Аналоговый вычислитель статистических моментов

ОП ИСАНИ ИЗОБРЕТЕН И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ Союз Соеетс алистическиРеспублик Зависимое от авт. свидетельства-Заявлено 06.1 Ч.1970 ( 1419700/18-24) МПК б 061 15 присоединением заявки-Комитет по делам изобретений и открыт при Совете Миннстро СССР. И, Гурин, Б. В. Козловский, Б. П. Марков и Е, Ф, Пуза Авторы зобретени аявитель АНАЛОГОВЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ СТАТИСТИЧЕСКИХ МОМЕНТОВ бныи усилимножения 4, томатический 1Предлагаемое устройство относится к области определения комплексных математических характеристик и может быть использовано для широкого круга задач исследования иестационарных случайных процессов.Известны аналоговые устройства для вычисления экспоненциально-взвешенных статических моментов, состоящие из масштабного усилителя, блоков умножения и апериодических усредняющих усилителей. Устройства такого типа эффективны при исследовании стационарных случайных процессов. Однако изза ограниченности динамического диапазона, определяемой главным образом точностью выполнения аналоговой операции умножения (квадрирования), эти устройства мало пригодны для исследования нестационарных случайных процессов. Действительно, если оценить точность операции.Умножения в 1% от шкалы, то динамический диапазон входного сигнала при вычислении момента второго порядка (дисперсии) ограничен до 20 дб, а при вычислении момента четвертого порядка динамический диапазон сужается до 10 дб (до 3 раз).Поэтому при исследовании нестационарных случайных процессов возникает задача расширения динамического диапазона путем поддержания определенного уровня сигнала на входах блоков умножения (квадрироваиия). В предлагаемом устройстве поддержаниеопределенного уровня сигнала на входах нелинейных блоков реализуется с помощью дискретного автоматического регулятора мас штабов (АРМ).АРМ через заданный интервал временипроизводит оценку значения усредненного квадрата сигнала и при выходе этого значения за установленные границы дискретно из О меняет коэффициент усиления масштабногоусилителя, Фактический коэффициент усиления, при котором производилось вычисление моментов на последнем временном интервале, фиксируется одновременно с вычисленны 15 ми моментами.Предлагаемое устройство включает в себясхему исключения переходных процессов на выходах апериодических усредняющих усилителей, вызванных скачкообразным изменением 20 сигналов на их входах при коммутации коэффициента усиления. Наличие этой схемы существенно повышает точность и быстродействие устройства,На фиг. 1 и 2 приведены соответственноблок-схема и упрощенная функциональная схема вычислителя момента второго порядка и основного контура устройства.Устройство содержит масштатель 1, квадраторы 2, 8, блок у30 усредняющие усилители 5 - 8, аврегулятор масштаба 9, схему сравнения 10, реверсивный шаговый искатель 11, индикатор масштаба 12, блок исключения переходного процесса 13, усилитель 14, диоды 15, 1 б, лампы 17, 18, поляризованное реле 19 и реле 20 - 25.Выход масштабного усилителя 1 подключен ко входам усредняющего усилителя 5, квадратора 2 и блока умножения 4. Выход квадратора 2 подключен ко входам усредняющего усилителя б и квадратора 3, а также ко второму входу блока умножения 4. Выход усредняющего усилителя б соединен с двухпороговой схемой сравнения 10, выполненной на операционном усилителе 14, выход которого через диоды 15, 1 б и неоновые лампы 7, 18 поступает на обмотки поляризованного реле 19. Реле 19 через реле 20 и 21 коммутирует обмотки реверсивного шагового искателя (РШИ) 11. На ламели одного поля РШИ выведены сопротивления обратной связи масштабного усилителя, на ламели другого - сопротивления индикатора масштаба 12, а ламелями третьего соединены по циклической схеме три реле 21, 23 и 24 блока исключения переходного процесса 13. Помимо реле блок исключения переходного процесса включает в себя для каждого усредняющего усилителя делитель напряжения, состоящий из трех сопротивлений, и три конденсатора.Работает устройство следующим образом.Сигнал с выхода усилителя 1 после квадрирования на квадраторе 2 и усреднения на усилителе б в виде дисперсии у поступает на нормально замкнутый контакт реле 25. Реле 25 срабатывает через заданные интервалы времени от внешнего импульса управления У и подключает сигнал у вместе с опорнымьнапряжением У,на вход схемы сравнения. При значениях у, лежащих в заданных пределах, модуль напряжения на выходе усилителяУ,р ( У где У, - потенциал зажигания неоновых ламп, Есла же у переходит верхний или нижний порог, то зажигается неоновая лампа 17 или 18, и последовательно срабатывают реле 19, 20 и 21 и РШИ 11. Причем после снятия С РШИ делает шаг в таком направлении, при котором в случае превышения у верхнего порога коэффициент усиления усилителя 1 уменьшается, а в случае перехода нижнего - увеличивается, Индикатор масштаба 12 показывает значение коэффициента усиления К, при котором будет иметь место обработка сигнала на следующем временном интервале. Напряжение, пропорциональное К, выдается устройством также для записи.В момент изменения коэффициента усиления на входе усредняющего усилителя происходит скачкообразное изменение напряжения. Если не предпринимать никаких мер, то следом за этим моментом на выходе усилителя будет иметь место переходной процесс, длитсльиость которого составляет 3 в : 4 Т (где фТ - постоянная времени усреднения). Так, еслиТ=5 сек, то правильные отсчеты можно делать только через 15 - 20 сек, после переключения усиления. В противном случае отсчетыб содержат значительную методическую погрешность. Очевидно, что такое устройство будет не только не точным, но и весьма медленно действующим, так как интервал междупереключениями усиления должен быть больО ше 3,4 Т,В предлагаемом вычислителе примененаоригинальная схема исключения переходногопроцесса на выходе апериодического усредняющего усилителя при скачкообразном изме 15 пении уровня сигнала на входе в определенное число раз. К выходу каждого усредняющего усилителя подключен делитель, состоящийиз трех сопротивлений. Сопротивления подбираются так чтобы напряжения, снимаемые20 с делителя, находились в таком же отношении,как и напряжения на входе данного усилителя при изменении коэффициента усилениям асшта бного усилителя.Так, например, если при одном шаге РШИкоэффициент усиления изменяется в У 2 раз,.то напряжения, снимаемые с соседних точекделителя усредняющего усилителя для момента первого порядка, должны различаться в30У 2 раз для момента второго порядка этиэнапряжения должны отличаться в 2 раза, длямомента третьего порядка - в 2 У 2 раза идля момента четвертого порядка - в 4 раза.С помощью контактов реле 22 - 24 к трем точкам делителя подключаются три одинаковыхконденсатора, причем контактами этих релеконденсаторы, подключенные к крайним точкам делителя, другим концом подсоединяютсяк корпусу, а конденсатор, связанный со сред 40 ней точкой делителя - к сетке усилителя, Такое подключение конденсаторов имеет местопри любом включенном реле 22, 23 и 24, Последовательность включения реле такова, чтов случае увеличения коэффициента усиления40 к средней точке делителя и к сетке подключается тот конденсатор,. напряжение на котором выше, а в случае уменьшения - конденсатор, напряжение на котором ниже напряжения средней точки делителя,50 Указанная последовательность включенияреле реализуется в устройстве циклическойсхемой с помощью поля РШИ. При движенииРШИ в направлении увеличения коэффициента усиления последовательно включаются ре 55 ле 22, 23, 24, 22, При этом каждый разконденсатор с высоким напряжением подключается к средней точке делителя, со средним - к нижней точке, а с низким - к верхней точке, При движении РШИ в направле 60 нии уменьшения коэффициента усиления имеет место обратная последовательность т. е.(22, 24, 23, 22), и каждый раз конденсатор с низким напряжением подключается исредней точке, со средним - к верхней точ 65 кс, а с высоким - к нижней точке делителя.318033 Г 5В результате использования такой схемы в момент изменения коэффициента усиления напряжение на выходе усредняющего усилителя соответствует новому значению напряжения на его входе, и переходный процесс не возникает.Причем, так как постоянная времени пере- заряда конденсаторов,. подключаемых к кор пусу, значительно меньше, постоянной времени усреднения, то предлагаемая схема обладает высоким быстродействием, и интервал времени между переключениями коэффициента усиления может быть существенно мень. ше, чем постоянная времени усреднения. Пр едмет изобретения 1. Лналоговый вычислитель статистических моментов, содержащий масштабный усилитель,. подключенный выходом непосредственно ко входу усредняющего усилителя первого порядка, через квадратор - ко входу усилителя второго порядка и через первый вход блс ка умножения - к усредняющему усилителю момента третьего порядка, выход квадратора второго порядка подключен ко второму входу блока умножения и через квадратор четвербтого порядка - к усредняющему усилител 1 о момента четвертого порядка, отличающийся тем, что, с целью повышения точности вычисления, он содержит автоматический регуля тор масштаба дискретного действия, состоящий из двухпороговой схемы сравнения, вход которой подключен к выходу усредняющего усилителя момента второго порядка, а выхо соединен со входом реверсивного шагового ис О кателя, причем один выход реверсивного шагового искателя соединен со входом множительного устройства, а другой выход подключен к индикатору масштаба.2, Устройство по п. 1, отличающееся тем, 15 что с целью увеличения быстродействия, оносодержит блок исключения переходного процесса, вход которого соединен с выходом реверсивного шагового искателя, а выход подключен ко входу усредняющих усилителей.20 3. Устройство по п.п. 1, 2, отличающеесятем, что блок исключения переходного процесса содержит делитель напряжения, к двум выводам которого через поляризованное реле подключены конденсаторы, третий вывод де лителя напряжения подключен через поляризованное реле и конденсатор к выходной шине блока исключения переходного процесса.агорская типография Заказ 5817ЦИИИПИ Ко т Изд.1357о делам изобретений Москва, Ж, Ра Тираж 473 Подписноеоткрытий при Совете Ыиппстров ССС кая наб., д. 4/5