SU993282A1 - Устройство дл определени пол рных координат осредненного вектора ветра - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и предназначено дл  использовани  в составе автоматических гидрометеорологических станций.

Известно устройство преобразовани  пр моугольных координат в пол рные , работающие по принципу пошагового уравновешивани  ортогональных проекций изменени  аргумента (угла), дл  чего в устройстве предусмотрен датчик кода приращени , коммутатор кодов, накопитель кода аргумента, синусный и косинусный преобразователи , схема сравнени , блок пам ти, блок управлени  IjОднако вычислительные операции с проекци ми вектора требуют получени  на каждом шаге полнрразмерных числоимпульсных кодов, длина которых определ етс  произведением числа дискрет ортогональной составл кицей на число дискрет синуса или косинуса угла, что снижает быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  осреднени  вектора ветра, содержащее датчик ветра, соединенный с цифровымфазометром, синусо-косинусный функциональный «преобразователь , делители, счетчики осредненных ортогональных составл ющих , счетчик среднего направлени , счетчик средней скорости, счетчики, узлы сравнени , шифратор, триггер, ключи. Устройство работает в двух .режимах. Первый режим - осреднение ортогональных составл ющих вектора

10 ветра в течение периода осреднени . По окончании периода осреднени  начинаетс  второй режим работы устройства - преобразование полученных ортогональных составл ющих вектора

15 ветра в пол рные координаты, т.е. определение модул  вектора и угла 2.

во втором режиме фазометр формирует последовательности импудъсов, соответствующие кодам синуса и косинуса текущего значени  аргумента, которое измен етс  от О до 90 включительно, причем количество

25 пачек синусов и косинусов- дл  каждого значени  угла paisHO значени м ортогональных составл ющих. Это снижает быстродействие устройства, так как формируютс  число-импульсные

30 коды больших чисел.

Цель изобретени  - повышение быстродействи .

Пocтaвлe нa  цель достигаетс  тем, что устройство дл  определени  пол рных координат осредненного вектора ветра, содержащее датчик направлени  и скорости ветра, выходы которого соединены с соответствующими входами фазометра., выход которого соединен с первыми входами первого и второго переключателей, синусный и косинусный преобразователи , входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго переключателей, а выходы - с входами первого и второго делителей, выход первого делител  соединен с первым входом третьего переключател , выход которого соединен с входом счетчика первой ортогональной составл ющей, -выход второго делител  соединен с первым входом четвертого переключател , выход кбторого соединен с входом счетчика второй ортогональной составл ющей, первые выходы счетчиков ортогональных составл юцтих соединены с соответствующими входами шифратора, а вторые выходы - с соответствующими входами первой схемы сравнени , выход шифратора соединен с первым входом счетчика аргумента, вторую схему сравнени , первый триггер, ключи, содержит также первый, второй, третий и четвертый суммирующие счетчики, первый и второй вычитающие счетчики, первый и второй счетчики фазы, первый , второй, третий и четвертый двоичные умножители, стартстопный генератор, третий и четвертый делители , второй и третий триггеры и инвертор, при этом выход синусного преобразовател  через первый ключ соединен с входами первого.суммирующего и первого вычитающего счетчиков , выход косинусного преобразовател  через второй ключ соединен с входами второго суммирующего и второго вычитающего счетчика, выход стартстопного генератора соединен с входом третьего делител , через третий ключ с входом четвертого делител , через четвертый ключ с входом третьего суммирующего счетчика и с вторьпи входом третьего переключател , через п тый ключ с входом четвертого суммирующего счетчика и с вторым входом четвертого переключател , выход.четвертого делител  через шестой ключ соединен с входом первого ,счетчика фазы и. с вторым входом первого переключател , а через седьмой ключ с входом второго счетчика фазы, выходы счетчиков фазы подключены к соответствующим входам второй схемы сравнени , выход которой соединен с входом стартстопного генератора, выходы

первого суммирующего счетчика и счетчика первой ортогональной составл ющей подключены к соответствующим входам первого двоичного умножител , выходы второго суммирующего счетчика и счетчик второй ортогональной составл ющей подключены к соответствующим входам второго двоичного умножител , выходы первого вычитающего и третьего суммирующего счетчиков подключены к соответствующим входам третьего двоичного умножител , выходы второго вычитающего и четвертого суммиру}ощего счетчиков подключены к соответствующим входам четвертого двоичного умножител , выход третьего делител  соединен с входом первого триггера, первый выход которого соединен с первыми yпpaвл юш ми входами первого второго, третьего и четвертого переключателей , вторые уп1равл ющие входы которых соединены с вторым входом первого триггера и с управл ющими входами шифратора и первого второго и третьего ключей, вь1ходы первого и второго двоичных умножителей соединены с соответствующими « входами второго триггера, выход kotoporo соединен суправл ющим входом четвертого ключа, выходы третьего и четвертого двоичных умножителей соединены с соответствующими входами третьего триггера, выход которого соединен с управл ющим входом п того ключа, выход первой схемы сравнени  соединен с управл ющим входом седьмого ключа и через инвертор с управл ющим входом шестого ключа. ,

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит датчик 1 направлени  и скорости ветра, фазометр 2, синусный функциональный преобразователь (СФП) 3, косинусный функциональный преобразователь (КФП) 4, делители 5-8, стартстопный генератор 9, счетчики 10 и 11 ортогональных составл ющих, суммирующие счетчики 12 - 15, вычитающие счетчики 16 и 17, счетчики 18 и 19 фазы, счетчик 20 аргумента, схемы 21 к 22 сравнени  , двоичные умножители 23 26 , триггеры 27 -29, инвертор 30, переключатели 31 - 34, содержащие элементы И 35 - 42, и элементы ИЛИ 4-3 - 46, шифратор 47, ключи 48 54 .

Устройство работает в двух режимах . Первый режим - осреднение ортогональных составл ющих вектора ветра в течение периода осреднени  Т . По окончании периода осреднени  начинаетс  второй режим работы устройства - преобразование полученных ортогональных составл ющих вектора де.тра в пол рные координаты, т.е. определение модул  вектора и аргумента . В основу первого режима работы положен способ, основанный на зависимости между направлением ветра и положением свободно ориентирующейс  флюгарки, скоростью потока и скоростью вращени .ветроприемника, с представлением измер емых величии в ,виде серий электрических импульсов напр жени , по которому определ ют синус и косинус фазового сдви га между сери ми основной и опорной последовательности импульсов за каждый период основной последовательности . Измеренные значени  сину совой косинусов фазовых сдвигов суммируютс  в счетчиках в течение периода осреднени , полученные значени  пр мо пропбрциональны ортогональным составл ю1дам. вектора ветра ; X и у. Этот же способ положен ив основу работы прототипа. Во втором режимов работы измен ет с  дискретно значение угла причем начинаетс  изменение дл  состав л ющей X со значени  а дл  составл ющей У - с , т.е. X А sind. f sin 90 У R cosdL A cos 0 При этом в начальный момент А х; А Y. Затем, если А. А, то прк ращение получает о/и/ при этом значение А увеличиваетс  {X Const). как только становитс  А приращение получает , и значение А увеличиваетс . И так далее, до мо мента d,, . . при этом автоматически выполн етс  условие Л А А, . где А - Модуль вектора. Рассмотрим назначение элементов устройства. .. Датчик 1 вырабатывает две импульсные последовательности с час . тотой следовани  импульсов, пропорциональной скорости ветра, сдвинуты по фазе на угол, пропорциональный направлению ветра оС. Фазометр 2 служит дл  получени  значени  фазового сдвига послелювательностей с датчика ветра к моменту окончани  каждого периода основной последовательности , т.е. цифровой фазометр 2 выдает на вход СФП 3 и на вход КФП код фазы и сигнал об, окончании изме рени  фазы один раз в каждый период основной последовательности в тече , ние периода осреднени  Tj,. СФП 3 служит дл  преобразовани  кода фазы, поступающего на еговход с выхода фазометра 2 (или с выхода счетчика 18 фазы), в число-импульсн коды синуса. КФП 4 служит дл  преобразовани  кода фазы, поступающего на его вход с выхода фазометра 2 (или с выхода счетчика 19 фазы), в число-импульсные коды косинуса, Делители 5 - 8 могут быть выполнены в виде двоичных счетчиков, емкость которых равна требуемым коэффициентам (посто нным дл  данного устройства ) делени . Счетчики 10 и 11 ортогональных составл ющих предназначены дл  хранени  ортогональных -составл ющих ; вектора ветра X и У, причем знаковглё выхрды этих счетчиков св заны с входами шифратора 47. Схекю 21 сравнени  выдает сигнал в момент равенства чиселв счетчиках 18 и 19 фазы, этот сигнал поступает на стоповый вход стартстопрого генератора 9, останавлива  его, что соответствует моменту получени  результата, Схема 22 сравнени  выдает на выходе сигнал , если число в счетчике 10 больше числа в счетчике 11, и сигнал О , если число в счетчике 10 манЁше числа в счетчике И, Двоичные умножители 23 - 26 выдают на своем выходе число импульсов, пропорциональное произведению кодов чисел, поступающих на вход каждого двоичного умножител  с выходов,счетчико& Шифратор 47 предназначен дл  учета номера квадранта. Устройство работает след пощим образом. Перед началом работы подаетс  команда Начальна  установка (шины этой команды не показаны) , По этой команде обнул ютс  все с четчикй устройства (включа  и делители, если они выполнены в виде счетчиков), кроме вьгчитающих счетчиков 16   17 и счетчиков 18 и 19 фазы, В счетчик 16 устанавливаетс  код sin 90 , в счетчик 17 - код cosО, в счетчик 18 - код 90, а в счетчик 19 - код О. Триггеры 27 - 29 устанавливаютс  в нулевое состо ние. Сн тием команды Начальна  установка запускаетс  генератор 9. С этого момента с выхода фазометра 2 поступают коды фазовых сдвигов последовательностей с датчика 1 ветра, причем эти значени  обновл ютс  к моменту окончани  каждого периода основной.последовательности импульсов с датчика 1 ветра . Сигналы с выхода фазометра 2 через переключатель 31 поступают на вход СФП 3, а через переключатель 32 - на вход КФП 4. По каждому поступающему на его вход фазовому сдай- ГУ СФП 3 формирует последовательность , соответствующую синусу фазового сдвига, а КФП 4 - косинусу фазового сдвига. Сигналы с выхода СФП 3 через делитель 5 и переключатель 33 поступают на вход счетчика 10, ас выхода КФП 4 через делитель б и переключатель 34 - на вход счет чика 11, Суммирование в счетчиках 1 и 11 продолжаетс  в течение периода осреднени  Тр, который определ етс  коэффициентом делени  делител  7. Импульс с выхода делител  7 поступает на вход триггера 27 и устанавЭто соответстливает его в вует моменту окончани  первого режима и начала второго режима работы Установка в триггера 27 запрещает прохождение сигнала через элементы И 35 и 42 и разрешает прохождение сигнала через элементы И 36 и 41, Без потери общности може прин ть, что код числа в счетчике 11 больше кода числа в счетчике 10, В этом случае на выходе схемы 22 ключ 53 зак сравнени  сигнал рыт и открыт ключ 52. Импульсы с генератора 9 через ключ 54 поступаю на вход делител  8, с выхода которого через ключ 52 и переключатель 31 поступают на вход СФП 3, В СФП 3 в начале второго режима работы записываетс  код 90 по цепи Б, поэто му при поступлении импульсов на его вход СФП 3 на первый импульс входа сформирует на выходе код д I sin 91- sin , на второй Ли . ) sin sin , на третий A, sin 92 I и т.д. Импуль сы с выхода ключа 52 поступают также на вычитающий вход счетчика 18 фазы уменьша последовательно на единицу начальную установку этого счетчика., ранную 90 , Таким образом., устанавливаетс  соответствие между углом в счетчике 18 и синусом этого угла в вычитающем счетчике 16. После первого импульса с выхода делител  8 в рчетчике 18 остаетс  код 1 89, в счетчике 16 (импульсы с выхода СФП 3 через ключ 48) остаетс  код начальна  установка счетчика 16 равна sin 90) sin 90 - Д sin 90°- ) sin sin 90«1, а так как | sin 91°- sin 90 sin 90°sin , то sin 90«-|sin 91 sin sin jsin sin 8SP sin 89, После второго импульса с выхода делител  8 в счетчике 18 остаетс  код l 88, в счетчике 16 остаетс  код sin 88, и т.д. Итак, после каждого импульса на йходе СФП 3 на вход вычитающего счетчика 16 поступают соотв.етствующие импульсные приращени . Эти же импульсы поступают на вход счетчика 12. Если при поступлении нескольких импульсов на вход счетчика 12 на выходе двоичного умножител  23 по витс  импульс, то этим импульсом триггер 28 будет установлен в Ч дава  разрешение на прохождение импульсов с выхода генератора 9 через ключ 50 на вход суммирующего счетчика 14 и через переключатель 33 на суммирующий вход счетчика 10. Заполнение импульсами счетчика 14 продолжаетс  до по влени  импульса на выходе двоичного умножител  24, который устанавливает триггер 28 в О, тем самым запрещаетс  прохождение импульсов генератора 9 через ключ 50, Описанный выше процесс идет до тех пор, пока число в счетчике 10 не станет больше числа в счетчике 11, В этом случае схема 22 сравнени  формирует на выходе сигнал , прохождение импульсов с выхода делител  8 через ключ 52 запрещаетс , а через ключ 53 разрешаетс  , Импульсы с выхода элемента И 53 поступают на суммирующий вход счетчика 19 фазы, в счетчик 20, а также на вход КФП 4. По каждому импульсу на входе КФП 4 с его выхода формируетс  код приращени  косинуса, т,е, при поступлении первого импульса с выхода КПФ 4 поступает код Aif cos l, второго - Л 2. А) cos 2 cos р - cos 2, третьего - Д Ag - ,3 cos cos 3. Таким 9бразом7 устанавливаетс  соответствие между кодом угла в счетчике 19 и кодом косинуса в счетчике 17, на вход которого импульсы поступают с выхода КФП 4 через ключ 49. Функционирование схемы при поступлении импульсов с выхода .ключа 53 протекает аналогично описанному выше функционированию схемы при поступлении импульсов с выхода ключа 52, при этом счетчик 17 функционирует аналогично счетчику 16; 15 аналогично 14; 13 - аналогично 12; 11 - аналогично 10, триггер 29 и ключ 51 - аналогично триггеру 28 и ключу 50. Отличием  вл етс  только то, что импульсы в счетчике 19 суммируютс , а не вычитаютс , как в счетчике 18. Если число в счетчике 11 станет больше числа в счетчике 10, на выходе схемы сравнени  28 формируетс  сигнал О , запрещаетс  прохождение импульсов через элемент И 53 и разрешаетс  прохождение импульсов через элемент И 52, Так продолжаетс  до тех пор, пока число в счетчике 18 не станет равно числу в счетчике 19. В момент равенства схема 21 сравнени  формирует на выходе сигнал, поступающий на стоповый вход генератора 9 и останавливающий его. Измерение закончено. Направление ветра зафиксировано в счетчике 20, а осредненна  скорость в счетчике 11 (или 10, так как числа в этих счетчиках одинаковы).

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР по за вке 2966943/18-24,

кл. G 06 G 7/22, 01.08.80.

2.Авторское свидетельство СССР № 614382, кл. G 01 Р 5/06, 1978

5 ( прототип).