Устройство для определения динамических характеристик

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК П 9) (11) 3(51) 6 05 В 2 /02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Пензенский политехнический институт(56) 1. Авторское свидетельство СССР М 938266, кл. 1 05 В 23/02, 1980 (прототип).2. Байков В.Д., Смолов В.Б. Аппаратурная реализация элементарных функций в ЦВМ. Л., Изд-во Ленинградского университета, 1975, с.96.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК по авт.св. М 938266, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно содержит последовательно соединенные интерполятор, подключенный первым и вторым цифровыми входами соответственно к второму выходу первого регистра и пятому выходу коммутатора, и переключатель, второй вход и выход которого подключены соответственно к выходу датчика воздействий и входу объекта, а управляющий вход к входу датчика воздействий и управля. ющему входу интерполятора.ЖИзобретение относится к автоматике, в частности к устройствам определения динамических характеристик устройств и блоков автоматических систем.По основному авт.св. Р 938266 известно устройство для определения динамических характеристик устройств и блоков автоматических систем при подаче на вход преимущественно апериодических воздействий, содержащее регистрирующий блок, датчик воздействий, последовательно соединенные блок записи и считывания и коммутатор,блок задания, вычислительный блок,первый регистр и последовательно сое диненные запоминающий блок, сдвигающий регистр, первый сумматор и второй регистр, а также последовательно соединенные третий регистр, второй сумматор, четвертый регистр, 20первый блок сдвига, первый переключатель, третий сумматор и пятый регистр последовательно соединенные второйблок сдвига и второй переключатель,выход блока задания подключен к входу датчика воздействий, третьему входу блока записи и считывания, второму входу коммутатора, первому входу первого регистра, второму входу пятого сумматора и третьему входу первого сумматора, выходом подключенного ктретьему входу второго сумматора ичетвертому входу третьего сумматора,второй выход которого соединен счетвертым входом второго сумматораи четвертым входом первого сумматора, подсоединенного пятым входом квторому входу второго регистра, апервым входом - к второму входу вто 50 55 рого сумматора и пятому входу третьего сумматора, второй вход третьегорегистра подключен к первому входу четвертого регистра, второй выход третьего регистра - к пятому входу блока записи и считывания, второй выход четвертого регистра - к шестому входу второго сумматора, втого регистра, первому входу второго З 0блока сдвига, второму входу первогоблока сдвига, второму входу четвертого регистра, первому входу третьего регистра, второму входу второгорегистра, входу вычислительного бло-ка, входу запоминающего блока, второму входу сдвигающего регистра, второму входу первого сумматора, второму входу второго сумматора, второмувходу второго переключателя, второму входу первого переключателя,второму входу третьего сумматора ипервому входу регистрирующего блока,к второму входу которого подключенпервый выход второго регистра и четвертый вход блока записи и считывания, первый выход первого регистраподсоединен к третьему входу третьерой выход первого регистра - к.шестому входу блока записи и считывания, выход вычислительного блока - к третьему входу второго регистра, первый выход четвертого регистра - к третьему входу регистрирующего блока, выход первого блока сдвига - к третьему входу второго переключателя, выход которого подключен к седьмому входу второго сумматора, выход второго блока сдвига - к третьему входу первого переключателя, первый выход пятого регистра - к второму входу второго блока сдвига и четвертому входу регистрирующего блока, второй выход пятого регистра - к шестому входу третьего сумматора, первый выход коммутатора - к пятому входу регистрирующего блока, второй выход коммутатора - к первому входу первого регистра,:вторым входом подключенного к первому входу пятого регистра, третий выход коммутатора подсоединен к третьему входу пятого регистра, а четвертый выход коммутатора - к третьему входу четвертого регистра Г 13.Однако функциональные возможности известного устройства ограничены, Выработка в датчике воздействий преимущественно апериодических воздействий не позволяет определять динамические характеристики объектов при периодических, например гармонических, воздействиях. Введение в состав датчика воздействий генератора гармонических воздействий инфраниэкой и низкой частот усложняет устройство и требует значительных аппаратурных затрат при реализации.В устройстве сначала определяют амплитудно-фазовые частотные характеристики сигналов с выхода датчика воздействий, затем по ним корректируют значения амплитудно-Фазовых характеристик объекта. Учет влияния на результаты отклонения формы реального воздействия от формы идеального повышает точность определения динамических характеристик. Устройство позволяет определять широкий набор динамических характеристик, а именно спектр по реализации процесса, спектральную плотность по корреляционной функции, корреляционную Функцию по спектральной плотности, сигнал по действительной или мнимой частям регулярно спектра и амплитудно-фазовую частотную характеристику исследуемого объекта в процессе нормальной эксплуатаций.Цель изобретения - расширение Функциональных возможностей устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения динамических характеристик до 1076876Устройство работает аналогично врежиме с преднарительной записью вблоке 3 записи и считывания сигналагармонического воздействия фиксированной частоты в течение требуемогодля испытаний числа периодон или сиг- эналов гармонического воздействия длянабора частот полной программы определения динамических характеристикобъекта 2. В укаэанном режиме кодыотдельных значений сигналов гармонических ноздействий заносятся с выхода регистра 6 в блок 3 записи исчитывания, затем с выхода этого блока через коммутатор 4 передаются навход 29 интерполятора 25. 15Предварительная запись в блок 3записи и считывания кодов сигналонноздействия произвольного вида позволяет реализовать в устройстве определение динамических характеристик 7 добъекта в широком классе сигналоввоздействия,Для определения динамических характеристик объекта 2 при апериодических воздействиях переключатель 26соединяет выход датчика 24 воздейстний с входами объекта 2 и блока 3записи и считывания.Предлагаемое устройство работаетаналогично прототипу. ЗОРегистры 7 и 8, блоки 11 и 12сдвига, переключатели 16 и 17 и сумматоры 13 и 14 образуют совмещенныйблок умножения, генерации гармони"ческих колебаний, функционального З 5преобразования и деления. В регистрах 6 и 9 накапливаются суммы нычисляемых величин, Переключатели 16 и17 н зависимости от режима работыобеспечивают необходимые соединениявыходов блоков 11 и 12 сдвига с вхо 4 Одами сумматоров 13 и 14. Перед началом вычисления произведения величинХо и Уо на значения косинуса исинуса определенного аргумента онизаносятся в регистры 7 и 8, Далее вы полняются вычисления по соотношениям(1) и (2) в последовательности, рассмотренной выше.При выполнении операции деленияделимое формируется в регистре 7,делитель У заносится в регистр 8,частное получается в регистре 9.Делимое уменьшается по тактам вычисления 1 по соотношениюХ . = Х - ,.й 2 У (3)-Р 55в котором величинаопределяется по знаку Х и служит для формирования частногоО+ "С02"6 О- Г (4)где С - константа.В качестве генератора константпри нычислении частного используется 65 сдвигающий регистр 20, содержимое которого сдвигается в каждом такте на один разряд в сторону младших разрядов, Операции деления соответствует Г=1, операции деления с умножением частного на константу - ГФ 1. Константа Г из запоминающего блока 19 перед началом деления заносится в сдвигающий регистр 20. Для вычисления величины Х , по соотношению (3) на входы сумматора 13 с выхода регистр 7 поступает величина Х, а с выхода регистра 8 через блок 12 сдвига величина 2 У,У, По величине которая сохраняется в сумматоре 13 на один такт вычисления, выполняются вычисления величин Хр+л, по сигналус выхода сумматора 14 - такт вычисления величины Е+, В регистре 9 частного в конце цикла вычислений хранится 2 =Хо/2 Г.вЧтобы испольэовать общие цепи передачи величин в регистрирующее устройство 5, после определения младшего разряда частное передается с выхода сумматора 14 в регистр 8 и затем в регистрирующее устройство 5.Определение амплитудно- и фазочастотных характеристик сопровождается выполнением операции определения модуля А и аргумента Ч вектора, В регистры 7 и 8 заносятся составляющие вектора по осям координат: в регистр 7 - величина У н регистр 8 - величина ; в регистр 10 аргумента - О. Далее вычисляются величины:У+,:= У -р 2 Х;"Е.л = Е + Е ас 2 (5)Величины У 1 вычисляются сумматором 13 по вел:лчинам с выходов регистра 7 и блока 12 сдвига, результат вновь заносится к регистр 7. Величины Х +1 вычисляются аналогичным образом, как величины У +, с помощью сумматора 14 и блока 11 сдвига, результаты фиксируются в регистре 8. Величинаопределяется по знаку величины У уи с выхода сумматора 13 передается для управления работой сумматоров 14 и 15. Вычисление величины У, выполняется с использованием регистра 10, сумматора 15 и запоминающего блока 19, в котором хранятся предварительно вычисленные константы ас 1 2 . Константы в тактах определения младших разрядов вырабатываются путем сдвига константы предшествующего такта с помощью сдвигающегося регистра ЧО, После "и тактов вычислений в регистре 8 поиеутетвует величина А : КГ т ч уо о а н регистре 10 - величинат У,/Х,.При определении амплитудно-фазовой характеристики объекта по пере 17 1 Г 76) 7 оходному процессу входное воздействиеподается с выхода задатчика 1 воздействий на вход объекта 2 и на первыйвход блока 3 записи и считывания, вкотором происходит преобразование изапоминание выборок входного воздействия. Сигнал .с выхода объекта У(Ф;)переходный процесс , вызванныйвходным воздействием, поступает навход блока 3 записи и считывания,где происходит его преобразованиеи запоминание,Цифровая информация х(,;) о выходном сигнале в момент ; через коммутатор 4 заносится в регистры 7 и 8.Для каждой выборки сигнала х(;) путем вычисления соотношений (1) в регистре 7 Формируется х(Ф;) 81 о в ,)- 1в регистре 8 - х(1)сояф 1, . Действительная Р(мр 1 и мнимая ИХ(ыр)составляющие спектра входного сигнала Ъф)1 образуются в регистрах 6и 9 вычислением сумм: 2 Рй ф (о) ) - " - ы, х(1 )зб1:02 , 2 ЙР,рх(ш ): -. х(,)соэ(61 25 где м р - частота;М в ,число выборок сигнала;со2 лрнадю р = 0,1- 1;М2время задания входо 35ного воздействия,1 р - интервал дискретизации. 30 Аргумент и 1 вырабатывается в2 УР .вычислительном блоке 18. После вычисления последнего слагаемого величины 8(ыр) и Р(ыр) заносЯтсЯв регистры 7 и 8. Потом выполняется операция определения модуля АХ(юр и аргумента х(ыр) вектора А по его составляющим Юх(ир) и Р.х(ор. В результате в регистре 8 вырабатывает 50 65 ся амплитуда Ах(ио): 1 а в РегистРе 10, - фаза (сор)= 1 - а.с 1 Эх (ир 1 /Р х (бар) спектРальной составляющей входного сигнала х(1 . Величина А х(мр) и Чх (шр 1 передаются в блок 3 записи и считывания и в регистрирующий блок 5. 55Аналогичным образом преобразуется сигнал у (Н, характеризующий реакцию объекта 2 на входное воздействие Ъ(Ф) . ОпРеДеление величин Ау(щр) и Ч(шр) происходит так же, как иопределение величин А),(юр) и Ч(юр 1в соответствии с выражениямиМ Ру(р)=- У(;)соЭ1; (9)гтр,1:0 Осии =-сс 1.РУ(цР) дляопредеЧисло выбороккорреляционной функции Р(Г;)для интервала корреляции Г и интервала дискретизации 1 о ойределяется соотношением 1. = /То. В блок 3 записи и считывания в этом режиме заносятся выбор.Число выборок сигнала у(1 времени обработки сигналаляется как М = 1 У /Фо .Для последующего выполнения операции деления величина А (и )переу р дается иэ регистра 8 в регистр 7. Момент окончания вычисления величин АУ(шр)и МУ(жр) служит сигналом выдтачи эначений А.х (шр) и Рх(шр) из блока 3 записи и считывания через коммутатор 4 в регистры 7 и б сост"ветственно. На выходе сумматора 15 формируется величина Ч(ир 1= У(мр)- -Ч(ор), характеризующая Фазочастотну- характеристику объекта 2, а в регистре 8 после выполнения операции деления - величина А (юр 1 = АУ(мр) /Ах(щр) определяющая амплитудно-частотную характеристику объекта 2. Тай как величины А,(шр) и Ах(шр) первоначально полученй увеличенными в одинаковое число К раз, после выполнения операции деления результирующая величина А (шр 1 получается без увеличения.Величины А(щр) и (вр) передаются в регистрирующий блок 5. Они также могут быть записаны в блок 3 записи и считывания для последующей обработки и воспроизведения.При ОпРеделении спектра по реализации процесса устройство работает так же,как и при определении амплитуд-. но-фаэовой характеристики объекта 2, не выполняется т лько операция определения модуля и аргумента вектора. Выборки реализации процесса у (1; за- носятся в блок 3 записи и считывания. По выражениям (8) н (9) вычисляются действительная Р У( ор)и мнимая йу(ыр)составляющие спектра, которые снимаются с выходов регистров 7 и 8 и передаются в регистрирующий блок 5 или (и) в блок 3 записи и считывания.В основе вычисления спектраль- нОЙ плОтнОсти 5(и/р)по КОРРелЯЦиОн ной функции р(6;) лежит зависимостьи 5( р)= -Р(т.)соэ 1: (1 ики корреляционной Функции к . Зна,ния ь(мР) формируются н регистре 8, Учет коэффициента 2 выполняется сднигом содержимого регистра 8 в сторону старших разрядов кода при передаче его в регистрирующий блок 5.Для определения .,корреляционной Функции Р(1 О 1 по выборкам спектральной плотности Б (щ;) на частотах ,Й;= 7 ЦЬГ используется соотношение 1 О г - гф (з )р (-5(и);совР УЬ- гл 1С 1У(3 Ы 1 СОэ 1Рь35У(1 1: --3 (1 ю;)Ф 1=оВыбоРки пРоцесса У(р с выходоврегистров 7 и 8 передаются на входырегистрирующего устройства 5,Учет коэфФициентов 2/УИ. 2/ХМ,2/7( в последних выражениях произ 1водится умножением содержимого регистров 7 и 8 на соответствующиеконстанты. Константы извлекаются иззапоминающего блока 19 и через сдвигающий регистр 20 передаются на входыуправления сумматоров 13 и 14, гдеиспользуются для Формирования резульОтирующих величин.Информация о динамических характеристиках объекта может выдаватьсяоперативно в регистрирующий блок 5или накапливаться н .блоке 3 записи 55и считывания для последующей выдачи в регистрирующий блок 5,Предлагаемое по сравнению с прототипом устройство обладает более шиО рокими Функциональными возможностями. Оно обеспечивает определение диВИИИПИ Заказ 74 б/44 Филиал ППП Патент, г,15Число выборок частоты для верхней граничной частоты в и их ин- тервала дискретизации по частоте ыо=и/ ю . По выборкам спектральной плотности В(о;1, поступающим из блока 3 записи и считывания, в регистре 8 н результате вычислений по выражению (13) получаются значения выборок корреляционной Функции й(,2 УОпределение процесса У(Ь )по действительной Рч(и,) нли мнймой Уу (1 Ф, составляЮщИм спектра выполняется аналогично рассмотренным выше операциям с использованием выражеЗО ний: намических характеристик объекта прй апериодических, гармонических сигналах воздействия и сигналах воздействия произвольного вида. Э качестне генератора сигналов гармонического воздействия используются имеющиеся структурные элементы, что позволяет расширить Функциональные воэможности устройства с небольшими дополнительными аппаратурными затратами. В устройстве реализован алгоритм вычисления динамических характеристик объекта с учетом влияния на результаты отклонения Формы реального воздействия от идеального воздействия, в качестве интерполятора без снижения точности могут быть применены простые интерполяторы нулевого и первого порядка на базе известных преобразователей цифра - аналог. Отсутствие специального генератора сигналов гармонического воздействия на объект и дополнительных средств предварительной записи кодов сигналов гармонического воздействия в блок 3 записи и считывания отличает предлагаемое устройство от известных.Предварительная запись кодов сигналов гармонического воздействия и вычисление динамических характеристик по выборкам процесса из блока 3 записи и считывания допускает значительное (до сотых-десятых долей секунды 1 время вычисления,что позволяет выполнять их в устройствах типа калькуляторов. Предварительная запись кодов сигналон гармонического воздействия для набора частот полной программы испытаний а также запись кодов значений сигналов воздействия произвольного вида расширяет Функциональные возможности устройства и соращает время определения динамичесих характеристик. Введение последнего режима обеспечивает автоматизацию определения динамических характеристик объекта с помощью предлагаемого устройства практически для любой программы сигналов воздействий на объект.Расширение объема памяти в блоке 3 записи и считынания незначительно.Из-за последовательного характера алгоритмов работы устройства в качестве элементов памяти н блоке 3 записи и считывания могут быть применены элементы памяти с последовательным доступом, например запоминающие устройства на цилиндрических магнитных доменах или сдвигающих регистрах типа микросхемы К 505 ИР 2. Дополнительные затраты памяти в последнем случае составляют несколько микросхем К 505 ИР 2 (от 1 до 4 в зависимости от разрядности и объема выборки 1.Тираж 842 Подписное ужгородв ул. Проектная,4