SU687408A1

SU687408A1 - Device for measuring frequency characteristics

Info

Publication number: SU687408A1
Application number: SU772492045A
Authority: SU
Inventors: Михаил Павлович Попов; Александр Адамович Черношей
Original assignee: Республиканский Информационновычислительный Центр"
Priority date: 1977-06-06
Filing date: 1977-06-06
Publication date: 1979-09-25

Description

Изобретение относитс к электргоиэ- мерени м и может использоватьс дл анализа частотных характеристик объектов исследовани , в том числе нелинейных объектов. Известны измерители частотных харак теристик, основанные на выделении спект ральных компонент, содержащихс в выходном сигнале Ij. В качестве измерител частотных характеристик могут использоватьс также известные анализаторы спектра, если в качестве исследуемого сигнала выбрать Выходной сигнал исследуемого объекта 2. Недостатком этдх устройств вл етс их невысока точность. Наиболее близким по технической сущ ности к предлагаемому вл етс устройство дл измерени частотных характерис тик и коэффициента нелинейных искажений объекта исследовани , содержащее генератор, два канала формировани сину соидального сигнала, каждый из которых содержкт делитель частоты, цифроаналоговый преобразователь, фильтр высших частот, причем второй канал содержит также управл емый фазовращатель и аттенюатор ГЗ}. Выход первого канала соединен с исследуемым объектом, выход объекта подключен к первому входу Вычитающего устройства, а на второй вход Вычитающего устройства подключен выход второго канала. Измен фазу и амплитуду синусоидального напр жени .во втором канале, добиваютс минимума напр жени некомпенсации, получаемого на выходе Вычитающего устройства. Применение в указанном устройстве компенсационного метода измерений позвол ет получить достаточную точность измерени частотных характеристик. Недбстатком этого устрюйства вл етс невозможность исследовани частотных характеристик нелинейных объектов., 1фоме того, это устройство не позвол ет изучить характер нелинейности объекта, а также частотные 6 xapaKTepvicTHKH объекта при воздействии на объект сигнала произвольной формы, например импульсов (пр моугольных, экспоненциальных). Цель изобретени - расширение функциональных аоаможнастей устройства, а именно обеспечение воэможности исследо вани частотных характеристик нелинэй ных объектов и определение характера нелинейности исследуемого объекта. Дл достижени поставленной цели а устройство дл определени частотных характеристик объекта исследовани , со держащее генератор сигналов и блок экстремальвого эвачени , выход которого череэ блок управлени подключен к управл ющему входу генератора сигналов , а также вычитающий блок, дополнительно ввод т запоминающее устройство , вход которого подключен к Выходу Вычитающего устройства, а выход запоминающего устройства подключен к суммирующему входу Вычитающего блока, первому Входу блока оценки подоби и первому Входу регрессиометра, второй вход которого св зан с выходом генератора сигналов, первым входом элемента И с Входом бвока задержки, а выход регрессиометра подключен к первому входу перемножител , второй вход которого св зан с выходом блока задержки, а выход - со вторым входом блока оцен ки подоби . Выход которого подключен ко Входу экстремального значени , при этом вычитающий вход вычитающего устройства соединен с выходом элемента И, второй вход которого подключен к блоку управлени , причем генератор сигналов содержит последовательно сое . диненные регистратор-задатчик парамет ров, эталонный цифровой генератор и преобразователь код-аналог. На чертеже приведена структурна схема предлагаемого устройства, Устройство содержит генератор снг- налов I, запоминающее устройство 2, регрессиометр 3, элемент И 4, вычитающий блок :5, блок задержки 6, блок утфавлени 7, блок 8 экстремального значени , перемножитель 9, блок Ш оценки подоби , регистратор-задатчиК 1 эталонный цифровой генератор 12, прео разователь . 13 код-аналог и объект исследовани 14. При определении амплитудно-частотной или фазо-частотной характеристик линейных объектов устройство работает следующим образом. 4 Подава на вход исследуемого объека 14 синусоидальный сигнал заданной астоты и единичной a mлитyды с этаонного генератора 12, последовательо соединенного с преобразователем 13 оД аналог, на выходе объекта 14 поучают выходной сигнал, который в впде онечной реализации записываетс в заоминающее устройство 2. После этого енератор сигналов 1 отключают от иследуемого объекта и подключают к входу егрессиометра 3. Одновременно .на торой вход регрессиометра с выхода апоминающего устройства 2 поступает еализаци выходного сигнала исследуеого объекта 14. Регрессиометр 3 вычисл ет коэффииент регрессии исследуемого выходного игнала Y объекта 14 исследовани по талонному сигналу У по формуле .|.-п..,(У,- , (,) ( .- 1,2,,.., .М- точка реализации; - математичесгдае tT)J, И1у ожидани сигналов У, и V/ . Эталонный сигнал, задержанный на Врем работы регрессиометра 3 в бло ке 6 задержки, -перемножают ка вычисленный в регресс иометре коэффициент регрессии А и полученна на выходе пе- ремножител 9 регрессионна юдeль эталонного сигнала подаетс в блок 10 оценки подоби , на второй вход которого поступает сигнал из запоминающего устройства 2о БЛОК 1О опредетс ет степень подоби регрессионной Модели эталонног-э сигнала- исследуемому вькодному сет-налу объекта 14 по выбранному критерию, гшпример по минимуму среднеквадратичного отклонени . 1«Е, t(V-w)-A(X4-m,)jl (г) Блок 8 экстрег1Шльногс значени .с помощью блока управлени 7 измен ет фазу синусоидального сигнала эталонного генератора 1 до тех пор, пока не будет достигнут шнимyм среднеквадратичного от1шоненн I регрессионной модели эталонного сигнала от исследуемого Выходного сигнала объекта 14. Зна чени коэффициента регрессии А и фазы if при достижении минимума .1 есть, соответственио, усиление по амплитуде и фазовый сдвиг объекта 14 исследовани на заданной частоте. Измен частоту CU зталокного сигнала по всему исследуемому диапазону чартот, причем каждый раз устанавплва начальную фазу Р , повтор ют описанные Выше действи и получают амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики линейного объекта. При исследойании нелинейного объек та основной задачей становитс определение спектральной характеристики вы ходного сигнала объекта при воздействи на объект эталонного сигнала заданной частоты, В этом случае после заполнен запоминающего устройства 2 реализацией Выходного сигнала объекта 14 исследовани генератор 1 сигналов отключают от объекта исследовани и, подклю чив к регрессиометру 3, наход т как и ранее минимум среднеквадратичного отклонени регрессионной модели эталон кого сигнала от исследуемого сигнала. Ьднако поиск такой модели наход т как изменением фазы , так и изменение частоты и) эталонюго сигнала: вначале при фиксированной частоте (х) измен ют фазу от -Jt до , затем измен ют частоту Ш и вновь повтор ю просмотр по фазе и т.д. Найденна таким образом спектральна компонента обладает максиматьной относительной энергией, так как она имеет минимальт ное среднеквадратичное отклонение от исследуемого сигнала. Параметры найденной компоненты - частота (д) , фаза и амплитуда, равна соответствую щему коэффициенту регрессии AS фик сируетс в регистраторе-задатчике 11 параметров. Найденна компонента вновь генерируетс генератором, 1 сигналов и подаетс на вход элемента И 4, на второй вход которого в это врем приходит раз решающий сигнал с устройства управлени 7. С Выхода элемента И сгенерированный сигнал . поступает на вычитающий вход Вычитающего блока 5, на сум мируюший Вход которого подаетс реализаци Выходного сигнала из запомина1о- шего устройства 2. Выход вычитающего блока 5 подключен к входу запоминающего устройства 2. Таким образом, в запоминающее устройство поместитс выходной сигнал исследуемого объекта 14 за вычетом уже найденной компонент Анализиру полученный остаток, наход т очередную спектральную компоненту. Ана|логично за К этапов анализа получаютК спектральных кок-пюнент, ртор доченных по убыванию энергии. Если целью исследовани объекта вл етс определение характера нелинейности объекта, то после подачи на Вход объекта 14 стандартного сигнала и заполнени запоминающего устройства 2 реализацией выходного сигнала, генератор 1 сигналов, отключив от объекта и подключив его к регрессиометру 3, перевод т в режим генерации произвольных функций. Блок 8 экстремального значени через блок управлени 7 измен ет в этом случае как параметры эталонного сигнала при неизменной функции, так и саму функцию. Применение в изобретении регрессионного метода дл выделени спектральных компонент, содержащихс в выходном сигнале объекта, а также использование- эталонных сигналов произвольного вкда позвол ют с высокой точностью измер ть частотные характеристики как линейных , так и нелинейных объектов, а также вы вл ть характер нелинейности объекта. Фор м у ла изобретени 1, Устройство дл измерени частотных характеристик, содержащее генератор сигналов и блок экстремального значени , выход которого через блок управлени подключен к управл ющему входу генератора сигналов, а также вычитающий блок, отличающеес тем, что, с целью расщирени функциональных возможностей , в него дополнительно введены элемент И, блок задержки, перетчножитель , регрессиометр, блок оценки подоби и запоминающее устройство, вход которого подключен к выходу вычитаю- щего блока, а въхход запоминающего ; устройства под шючен к суммирующему Входу вычитающего блока, первому входу блока оценки подоби и первому входу регрессиометра, второй вход которого св зан с Выходом генератора сигналов , первым входом элемента И и Входом блока задержки, а выход регрессиометра подключен к первому входу перемножител , В1Х)рой вход которого св зан с выходом блока задержки и выход перемножител соединен со вторым входом блока оценки подоби , вькод которого подключен ко входу блока : экстремального значени , при этомThe invention relates to electrical and electronic measurements and can be used to analyze the frequency characteristics of the objects of study, including non-linear objects. Frequency response meters are known based on extracting the spectral components contained in the output signal Ij. Well-known spectrum analyzers can also be used as a frequency response meter, if the Output signal of the object under study 2 is selected as the signal to be studied. The disadvantage of these devices is their low accuracy. The closest in technical terms to the proposed invention is a device for measuring the frequency characteristics and the nonlinear distortion coefficient of the object of study, which contains a generator, two channels for generating a coherent signal, each of which contains a frequency divider, a digital-to-analog converter, a high-frequency filter, and the second channel also contains a controlled phase shifter and a GZ attenuator}. The output of the first channel is connected to the object under study, the output of the object is connected to the first input of the Subtractive device, and the output of the second channel is connected to the second input of the Subtractive device. By changing the phase and amplitude of the sinusoidal voltage in the second channel, the voltage of the noncompensation received at the output of the Subtractive Device is minimized. The use of a compensation measurement method in said device allows one to obtain sufficient measurement accuracy of frequency characteristics. The disadvantage of this device is the impossibility of studying the frequency characteristics of nonlinear objects. One thing is that this device does not allow to study the nature of the nonlinearity of the object, as well as the frequency of an object when an object is subjected to an arbitrary waveform, such as pulses (rectangular, exponential). The purpose of the invention is to expand the functional capabilities of the device, namely, to ensure the investigation of the frequency characteristics of nonlinear objects and to determine the nature of the nonlinearity of the object under study. To achieve this goal, a device for determining the frequency characteristics of the object of study, containing a signal generator and an extreme snare unit, the output of which through a control unit connected to the control input of the signal generator, as well as a subtraction unit, additionally introduces a memory device whose input is connected to The output of the subtractive device, and the output of the storage device is connected to the summing input of the subtractive unit, the first input of the evaluation unit, and the first input of the regression tra, the second input of which is connected to the output of the signal generator, the first input of the element I to the delay input terminal, and the output of the regressometer is connected to the first input of the multiplier, the second input of which is connected to the output of the delay unit, and the output to the second input of the like estimator . The output of which is connected to the Extreme Value Input, while the subtracting input of the subtracting device is connected to the output of the And element, the second input of which is connected to the control unit, the signal generator containing a series of soy. Parameter setting recorder, reference digital generator and code-analog converter. The drawing shows a block diagram of the device, the device contains a generator I, memory 2, regression meter 3, element 4, subtracting block: 5, delay block 6, unit 7, block 8 of extreme value, multiplier 9, block b evaluations similar, registrar setting 1 reference digital generator 12, converter. 13 code analogue and object of study 14. In determining the amplitude-frequency or phase-frequency characteristics of linear objects, the device operates as follows. 4 By applying to the input of the probe 14, a sinusoidal signal of a given frequency and a single minute from a generator 12, successively connected to a 13 OD analog converter, output the object 14 to produce an output signal which is recorded in memory 2. After this, the generator signals 1 are disconnected from the object under study and connected to the input of the egressiometer 3. At the same time, the second input of the regression meter from the output of the memory device 2 enters the output signal of the investigated volume 14. Regression meter 3 calculates the regression coefficient of the output ignal of the object under study 14 by the coupon signal Y using the formula. |. -p .., (Y, -, (,) (.- 1,2, ..,. M is the point of realization; - mathematically, tT) J, I1u of waiting for signals U, and V /. The reference signal, delayed by Regression meter 3 in block 6 of delay, multiplies as a regression coefficient A calculated in the regressometer and obtained at the output ne - The multiplier 9 regression unit of the reference signal is fed to the similarity evaluation unit 10, the second input of which receives a signal from storage device 2o BLOCK 1O determines the degree of similarity of the regression Model of the reference signal to the target code set of object 14 according to the selected criterion, for example, by minimizing the standard deviation. 1 "E, t (Vw) -A (X4-m,) jl (g) Unit 8 extregs1; With the help of control unit 7 it changes the phase of the sinusoidal signal of the reference oscillator 1 until it reaches the root-mean-square from 1shonenn I the regression model of the reference signal from the object Output signal under study 14. The values of the regression coefficient A and the if phase when reaching a minimum of .1 are, corresponding to, amplitude amplification and phase shift of the object 14 of the study at a given frequency. By varying the frequency CU of the flat signal over the entire range of charts studied, each time setting the initial phase P, repeat the above described actions and obtain the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of the linear object. When investigating a nonlinear object, the main task is to determine the spectral characteristic of the output signal of the object when the reference signal of a given frequency is applied to the object. In this case, the memory device 2 is filled with the implementation of the Output Signal of the object 14 of the study, the signal generator 1 is disconnected from the object of study. regression meter 3, find, as before, the minimum of the standard deviation of the regression model of the reference signal from the signal under study. But however, the search for such a model is found both by changing the phase and changing the frequency and) of the reference signal: first, at a fixed frequency (x), the phase is changed from –Jt to, then the frequency Ш is changed and the phase is displayed again, and so on. . The spectral component found in this way has a maximum relative energy, since it has a minimum rms deviation from the signal under study. The parameters of the found component — frequency (d), phase, and amplitude — are equal to the corresponding regression coefficient, AS are fixed in the setting recorder 11 parameters. The found component is again generated by the generator, 1 signals and is fed to the input of the element AND 4, to the second input of which at that time comes the decisive signal from the control device 7. From the output of the element is And the generated signal. arrives at the subtracting input of the Subtracting unit 5, to the summing unit whose input is supplied by the realization of the Output signal from the storage device 2. The output of the subtractive unit 5 is connected to the input of the storage device 2. Thus, the output signal of the object under study 14 is minus found component Analyzing the resulting residue, find the next spectral component. Similarly, for the K analysis stages, K spectral kok-p'unients are obtained that are horizontally descending in decreasing energy. If the purpose of the object investigation is to determine the nature of the nonlinearity of the object, then after the standard signal is fed to the Object 14 input and the memory 2 is filled with the output signal, the signal generator 1, disconnecting from the object and connecting it to the regressometer 3, switches to the generation mode of arbitrary functions . The extreme value block 8 through the control block 7 changes in this case both the parameters of the reference signal with the function unchanged and the function itself. The use of the regression method in the invention to isolate the spectral components contained in the output signal of the object, as well as the use of reference signals of arbitrary wedges, allows the frequency characteristics of both linear and nonlinear objects to be measured with high accuracy, as well as the non-linearity of the object. Forms of the invention 1, a device for measuring frequency characteristics, comprising a signal generator and an extreme value unit, the output of which is connected to the control input of the signal generator through a control unit, as well as a subtracting unit, characterized in that, in order to extend the functionality, In addition, an element I, a delay unit, an enlarger, a regression meter, a similarity evaluation unit and a storage device, whose input is connected to the output of the subtraction unit, and an input storage unit are added; devices for the summing input of the subtracting unit, the first input of the similarity evaluation unit and the first input of the regression meter, the second input of which is connected to the output of the signal generator, the first input of the And element and the input of the delay unit, and the output of the regressometer is connected to the first input of the multiplier, B1X) the input of which is connected with the output of the delay unit and the output of the multiplier is connected to the second input of the evaluation unit of the similarity, the code of which is connected to the input of the unit: an extreme value, and

Вычитающий Вход вычитающего блока соединен с выходом элемента И, второй вход RoTopotx) подключен к второму выходу feoKa управлени ,The subtractive input of the subtractive unit is connected to the output of the AND element, the second input of RoTopotx) is connected to the second output of the feoKa control,

2. Устройство по п. 1, о т п и чающеес тем, что,, генератор сигналов содержит поспедов/атепьно соедине шсыв регистратор-задатчик парамет™ ров, эталонный цифровой г ератор и преобразователь код-аналог.2. The device according to claim 1, clause 1, furthermore, that the signal generator comprises a reference channel / at least a connection between the parameter recorder and parameter generator, a reference digital transmitter and a code-analog converter.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination

1,Авторсюе свидетельство СССР № 4723О6, кп. GO IT 23/16, 25.02,74.1, Authorship certificate of the USSR No. 4723О6, kp. GO IT 23/16, 25.02,74.

2,Авторское свидетельство СССР № 321768, кл. Сж on 23/16, Р5.03ЛО.2, USSR Author's Certificate No. 321768, cl. CW on 23/16, R5.03LO.

3,Авторское свидетельство СССР № 434330, кпМог 23/16,3, USSR Copyright Certificate No. 434330, ppMog 23/16,

05.07.7:2, (прототип)07.07.7: 2, (prototype)