , цифроаналоговый преобразователь, регистры группы, цифроаналоговые преобраi зователи группы, умножители первой группы, ключи первой группы, делители группы, ана (Л лого-цифровые преобразователи группы, ключи второй группы, причем входы первого и второго усилителей, тактирующие входы аналого-цифрового преобразовател , аналого-цифровых преобразователей группы, регистров группы, входы сбросов регистров группы, управл ющие входы ключей первой группы, группа входов цифро-аналогового 05 преобразовател , управл ющие входы клю00 чей второй группы  вл ютс  вторым и первым информационным, вторым стробио рующим, сброса, первым дтробирующим, первой и второй группами входов корреN3 л тора соответственно, выход первого усилител  соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразовател , выход которого соединен с информационным входом первого регистра регистров группы, информационный выход которого и информационные входы и выходы других регистров группы соответственно соединены и подключены к входам цифроаналоговых преобразователей группы, выходы которых соединены с первыми входами умножителей первой группы, вторые входы которых соединень с выходо.м второго усилител , а выходы - с инфор

Description

мационными входами ключей, первой группы , выходы которых соединены с первыми входами делителей группы, вторые входы которых соединены с выходом цифроаналоговых преобразовател , а выходы - с информационными входами аналого-цифровых преобразователей группы, выходы которых соединены с информационными входами ключей второй группы, выходы которых  вл ютс  группой выходов коррел тора. 3. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что анализатор спектра содержит узел посто нной пам ти, умножители второй и третьей групп, сумматоры первой и второй групп, сумматор, узлы оперативной пам ти первой и второй групп, узел оперативной пам ти, элементы И первой и второй групп, элемент И, причем первые входы умножителей второй и третьей групп, сумматора вторые входы элементов И первой и второй групп, элемента И, адресный вход узла посто нной пам ти, тактирующие входы и вход сброса узлов оперативной пам ти первой и второй групп, узла оперативной пам ти  вл ютс  входами информационным, счетным , адресным, тактирующим и сброса анализатора спектра соответственно, выходы первой и второй групп узла посто нной пам ти соединены с вторыми входами умножителей второй и третьей групп соответственно , выходы умножителей второй и третьей групп соединены с первыми входами сумматоров первой и второй групп соответственно , вторые входы сумматоров первой и второй групп соединены с выходами узлов оперативной пам ти первой и второй групп соответственно, а выходы - с информационными входами узлов оперативной пам ти первой и второй групп и первыми входами элементов И первой и второй групп, второй вход сумматора соединен с

выходом узла оперативной пам ти, а выход - с информационным входом узла оперативной пам ти и вторым входом элемента И, выход которого и выходы элементов И первой и второй групп  вл ютс  информационным выходом анализатора спектра.

4. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что блок управлени  содержит ключ, формирователь импульсов, первый и второй триггеры, генератор импульсов, первый и второй счетчики, одновибратор, элемент И, причем входы ключа, одновибратора, данных первого триггера соединены с шиной положительного потенциала устройства, выход одновибратора соединен с входами сброса первого и второго триггеров, первого и второго счетчиков и  вл етс  шестым выходом блока управлени , выход ключа соединен с входом формировател  импульсов, выход которого соединен с входом синхронизации первого триггера, выход которого соединен с входом генератора импульсов, первый выход которого  вл етс  третьим выходом блока управлени , второй выход - его п тым выходом и соединен со счетным входом первого счетчика, третий выход- первым выходом блока управлени  и соединен -с входом данных второго триггера и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго триггера , вход синхронизации которого соединен с выходом переполнени  первого счетчика, выход данных которого  вл етс  первой группой выходов, а выход переполнени  - четвертым выходом блока управлени , выход элемента И соединен со счетным входом второго счетчика, выход данных которого  вл етс  второй группой выходов, а выход переполнени  - вторым выходом блока управлени  соответственно.

1

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано дл  определени  частотных характеристик динамических объектов и систем .

Цель изобретени  - повышение точности устройства.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - коррел тор; на фиг. 3 - анализатор спектра; на фиг. 4 - блок управлени .

Устройство (фиг. 1) содержит коррел тор 1, блок 2 управлени , анализатор 3 спектра, блок 4 посто нной пам ти, блок 5 регистрации, регистр 6 сдвига, сумматор 7

по модулю два, аналоговый сумматор 8, вычислитель 9.

Коррел тор (фиг. 2) содержит первый 10 и второй 11 усилители, АЦП 12, ЦАП 13, регистры 14 группы, ЦАП 15 группы, умножители 16 группы, ключи 17 первой группы, делители 18 группы, АЦП 19 группы, ключи 20 второй группы.

Анализатор спектра (фиг. 3) содержит узел 21 посто нной пам ти, умножители 22 и 23, второй и третьей групп, сумматоры 24 и 25 первой и второй групп, сумматор 26, узлы 27 и 28 оперативной пам ти первой и второй групп, узел 29 оперативной пам ти , элементы И 30 и 31 первой и второй групп, элемент И 32.

Блок управлени  (фиг. 4) содержит ключ 33, формирователь 34 импульсов, первый 35 и второй 36 триггеры, генератор 37 импульсов , первый 38 и второй 39 счетчики, одновибратор 40 и элемент И 41. Устройство (фиг. 1) содержит также объект 42 контрол .

Устройство работает следующим образом .

При включении питани  на блоке 2 управлени  положительный потенциал поступает на одновибратор 40, который вырабатывает одиночный импульс, привод щий в исходное состо ние все блоки и узлы устройства , и на вход данных первого триггера 35. После замыкани  ключа 33 блока 2 управлени  положительный потенци;1Л через формирователь 34 импульсов поступает на вход синхронизации первого триггера 35, который синхронизирует работу устройства и управл ет работой генератора 37 импульсов. Последний имеет три выхода , первый из которых  вл етс  третьим выходом блока 2 управлени , второй - его п тым выходом,- трети - его первым выходом . Сама  ч1Лч.о:;а  частота следовани  импульсов снимаетс  с п того выхода блока управлени , сама  низка  - с третьего, но все частоты жестко св заны между собой. Импульсы с третьего выхода блока 2 управлени  поступают на тактовый и информационный входы регистра 6 сдвига, второй и третий разр дные выходы которого через сумматор 7 но модулю два замыкаютс  на вход регистра 6 сдвига. На выходе регистра 6 сдвига образуетс  сигнал псевдослучайной бинарной последовательности (ПСБП), параметры которого Т - длительность импульсов, снимаемый с третьего выхода блока 2 управлени , и То - период повторени  сигнала, можно измен ть, измен   величину Т. Затем сигнал ПСБП с выхода регистра 6 сдвига поступает на вход аналогового сумматора 8, где складываетс  с рабочим сигналом x(t), и результирующий сигнал поступает на вход объекта 42 контрол . Одновременно сигнал ПСБП поступает на второй информационный вход коррел тора 1, на первый информационный вход которого поступает реакци  объекта 42 контрол  от действи  двух сигналов - рабочего x(t) и ПСБП Хт(1). Можно добитьс  некоррелированности сигналов x(t)

и Хт(1).

Некоррелированность с рабочим сигналом обес 1ечиваетс  выбором периода квантовани  Т и длины ПСБП То, которые определ ютс  длительностью импульсов, задаваемых генератором 37 импульсов. Дл  линейной системы выходной сигна;| и.меет вид y(t)yp(t) + ут(1), где УР(() и УТ,({) -составл ющие выходного сигнала, обусловленные

соответственно рабочим xp(t) и пробным хт(1) сигналами.

Рабочий сигнал Xp(t) задаетс  в узкой полосе частот, а ПСБП имеет более широкий и равномерный спектр, поэтому они коррелированы слабо, а следовательно, и слабо коррелированы сигналы хт(1) и yp(t). Таким образом, между взаимными коррел ционными функци ми справедливо выражение Rxy(T) RxY(t).

Соотнощение между автокоррел ционной функцией ПСБП Rxx(t--т) и взаимной коррел ционной функцией Нху(т) выражаетс  в виде интервала свертки.

Rxy()Iw(t) R,x(t-t)dt,(1)

Следовательно, их можно рассматривать соответственно как входной и выходной сигналы провер емого объекта. Тогда частотные характеристики объекта можно определ ть , измер   отношени  между их преобразовани ми Фурье F{Rxy(T)(jw) Cx((o)-fjBx(to); (2)

f{Rxx(T)(j(o)Cxx(o))+jBxx((o);(3)

W П ш) )-±-ib -

именно Cxx(« -bjB«(H

W(jto)- (4)

где W(j(o) -амплитудно-частотна  характеристика системы; Ф((о) - фазочастотна  характеристика системы.

Периодичность автокоррел ционной функции ПСБП, представл ющей собой последовательность треугольных импульсов, линейность ее спектра и отсутствие в нем элементов случайности,  вл етс  существенным достоинством при реализации частотного метода контрол  систем в режиме их нормального функционировани . Это позвол ет контролировать исследуемую систему , использу  выражени  (2) - (4) сразу на многих частотах, раскладыва  функции гхх{т) и Rxy(T)B р д Фурье. Эти функции  вл ютс  периодическими с периодом То. поэтому заранее известна и совокупность частот, на которых производитс  контроль системы.

Основна  частота fi 1/То, остальные частоты кратны fi, т. е. f,, n-.fi, причем при изменении Т и То мен етс  и совокупность частот контрол .

Функци  RXX(T) четна , поэтому при изложении ее в р д Фурье она содержит только свободный член и косинусные составл ющие

Rxx(T) -fVCxxicosi(o,t

(5)

Эта функци  известна заранее, следовательно , заранее известны все ее коэффициенты разложени  в р д Фурье, которые записываютс  в блок 4 посто нной пам ти .

Разложение в р д Фурье функции Нху(т) содержит свободный член, косинусные составл ющие

R;,y(i;) Bivp/2 + f: Cxyicosi Wit + + S: Bxvi.sini (jOii(6)

Использу  выражени  (1) - (6), получаем

Вхуо /2+ Cxyicosi и)д t+ Bxyisini р(0)+ S Cxxi Pj (i tojcosi «)it +

(7)

+ Q«i( )sini (.

Из выражени  (7) следует, что

РО В уо/Ржжо; Pi (i «)j) C y//C«j;

Qi(i «)i) Bsyi/Cxxi;(8)

где Ai(oo) Vp/ (u)i) +

+ Qi(«i); У -arctg Qi() X

(Pi(«)i);(9)

P(0) - значение частотной характеристики на нулевой частоте;

Pi(ia)i) - значение вещественной части частотной характеристики на i-й частоте; Ai(coi) и ф|((0|) - амплитуда и фаза АФЧХ; Qi(ia)i) - значение мнимой части частотной характеристики на i-й частоте.

С выходов регистра 6 сдвига и объекта 42 контрол  сигналы поступают на второй и первый- информационные входы коррел тора 1, который работает следующим образом. Усиленный первым усилителем 10 сигнал хт(1) через АЦП 12 поступает на информационный вход первого регистра 14i регистров группы, на второй стробирующий вход коррел тора 1 поступают импульсы с п того выхода блока 2 управлени , управл ющие работой АЦП 12, регистров 14 группы и АЦП 19 группы, согласно поступающим импульсам сигнал хт(1) перемещаетс  от первого до последнего регистра регистров 14 группы и преобразованный ЦАП 15 группы поступает на первые выходы умножителей 16 группы, на вторые выходы которых поступает реакци  объекта 42 контрол , усиленна  усилителем 11, на выходах умножителей группы накапливаютс  значени , равные х, (t-Т )-yi (t).(10)

При срабатывании ключей 17 первой группы от импульса, снимаемого с четвертого выхода блока 2 управлени , сигналы с умножителей 16 первой группы поступают на первые входы делителей 18 группы, на вторые входы которых поступают через ЦАП 13 с выходов первой группы блока 2 управлени  значени  интервала .определени  взаимнокоррел ционной функции Тк. С выходов делителей 18 на информационные входы ключей 20 второй группы через АЦП 19 группы поступают значени  взаимнокоррел ционной функции Rxy(t-т), равные ,, Rxy (t--T)J-Zx (t-т) yi(t).(11)

io

По командам с выходов второй группы блока 2 управлени  открываютс  по пор дку ключи 20 второй группы, и на информационный выход коррел тора поступают

j значени  Rxy; (t-т).

Частота считывани  значений Rxyi (t-т) строго зависит от частоты следовани  импульсов , снимаемых с второго выхода блока 2 управлени .

Блок 2 управлени  работает следующим образом. Импульсы с второго выхода генератора 37 импульсов поступают на счетный вход первого счетчика 38, на выходе данных которого формируетс  ве.тичина, пропорциональна  интервалу длительности TK взаимокоррел ционной функции Rxvi(T-t), а с выхода переполнени  - четвертого выхода блока управлени  снимаетс  стробирующий импульс, который управл ет работой ключей 17 первой группы, выход переполнени  первого счетчика 38 соединен с

входом синхронизации второго триггера 36, вход данных которого соединен с третьим выходом генератора 37 импульсов. Этот выход  вл етс  тактирующим выходом дл  анализатора 3 спектра, выход второго триггера 36 соединен с первым входом

5 элемента И 41, второй вход которого соединен с третьим выходом генератора 37 импульсов, а выход - со счетным входом второго счетчика 39, выходы данных которого  вл ютс  выходами второй группы блока 2 управлени  и управл ют работой

0 ключей 20 второй группы корррел тора 1 и адресными входами узла 21 посто нной пам ти анализатора 3 спектра, а выход . переполнени   вл етс  вторым выходом блока 2 управлени  и управл ет считыванием информации с анализатора 3 спектра, блока 4 посто нной пам ти и пуском вычислител  9.

Анализатор 3 спектра реализует следую щий алгоритм:

0Bxyo l|:Rxyi(t-S) ;

Cxyi (i и;) Rxyicosi otii At; Bxyi(i u;) RxYiSini («lAt . (12)

5 Так как величина известна.

«

известен интервал At вычислени  взаимнокоррел ционной функции Rx-,{t-т), то известна и совокупность частот контрол  системы, а следовательно, и набор весовых коэффициентов sini- At, cosi-4 At,

которые заранее записываютс  в узел 21 посто нной пам ти анализатора 3 спектра по своим адресам. При поступлении первого импульса с выходов второй группы блока 2 управлени  на ключ 20i второй группы ключей 20 коррел тора, ключ 20 открываетс  и первое значение Rxyi поступает на вторые входы умножителей 22 и 23 второй и третьей групп и второй вход сумматора 26, одновременно этот импульс по адресному входу анализатора 3 спектра из узла 21 посто нной пам ти вызывает

.

значени  sin i и cos i „-At, которые ioJo

поступают на первые входы умножителей 22 и 23 второй и третьей групп, на выходах умножителей по вл ютс  значени 

частных произведений Rx, sin и R jtf;os i . Цифровые значени  частных

произведений поступают на первые входы сумматоров 24 и 25 первой и второй гррупп. Сумматоры соединены своими выходами с входами узлов 27 и 28 оперативной пам ти первой и второй групп, выходы которых подключены к вторым входам суммааторов. Узлы оперативной пам ти представл ют собой наборы разр дных цепочек сдвигающих регистров, что позво-s f

л ет осуществл ть цикличное движение сумм частных произведений. При поступлении второго импульса с выходов второй группы блока управлени  открываетс  второй ключ 5 второй группы ключей 20 коррел тора 1, и второе значение Rxyzпоступает на умножители 22 и 23 первой и второй групп и сумматор 26, одновременно на первые входы умножителей по адресной команде этого же импульса поступают значени 

sin i At и cos i из узла 21 опеTOТо

ративной пам ти. Таким образом на выходах сумматоров 24 и 25 первой и второй групп формируютс  суммы частных произЛ-t„ер

ведений Bxyj У Rxjsin i Сху/ kTO

.SI Rxyicosi- д1, a на выходе сумматоn-i

pa 26 - сумма Вхуо . При поступлении импульса переполнени  с второго выхода блока 2 управлени  на вторые входы элементов И 30 и 31 первой н второй групп и элемента И 32 значени  В, Сху, Во поступают в вычислитель 9, одновременно по команде этого же импульса

значени  axvj и Cxxj cos i , хран щиеj o o

СЯ в блоке 4 посто нной пам ти также поступают в вычислитель 9, который переходит в режим вычислени , реализу  алгоритм выражений (8) и (9), полученные значени  Ai(u)i) и ф|(() регистрируютс  блоком 5 регистрации.

+

0-f{

57

35

-D

- 36

s

tJ

1

J5

2.

Claims (4)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК, содержащее блок управления, анализатор спектра, блок постоянной памяти, блок регистрации и коррелятор, первый информационный вход которого является первым информационным входом устройства, а информационный выход соединен с информационным входом анализатора спектра, тактовый вход которого подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с входом «Чтение» блока постоянной памяти, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит сумматор по модулю два, аналоговый сумматор, вычислитель и регистр сдвига, третий выход блока управления объединен с выходом сумматора по модулю два и подключен к информационному и тактовому входам регистра сдвига, выход второго разряда которого соединен с одним входом сумматора по модулю два, выход третьего разряда — с другим входом сумматора по модулю два, с первым выходом аналогового сумматора и с вторым информационным входом коррелятора, второй вход и выход аналогового сумматора являются вторым информационным входом и выходом устройства соответственно, четвертый и пятый выходы блока управления соединены с первым и вторым стробирующими входами коррелятора соответственно, а шестой — с входами сброса регистра сдвига, коррелятора, анализатора спектра и вычислителя, выходы которого подключены к входам блока регистрации, второй выход блока управления соединен с входом «Пуск» вычислителя и входом считывания анализатора спектра выходы которого подключены к первым информационным входам вычислителя, вторые информационные входы которого соединены с выходами блока постоянной памяти, первая и вторая группы выходов блока управления подключены к входам первой группы коррелятора и объединенным входам второй группы коррелятора и адресным входам анализатора спектра соответственно.

2. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что коррелятор содержит первый и второй усилители, аналого-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, регистры группы, цифроаналоговые преобра- р зователи группы, умножители первой группы, ключи первой группы, делители группы, аналого-цифровые преобразователи группы, ключи второй группы, причем входы первого и второго усилителей, тактирующие входы аналого-цифрового преобразователя, аналого-цифровых преобразователей группы, регистров группы, входы сбросов регистров группы, управляющие входы ключей первой группы, группа входов цифро-аналогового преобразователя, управляющие входы ключей второй группы являются вторым и первым информационным, вторым стробирующим, сброса, первым стробирующим, первой и второй группами входов коррелятора соответственно, выход первого усилителя соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с информационным входом первого регистра регистров группы, информационный выход которого и информационные входы и выходы других регистров группы соответственно соединены и подключены к входам цифроаналоговых преобразователей группы, выходы которых соединены с первыми входами умножителей первой группы, вторые входы которых соединены с выходом второго усилителя, а выходы — с инфор

SU „„1168902 мационными входами ключей, первой группы, выходы которых соединены с первыми входами делителей группы, вторые входы которых соединены с выходом цифроаналоговых преобразователя, а выходы — с информационными входами аналого-цифровых преобразователей группы, выходы которых соединены с информационными входами ключей второй группы, выходы которых являются группой выходов коррелятора.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что анализатор спектра содержит узел постоянной памяти, умножители второй и третьей групп, сумматоры первой и второй групп, сумматор, узлы оперативной памяти первой и второй групп, узел оперативной памяти, элементы И первой и второй групп, элемент И, причем первые входы умножителей второй и третьей групп, сумматора вторые входы элементов И первой и второй групп, элемента И, адресный вход узла постоянной памяти, тактирующие входы и вход сброса узлов оперативной памяти первой и второй групп, узла оперативной памяти являются входами информационным, счетным, адресным, тактирующим и сброса анализатора спектра соответственно, выходы первой и второй групп узла постоянной памяти соединены с вторыми входами умножителей второй и третьей групп соответственно, выходы умножителей второй и третьей групп соединены с первыми входами сумматоров первой и второй групп соответственно, вторые входы сумматоров первой и второй групп соединены с выходами узлов оперативной памяти первой и второй групп соответственно, а выходы — с информационными входами узлов оперативной памяти первой и второй групп и первыми входами элементов И первой и второй групп, второй вход сумматора соединен с выходом узла оперативной памяти, а выход — с информационным входом узла оперативной памяти и вторым входом элемента И, выход которого и выходы элементов И первой и второй групп являются информационным выходом анализатора спектра.

4. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит ключ, формирователь импульсов, первый и второй триггеры, генератор импульсов, первый и второй счетчики, одновибратор, элемент И, причем входы ключа, одновибратора, данных первого триггера соединены с шиной положительного потенциала устройства, выход одновибратора соединен с входами сброса первого и второго триггеров, первого и второго счетчиков и является шестым выходом блока управления, выход ключа соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входом синхронизации первого триггера, выход которого соединен с входом генератора импульсов, первый выход которого является третьим выходом блока управления, второй выход — его пятым выходом и соединен со счетным входом первого счетчика, третий выход— первым выходом блока управления и соединен с входом данных второго триггера и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, вход синхронизации которого соединен с выходом переполнения первого счетчика, выход данных которого является первой группой выходов, а выход переполнения — четвертым выходом блока управления, выход элемента И соединен со счетным входом второго счетчика, выход данных которого является второй группой выходов, а выход переполнения — вторым выходом блока управления соответственно.