Цифровой анализатор гармоник

О П И С А Н И Е 2326 ООИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Совесика Социалистические РесоуоликЗависимое от авт, свидетельстваЗаявлено 22.Х 11.1966 ( 1121627126-24) Кл. 4 с присоединением заявкиМПК Ст риоритет Комитет ло делам зобретений и открытипубликовано 11,Х 11.1968. Бюллетень1за 1969 г. ри Совете Министро СССРта опубликования описания 9.1,196 Авторыизобретения. И. Заявитель Белорусский государственный университет им. В. И. Лени Й АНАЛИЗАТОР ГАРМОН ЦИф устройство 17 сой 19 анализалужит для нао процесса,у стройство 20ержит таблицуВ регстрс Йармоники,Л послсдовадвоичном кодс запоминающее тром 18 и схс имого ячейки с ат исследуемог запоминающее истром 21 сод ской функции.вычисляемой г ое устройство работающее в Оперативное адресным регис на нуль содерж копления ордин 25 Постоянное с адресным рег тригонометриче хранится номер Ариф мети чес ЗО тельного типа, Известны цифровые анализаторы гармоник, содержащие электропневматический цифровой индикатор, устройство измерения периода вращения вала, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, арифметическое устройство, устройство вывода и. устройство управления.Предлагаемый анализатор отличается тем, что в нем выход схемы измерения угла поворота вала электропневматического цифрового индикатора соединен с адресным регистром оперативного запоминающего устройства, а выход схемы измерения давления электропневматического цифрового индикатора связан с арифметическим устройством, другие входы которого подключены к выходам схемы считывания оперативного запоминающего устройства, выход арифметического устройства соединен со схемой записи оперативного запоминающего устройства.Это позволяет повысить быстродействие анализатора.На чертеже приведена схема предлагаемого анализатора.Анализатор содержит электропневматический цифровой индикатор с мембраниымдатчиком 1, одна полость которого сообщается с цилиндром установки, а в другую подводится давление из измерительной пневмосистемы; формирователь 2 электрического сигнала с Ъй.тий и А. К. Якушев датчика; поршневый манометр 3 измерительной пневмосистсмы, перемещающий линейку 1 с рядом равноотстоящих отверстий; считывающую фотоголовку 6 линсик асажвае мый на вал поршневой установки диск 6 сосчитывающими фотоголовками 7 и 8; схему 9 синхронизации входных сигналов; триггсрный счетчик 10 импульсов, поступающих с линейки, и группу вентилей 11; счетчик 12 импуль- О сов с диска, вентиль И, триггер 14 и группувентлсЙ 1. По окружностдска расположены отверстия (зетк) с равным шагом. Кроме того, а дскс имеется ещс одно отвсрстие (маркер) для заданя начала отсчета угла по ворота.Устройство 16 измерения периода вращснявала подсчитывает импульсы генератора стабильной частоты, прошедшие между двумя последовательныпотсчетами маркеров.О5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 реализует алгоритм вычисления коэффициентов Фурье в соответствии с формулой Бесселя:Ар - 12сов 2= - , Уг, ЙВ, р, 81 п р где Аи В - косинусный и синусный коэффициенты гармоники с номером й (1 г = О, 1, 2,,);р - число записанных в оперативном запоминающем устройстве ординат индикаторной диаграммы;дг - значение орди индикатор.ной диаграммыг=О, 1, 2, , (р - 1).Устройство 24 вывода результатов на печать включает схему перевода двоичного кода в двоично-десятичный и электроуправляемую пе. чатающую машину.Устройство управления 25 задает последовательность работьг всех устройств анализатора в соответствии с заложенной в нем постоянной программой.Гармонический анализ проводится в два этапа: сначала в оперативное запоминающее устройство вводят с помощью электропневматического цифрового индикатора индикаторную диаграмму, а затем вычисляются коэффициенты А, АВА А, В, Чтобы ввести индикаторную диаграмму, недостаточно просто преобразовать значения угла поворота и давления в цифровой код. Затруднение заключается в том, что индикаторная диаграмма, снятая электропневматичсским методом, состоит из точек, число которых зависит от времени записи диаграммы, в то время как для вычислений необходимо иметь фиксированное число ординат, Кроме того, отдельные точки являются в некоторой мере случайными, поэтому необходимо произвести усреднение, Обе эти задачи решаются в анализаторе следующим образом. При вводе индикаторной диаграммы импульсы, считанные фотоголовкой 5 с липецки 4, которая медленно перемещается вследствие того, что давление в пневмосистеме непрерывно меняется, через схему синхронизации 9 поступают на вход счетчика 10, Число импульсов, зафиксированное в этом счетчике, в любой момент пропорционально давлению в пневмосистеме, Импульс маркера, считанный фотоголовкой 8 с диска б через схему 9, устанавливает в 1 триггер 14, который открывает вентиль 13, позволяя прохождение на счетчик 12 импульсов меток, считанных фотоголовкой 7 с диска. В момент, когда давление газов в цилиндре становится равным давлению в пневмосистемс, формирователь 2 вырабатывает сигнал, по которому производятся следующие операции: триггер 14 устанавливается в О, прекращая прохождение импульсов меток на счетчик 12 до следующего маркера, содержимое счетчика 12 переписывается через группу вентилей 15 в адресный регистр 8 оперяи ивного запоминающего устройства, сбрасывается счетчик 12. По этому же импульсу содержимое счетчика 10 через группу вентилей 11 переписывается в арифметическое устройство 23. Так как точки индикаторной диаграммы имеют некоторый разброс, и для записи по одному и тому же адресу оперативного запоминающего устройства могут поступить в разное время несколько отличающихся ординат, производится усреднение в соответствии с выражениемУс+ Ус,Ус= "+Ус2+ у2 2где ус ус - ординаты индикаторной диаграммы, последовательно поступающие для записи по г-ому адресу оперативного запоминающего устройства в разных циклах. Поэтому поступившая в арифметическое устройство со счетчика 10 ордината суммируется с величиной, выбранной из ячейки оперативного запоминающего устройства, адрес которой установлен в регистре 18. Полученная сумма делится ня 2 и записывается по тому же адресу, Для последующих ординат процесс повторяется. В окончательной сумме более поздние ординаты имеют больший вес. Если в арифметическое устройство со счетчика 10 поступила ордината и выбрался адрес ячейки оперативного запоминающего устройства, по которому еще не производилась запись, то в делении на 2 нет необходимости. Так,как перед началом ввода в счетчике 10 устанавливается некоторое малое число, то все снимаемые с него ординаты не равны нулю, поэтому признаком того, что обращение к данному адресу происходит в первый раз, служит равенство нулю содержимого выбранной ячейки. Схема анализа на нуль вырабатывает в этом случае сигнал, который запрещает в арифметическом устройстве деление на 2, Естественно, что полученный при вычислении коэффициент А, должен быть уменьшен на величину, пропорциональную числу, установленному перед началом вво. да в счетчике 10. Так как число ячеек оперативного запоминающего устройства равно числу отверстий в диске б и каждому отверстию соответствует определенный адрес оперативного запоминающего устройства, то при любом времени записи индикаторной диаграммы в оперативном запоминающем устройстве будет получено фиксированное число ординат, равное объему оперативного запоминающего устройства. При этом время снятия индикаторной диаграммы должно быть достаточно велико, чтобы на пологих участках диаграммы запись производилась без пропусков во все ячейки оперативно. го запоминающего устройства,Для упрощения анализатора ветви индикаторной диаграммы снимаются раздельно. Зто достигается тем, что за один цикл формирователь 2 вырабатывает только один сигнал - либо по Зязыкяни 0 контакта ятчикя 1, либо по его размыканию.По окончании ввода диаграммы вычисляются коэффициенты, Вычислс)ше каждого коэффициента разбивается на шаги. В шдгс осущс ствляются следующие операции: выборка из оперативного запоминающего устройства -ой ординаты, выборка из постоянного запоминд 0- щс го устройства соответствующего значения тр)гонОмстриеской функции, псремно)сенце 10 этих величин в арифметическом устройстве, прибавление получепного произведения к сум.е предыдущих произведений, переход на следующий шаг, После Р таких шагов окончательная сумма сдвигается на несколько разрядов 15 В сторон) младших (это эквивалентно;множс 2нию суммы на коэффициент ) и передается на устройство 24 вывода результатов на20печ;ть.В постоянном запоминающем устройстве записаны значения синуса, за анного с шагом по2-,.углу, равным - , в пределах полупериодаР 25 от 0 до 180, Таким образом, объем постоянного запоминающего устройства равен - ячсй 2,кам. Если в качестве адреса постоянного запомипающего устройства выбрать номер шага З 0 по аргументу синуса, то прц вычислении коэффициента гармоники с номером Й необходимо изменять состояние рсг)стра 21 на а единиц после каждого -го шага вычислений, сля этого к тесущеу зндчени 0 адреса В регистре 21 прибавляют содержимое регистра 22.Г 10(,зс зыпсгсния кяж;)Оц пары коффпциснтов В регистр 22;Оодилястся 1. Тдк кдк рсгист 1)1 :)ссцгдп хрянспис -- с;пппп, 402я зя Вр) Вьисгсиця коэф(1 Пписп гя пя НОГО пост) пи,зля смм 1 ировния /11 с пнпп 0 21, р 3 п)опзо;с с)рспогп)снис 1)сгист 1 1, 1(,ждос пер(полнснис испол змстс);ля опрс СЛСНИЯ ПО.сПСРЦОЯ, В КОТОРО НЯХОД)ТСЯ ВЫ- бцрасмос зпачснис снуса, а значит и для пределеПРИ его знака. Вес зндчсшя синуса рсдстявлсны В постояннсг) зяпомипа;ощсм ,сгройстВс В по.зо(те,зьт 0 (1)орс. При Вы числ( ции ипусных коэффиписптов начальное состояццс регистра 21 нулсвос, а при вычислснци косинусных коэффициентов в регистре 21 уста:двги)ястс адрес, соответствующий угл 90.-1 исло коэффициентов, которое можно полук) ь с помощью цифрового гармонического анализатора, определяется допустимой пог сш:ястык вы ислсния гармонических составляющих ыясших порядков по формлам БссАнализатор пригоден для гармонического анализа непрерывных периодических процессов, имеющих отсчет начала и конца периода, в том числе и для анализа крутильных колебаниц валопроводов двигательных установок. В этом случае исследуемая кривая вводится в оперативное запоминающее устройство с помощью преобразователя непрерывной величи ы в цифровой код, а диск или любой другой генератор меток играет роль развертки период).1(роме вычисленных коэффициентов на печать выводятся значения периода вращения Вяля. д тяк)ке, В слмчдс необходимости, Ординаты кривой давления из оперативного запоминающего устройства. 1 роме того, в анализаторе предулотрсн ручной ввод отдельных Ордият по задаваемому адресу.Время вычисления и печати одного коэффициента нс превышает нескольких секунд. Пред м ст изобретенияЦифровой анализатор гармоник, содержащий электропневматичсский цифровой индикатор, устройство измсргния периода вращения валя, оперативное зяпопнаощсс устройство, постоянное запоминающее устройство, арифметическоес 1 ст,)Ойство, ) строство выводя устройс:гво управлс:ия, от.) ао)сс, тем, :то,с целью повышсния быстродействия анализатора, В нем Выход схемы измсрсния угля ГОВОрот; Рдла элсктропнсвматичсского цифрог( О цнд)каторд сосдинс)з с адресным регистром оперативного запоминающего устройствд, с Вь ход схсы пзсрсппя дя Вл ения элсктроп)сзят:еского и;фрового цндияторя связан с дрифсти 1 ссс 1, стросгво, др Гс ПХ(;Д КОТОРОГО ПОДСЮЧЕНЫ К ВЬХОДЯМ СХСМЫ с:птывдппя опсрдтивного запомина:ощсго устройствд, Выход арифметического устройства сосдинсн со схемой записи оперативного запоминающегостройства.Типогр и р. Сап у нова, 2 Заказ 432ЦНИИПИ Тираж 427 Подписное итета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Центр, пр. Серова, д. 4