Цифровой автокоррелятор

(57) Изобрелизированнымможет быть ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Сызранский турбостроительный завод и Филиал Куйбышевского политехнического института в г. Сызрани (72) В,П, Сухинин, А.Е. Спектор, Д.П, Гришин и С.Ф. Платонов (53) 681.33(088;8)(56) Авторское свидетельство СССР Р 832560, кл. С 06 Г 15/336, 1980Авторское свидетельство СССР У 1022167, кл. С 06 Р 15/336, 1981. И АВТОКОРРЕЛЯТОР ение относится к специа цифровым устройствам и спользовано и измерительной и вычислительной аппаратуре. Применение автокоррелятора позволяет определять вид корреляционной функции, что дает возможность получать оперативную информацию о состоянии размольного механизма. В случае неизношенных валков размольного стола процесс колебания нижней прижимной рамы будет носить случайный характер, близкий к нормальному, и его корреляционная функция имеет соответствующий вид. При неравномерном износе валков, наличии выбоин, трещин в случайном процессе появляется периодическая составляющая, которая приводит к колебательной корреляционной функции соответствующего вида, что позволяет установитьЯ1287178 Факт износа мелющих органов, причемзначение параметров моделей характеризует степень износа. Автокоррелятор позволяет определять значенияоценки нормированной корреляционнойфункции, классифицировать стационарные случайные процессы и измерятьмаксимальный интервал корреляции.Цель изобретения - расширение класса решаемых задач за счет возможности определения интервала автокорреляции, а также вида аналитического выражения для оценки автокорреляционной функции, Возможностьклассификации случайных процессовдостигается за счет определения первой производной функции блоками 6 и18 и сравнением полученного значения с граничным значением в блоке7 сравнения, а также фиксацией перехода значений оценки нормированИзобретение относится к измерительной технике и предназначено дляоперативного определения корреляционных характеристик текущего стационарного случайного процесса. Применение автокоррелятора позволяет определять вид корреляционной функции,что дает возможность получать оперативную информацию о состоянии раэмольного механизма. Своевременноепрогнозирование состояния объектапозволяет учитывать текущую производительность мельницы.Цель изобретения - расширениекласса решаемых задач за счет возможности определения интервала автокорреляции, а также вида аналитического выражения для оценки автокорреляционной функции,На чертеже изображена структурная схема предлагаемого цифровогоавтокоррелятора.Автокоррелятор содержит квантователь 1, блок 2 памяти, первый блок 3умножения, второй сумматор 4, второйблок 5 умножения, первый сумматор 6,второй блок 7 сравнения, второй регистр 8, делитель 9 частоты, первыйблок 10 сравнения, генератор, 11"Старт-стоп" сигнала, генератор 12 ной корреляционной функции через нулевое значение генератором 11"Старт-стоп" сигнала. На выходе 21автокоррелятора формируется код аналитического выражения, Повышениебыстродействия при;исследованииколебательных процессов достигаетсяза счет .повторного запуска автокоррелятора, связанного с максимальныминтервалом корреляции, Для этого вблоке 10 сравнения сравниваются значения оценки нормированной корреляционной функции с пороговым значением, и результат сравнения воздействует на регистр 16, Выход сигнал поспоследнего через блок 17 элементовИЛИ производит повторный запуск автокоррелятора, Код, пропорциональный, , хранится в регистре 15и поступает на первый выход 22 автокоррелятора. 1 ил. тактовых импульсов, счетчик 13, блок14 управления, выполненный на постоянном запоминающем устройстве, первый регистр 15, третий регистр 16,блок элементов ИЛИ 17, третий блок18 умножения, информационный вход 1выход 20 текущего значения нормированной оценки автокорреляционнойфункции, выход 21 классификации про цесса по виду автокорреляционнойфункции, выход 22 оценки максимального интервала автокорреляции.Цифровой автокоррелятор работаетследующим образом.В исходном состоянии счетчик 13находится в нулевом состоянии и припоступлении на его вход сигналов отгенератора 12 он начинает заполняться, тем самым выбирая из блока 14 20 соответствующие коды, определяющиепоследовательность обработки информации и константы, участвующие вработе устройства.25Поступающая на вход 19 центрированная и нормированная реализацияслучайного процесса Х дискретизируется квантователем 1. В блок 2памяти записываются полученные дискретные значения разрядности И (одно. слово). При считывании из блока+ Ку).РРр 2 памяти на его выход. параллельно поступают два слова, каждое разрядности И, Адрес каждого слова определяется кодом, поступающим с выхода блока 14 на адресный вход блока 2 памяти, а режимы записи по одному слову и считывания по два задаются сигналами, поступающими на управляющий вход блока 2 памяти с соответствующего выхода блока 14 (сигналы разрешения записи-считывания).На одинвход блока 3 умножения поступают дискретные отсчеты а на другой - сдвинутые на вепичинуК О отсчеты20Ч = Х (тп ь т, + Кь 7) . (2) С выхода блока 3 умножения сигпоступает на сумматор 4. При изменении ш на единицу на вход сумматора поступают новые значения Ч , по ка не просмотрена вся реализация.На выходе сумматора 4 формируется значение, равноейЧ =1 Х (ш а 1 ) Х (шат +Кд),(4) 35п: 1 которое поступает на один из входов блока 5 умножения, на второйвход которого с соответствующего выхода блока 14 выдается код, равный 401/М. На выходе блока 5 умноженияпроисходит усреднение полученной информации за время просмотра однойреализации, и на выходе формируетсясигнал 45 тЧ = - -Е Х (ши ) Х (шм+ 5 М 50Затем изменяется значение К ю изаново просматривается реализацияпроцесса. Можно показать, что (5)является оценкой автокорреляционнойфункции. 55 После каждого просмотра реализации сумматор 4 обнуляется входным импульсом сброса. поступающим в этот момент с соответствующего выхода блока 4, Перед обнулением сумматора 4 импульс, поступающий на вход управления блока 5 умножения с соответствующего выхода блока 14, разрешает прием информации с выхода сумматора 4. В это время из блока 14 на вход второго сомножителя блока 5 умножения приходит код, пропорциональный 1/И, и на выходе 20 устанавливается текущее значение нормированной оценки корреляционной функции.Большой класс случайных процессов характеризуется корреляционными функциями вида РР) = ехр (-Л 1 Т 1); (6)Р (Т) = ехрт - (Ле )г 3 (7)Р (т) =ехр (-ЛГ)(сози) Т -з 3.пи) й) (8)о Уо( ь) - .ехр (- 4т) (соз сд т+Л+ эпи 11 ). (9)о Значения первой производной в нуле для моделей (6) - (9) следующие: Однако в связи с тем, что происходит дифференцирование оценок корреляционной функции, значения производных (10) -(13) отличаются от ожидаемых и находятся в пределах р(т) для моделей (11), (13) и в пределахР,р (т) для моделей (10), (12). Вначениедля конкретного процесса определяется как 1 п 1 Я. Рь 9 где Р- верхняя граничная частота спектра сигнала; Г - сколь угодно малая положительная величина, на практике принимаемая равной 0,05.В блоке 7 сравнения значение производной, полученное в блоках 6 и 18, сравнивается с сигналом, пропорциональным граничному значению У (Т), Код граничного значения Рпоступает с соответствующего выхода блока 14. Если35 5 12871 :то на выходе блока 7 сравнения Формируется логический "0". Если условие (14) не выполняется, то с выхода блока 7 сравнения поступает логическая 11 . Уровень логического "0" или "1" фиксируется в старшем разряде регистра 8.Модели (6) и (7) - монотонные, а (8) и (9) - колебательные, Если значение нормированной корреляционной 10 функции проходит через ноль, то делается заключение, что модель.колебательная.С выхода блока 5 умножения на вход генератора 11 поступает только 15 знаковый разряд нормированной корреляционной функции. Если знаковый разряд изменяет свое значение, что свидетельствует о переходе нормированной корреляционной функции через нулевое значение, то генератор 11 формирует импульс, который поступает на вход младшего разряда регистра 8 и устанавливает триггер младшего разряда. Еслинормированная 25 корреляционная функция в течение всего интервала корреляции не изменила свой знак, то триггер младшего разряда регистра 8 остается в нулевом состоянии, 30Таким образом, если код на выходе регистра 8 равен 00, то процесс относится к классу вида (7), код 01 соответствует модели (9), код 10 соответствует модели (6), код 11 соответствует модели (8). Это является основанием для классификации процесса по виду корреляционной функции.Максимальный интервал корреля ции определяется в соответствии с соотношением Рк ( к.макс 1 Е ("5)45 Где (1) - значение нормированнойкорреляционной функцииисследуемого процесса;7. - максимальный интервалк макскорреляции, наиболееполно характеризующийслучайный процесс,Текущее значение нормировайнойоценки корреляционной функции (беззнакового разряда) поступает на входпервого числа блока 10 сравнения,на вход второго числа с соответствующего выхода блока 14 подается кодуровня 1 78 6При выполнении условия Д, () - Е 0 сигнал с выхода блока 10 сравнения разрешает прием содержимого счетчика 13 в регистр 15. Этот же сигнал служит для установки регистра 16 в нулевое состояние.При выполнении условия Р(, ) - ( 0 сигнал с выхода блока 10 запрещает прием информации с выхода счетчика 13 в регистр 15. При каждом изменении знака нормированной корреляционной функции (переходе через ноль) генератор 11 вырабатывает импульс, который поступает на последовательный вход регистра 16. Для колебательного процесса сигнал с выхода регистра 16 свидетельствует об окончании цикла работы автокоррелятора. В этот момент содержимое регистра 15, которое поступает на выход 22 автокоррелятора, пропорционально 1 Формула изобретения Цифровой автокоррелятор, содержащий квантователь, блок памяти, первый блок умножения, первый блок сравнения, первый регистр, генератор тактовых импульсов и Счетчик, информационный вход квантователя является информационным входом авто- коррелятора, выход квантователя соединен с информационным входом блока памяти, выход первого регистра является выходом оценки максимального интервала автокорреляции автокоррелятора, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью расширения класса решаемых задач за счет воэможностиопределения интервала автокорреляции, а также вида аналитическоговыражения для оценки автокорреляционной функции, в него введены первый и второй сумматоры, второй итретий блоки умножения, второй блоксравнения, второй и третий регистры, генератор Старт-стоп" сигнала,делитель частоты,.блок управления,выполненный в виде постоянного запоминающего устройства, блок элементов ИЛИ, выход которого соединен свходами установки в начальное состояние счетчика, второго регистра ипервого сумматора, выход генератора тактовых импульсов соединен стактовым входом квантователя и синформационным входом делителя частоты, выход которого соединен с так1287178 Составитель Е. ЕФимоваРедактор С. Лисина Техред А.Кравчук Корректор М, Демчик Заказ 7719/53 Тираж 694 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР па делам. изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тавыми входами первого и второгоблоков умножения, первогд и второгосумматоров, с первого по третий регистров и со счетным входом счетчика, выходы разрядов которого соединены с адресным входом блока управления, с информационным входом первого регистра и с первой группойвходов блока элементов ИЛИ, втораягруппа входов которого соединена сгруппой выходов третьего регистра,первый ивторой информационные выходы блока памяти соединены соответственно с первым и вторым входамипервого блока умножения, выход которого соединен с информационнымвходом второго сумматора, выход которого соединен с первым входам второго блока умножения, второй входкоторого соединен с выходом заданияпервой константы блока управления,выход установки в начальное состаяние которого соединен с одноименным входом второго сумматора,выход второго блока умножения соединен с информационным входом первого сумматора и первым информационным входом первого блока сравнения,входом генератора "Старт-стоп" сигнала и является выходом текущего значения нормированной оценки автокорреляционной функции, вход констан ты третьего блока умножения соединен с выходом задания второй константы блока управления, выход задания третьей константы которого соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом третьего блока умножения, информационный вход которого соединен с выходом первого суммато ра, выход второго блока сравнениясоединен с входом старшего разряда второго регистра, выход генератора Старт-стоп сигнала соединен с информационным входом третьего регистра и с входом младших разрядов второго регистра, выход которого является выходом классификации процесса па виду автокорреляционной функции автокоррелятора, выход задания 20 четвертой константы блока управления соединен с вторым информационным входом первого блока сравнения, выход которого соединен с входами разрешения записи первого и третьего регистров, первый синхровыход блока управления соединен с входом разрешения работы второго блока умножения, адресный выход блока управления соединен с адресным входом блока памяти, вход разрешения записи-считывания которого соединен с вто-, рым синхровыходом блока управления.