Стенд для определения математической модели навигационных датчиков

342198 Союа СоввтскикоциалистическикРеспублик ЗОБ РЕТАВТОРСКОМУ С ависимое от авт. свидетель аявлено 17.Ч 11.1970 ( 1 М, Кл. б 061 1/О присоединением заявкиПриоритет Комитет по делам иаобрвтений и открытий при Совета Министров СССРУДК 681.340:519.2 (088.8) Опубликован 1.1972. та опубликования опис вторь, Н. Горохов, А. Н. Глотов, А, Н, Дмитриев, П. А, ЕфимоК. В. Железный, И, Н. Крылов, Х. Ш. Липин, А. Н. Резник Ю. Б. Садомов, В. В, Солодовникова и О, А, Тришкин генияга СКОЙ МОДЕЛ ИВ ПРЕДЕЛЕНИЯ МАТЕМАТ АВИГАЦИОННЫХ ДАТЧИ СТЕ стотных наниструктурнаяошибок е(1)Определен(и мпульсноиной - и (з)зируется наго у(1) сигиным парамнавигационнвыраженияставить в ви Это по качества На фиг для опреодное овател Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники,Известны стенды для определения математической модели навигационных датчиков, содержащие ЦВМ с подключенным к ней хронизатором, преобразователями, код - частота, код в напряжен, сигнал в к и преобразователем напряжение в к, ко входу которого подключены последовательно соединенные формирующий блок и генератор белого шума.Однако эти устройства обладают низкой точностью измерения.Предложенное устройство отличается тем, что оно содержит блок статистического анализа с коррелятором и узлами определения математического ожидания, дисперсии и закона распределения, входы которых соединены с выходом подключенного к ЦВМ преобразователя код - напряжение. Причем вход испытуемого навигационного датчика соединен с выходом преобразователя код - частота и со входом преобразователя частота - код, а его выход через преобразователь сигнал в к подключен к одному из входов ЦВМ олило улучшить эксплуатационные повысить точность стенда, 1 приведена блок-схема стенда ления математической модели чагационных датчиков; на фиг. 2 - схема статистического анализа и е(1).ие динамических хар актеристикпереходной в Й(1), передаточфункций и запаздывания - т базнании входного х(1) и выходноалов. Учитывая, что информативетром рассматриваемого класса ых датчиков является частота, для этих сигналов можно предх- вхд =1"выхДля формирования входного воздействияслужат генератор белого шума 1, формирующий блок 2, содержащий, например, формирующий фильтр и набор нелинейностей, 20 реализованные на базе решающих блокованалоговой вычислительной машины АВМ, преобразователь напряжение - код 3, цифровая вычислительная машина (ЦВМ) 4.С помощью генератора 1 и формирующего 25 блока 2 можно формировать входное воздействие в виде случайного процесса с любой автокорреляционной функцией и любым законом распределения.ЦВМ 4 выдает это вх воздействие в 30 коде Рвхй(1), а преобраз ь код в частота б преобразует его входной сигнал Рвх, задаваемый в диапазоне рабочих частот датчика, Дискретность выдачи Рвхй(1) определяется хронизатором 6.Для устранения влияния ошибок преобра зователя код в часто б сигнал Рвх(1) на его выходе измеряется высокочастотным электронным преобразователем частота - код 7, Результат измерения Рвх извд(1) используется непосредственно для вычислений динамиче ских характеристик навигационного датчика 8, сигналов ошибок в вычислении динамических характеристик е(1) и ошибок датчика 8 - е(1).Величина е(1) характеризует точность 15 определения динамической модели, а в(1) - точность навигационного датчика.Преобразование выходного сигнала датчика 8 Рввдх(1), несущего информацию о частоте входного сигнала, осуществляется с по мощью преобразователя сигнал - код .9.В зависимости от типа выходного сигнала (напряжение, частота или код) преобразователь 9 реализует ту или иную формулу преобразования (напряжение - код, частота - код или код в к), представляя в кодезначения Рвых измНа основании измеренныхзначений Рвхизм(д) и Рвыхддзм в ЦВМ 4 с помощью специального алгоритма вычисляются Й(1), э(з), т, в(1) и е.Вычисление й (1), в (з) и т ведется с использованием методов, основанных на ортогональных разложениях. 35Использование ортогональных разложений позволяет представить в аналогически удобном виде входные и выходные сигналы Рвх изод(1) И Рв,дх,зм ИССЛЕДУЕМОГО ОбЪЕК- та, а также его динамические характеристи О ки во временной и частотной областях без решения характеристических уравнений в результате проведения достаточно простых вычислений.Основные положения алгоритма, позволяю щего вычислять Й(1), ж(з) и т следующие.Импульсная переходная функция определяется в видеИ) - фдЯЕд е:о где д; - искомые коэффициенты;Е;(1) - ортогональные функции Лягерра;и - число членов разложения;1, - масштабный коэффициент.Тогда передаточная функция может бытьпредставлена в видеЫ8+2иалз" ++ аз 33 д(д х)6 Лггц+ +Ьо ид 1 дд:о 65Й - коэффициент сходимости;а, а, 6 т, Ьт - соответственно коэффициенты дробно-рационального представления ад(з) без учета и с учетом запаздывания навигационного датчика. где о, Рд - Одго .ДО= -Д 1 0 10 нг - оо,г - 2 гдд 1 д р з - д,ого - Згд дг - 3 гг 1 д3 и т. д.,где гдо, =1 Рвых,изм(1)Е йоР Р ейо ТогдаКо=ао/дд =О 0 О - ад; дз - а, - 2/га, + - Йд-аг;1 3, 1- Зьа, + /г а, -- Йз а,2 3 и т. д.Связь между ааи т при использовании метода итераций и соотношений (11) представляется в виде вдд:огде т=тодЬ; и у=О, 1, 2 и.Коэффициенты а, и Ь; выражаются через д;в зависимости от и и т, Например, при и=б,= - й; 6, =1; 2 Коэффициенты д; могут быть вычислены через моменты входных и выходных сигналов т 1; и дд; и моменты а; переходной функции:При таком методе вычислений и при ограничении 3 - 5 числами разложения точность определения Й(1), ы(з) и т составляет 1,0+ +Зо 1 о, в то время как с помощью известных приборов точность не превышает 20 - 50 о 1 о, Необходимая точность вспомогательных вычислений в ЦВМ 4 (например, интегрирование дифференциальных уравнений) и преобразователей 7 и 9 составляет приблизительно 0,1+0,3 о/о, что достаточно просто реализуется с помощью существующих ЦВМ и преобразователей.Выходной сигнал динамической модели у(1) датчика вычисляется в ЦВМ 4 в видеФ) = Хауй), (Ч):огде у;(1) - выходные сигналы динамическихподмоделей, вычисляемые в соответствии со следующими дифференциальными уравнениями:йу, х у2й2 у= у.- -- (у.+ у -)2Ошибка в вычислении динамических характеристик - в определяется в ЦВМ 4 как разность сигналов у(Ц и Р.зм(4. Ошибкадатчика в(1) также вычисляется в ЦВМ 4как результат сравнения сигналов Рв,взм(1)и Рвых.изм(1). Механизация среднеквадратного значения в(1) автоматически осуществляется в ЦВМ 4 за счет структурных вариацийалгоритма, соответствующих различным значениям Й и и (и изменяется в пределах 0 - 7,а Й - в пределах, характеризующих практический частотный диапазон работы испытуемого датчика 8),Сигналы е(1) и в(1) выхода ЦВМ 4 черезпреобразователь код в напряжен 10 подаются на блок статистического анализа П, гдеопределяются математическое ожидание, дисперсия, корреляционная функция и законраспределения исследуемых сигналов.Блок 11 реализован на базе решающихблоков АВМ. Математические ожидания идисперсии сигналов е(1) и е(1) вычисляютсяобычным образом с помощью узлов 12 и 18,входящих в состав блока 11 (фиг. 2). Вычисление корреляционных функций Р (1) основано также на применении ортогональныхразложений, где в качестве базисных используются экспоненциальные функции:Р(-) =-С,Е,(г),с=огде С; - искомые коэффициенты.Корреляционная функция вычисляется вдва этапа (фиг. 2).Сначала, в моменты прохождения исследуемого сигнала, в корреляторе 14 определяются коэффициенты разложения С;. Затем со входа цепочки звеньев - операторов ортогональных экспоненциальных функций исследуемый сигнал отключается и подается сигнал Ьфункции. Реакции этих звеньев на сигнал о-функции с весами, пропорциональными С суммируются на операционном усилителе (Х), на выходе которого формируется электрический сигнал, пропорциональный корреляционной функции Л(т),Законы распределения сигналов в(1) и е(1) определяются узлом 15, входящим в состав блока 11. Узел 15 содержит число каналов, равное числу интервалов, на которые разбивается исследуемый процесс. В результате работы узла 15 определяются вероятности попадания случайных величин в указанные интервалы разбиения.Каждый клапан узла 15 содержит амплитудный анализатор, схему антисовпадений и интегратор (на фиг. 2 не показаны). Два первых звена фиксируют факт нахождения сигнала в определенном интервале значений. Интегратор фиксирует время пребывания сигнала в этом интервале.Показания, считанные с интеграторов, дают ординаты функции распределения (плотности распределения вероятностей).При оперативном определении математической модели навигационного датчика стенд р а ботает следующим о бр аз ом. 35 40 45 50 55 60 65 5 10 15 20 25 зс Сигналы с генератора белого шума 1 через формирующий блок 2 и преобразователь напряжение - код 3 поступают в ЦВМ 4. Частота опроса преобразователя 8 задается хронизатором б, С этой же частотой ЦВМ 4 выдает в коде значения Рд(1), лежащие в рабочем диапазоне навигационного датчика 8, которые поступают на преобразователь код - частота 5. С выхода преобразователя 5 сигнал Р.(1) поступает на навигационный датчик 8. Преобразователи 7 и 9 синхронно подключают ЦВМ 4 ко входу и выходу датчика 8, измеряя сигналы Р(1) и Рвв.(1). Измеренные значения Рв взм(1) и Рвм,взм передаются в ЦВМ 4, которая производит вычисление коэффициентов Ьв а, Ьт, а также сигналов е(1) и е(1). С помощью вычисленных коэффициентов получаются аналитические выражения для Й (1), ю(з) и численное значение т. Сигналы е(1) и в(1) из ЦВМ 4 через преобразователь код - напряжение 10 поступают в блок статистического анализа 11 с дискретностью, задаваемой хронизатором б и равной дискретности выдачи значений Рвх(1). В блоке статистического анализа 11 производятся вычисления математического ожидания (узел 12), дисперсии (узел 18), корреляционных функций (коррелятор 14) и законов распределения (узел 15). Результаты вычислений в бло342198 Составитель А. Масловедактор Л. Утехина Техред Л. Богданова Корректор Е, Зим Заказ 2001/14 Изд.836 Тираж 406 ПодписноЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССМссква, Ж.35, Раушская наб., д, 4/5 пография, пр. Сапунова,ке П представляются в числовом и графическом виде. Предмет изобретенияСтенд для определения математической модели навигационных датчиков, содержащий ЦВМ с подключенными к ней хронизатором, преобразователями код - частота, код - напряжение, сигнал в к, частота в к и преобразователем напряжение в к, ко входу которого подключены последовательно соединенные формирующий блок и генератор белого шума, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных качеств и повышения точности, он содержит блок статистического анализа с коррелятором и узлами определения математического ожидания, дис персии и закона распределения, входы которых соединены с выходом подключенного к ЦВМ преобразователя код - напряжение, причем вход испытуемого навигационного датчика соединен с выходом преобразователя 10 код в часто и со входом преобразователячастота в к, а его выход через преобразователь сигнал - код подключен к одному из входов ЦВМ.