Анализатор функций распределения экстремумов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) Б С 06 Р 15/3 ГОСУД ГЮ Д ТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ 0 ПИСАНИЕ ИЭОЬГСтЕНИЯ ЕТЕЛЬСТВ ВТОРСНОМУ их инсти- ики из льство ССС6, 1976,.ство СССР6, 1980(7 1) Научно-исследовательсктут автоматики и электромехпри Томском институте автомванных систем управления иэлектроники(прототип),(54) (57) АНАЛИЗАТОР ФУНКЦИИ РАСЛГЕДЕЛЕНИЯ ЭКСТРЕМУМОВ, содержащий регистры, блок сравнения, аналого-цифровой преобразователь, вход которогоявляется входом анализатора, выход.аналого-цифрового преобразователяподключен к первому входу блока сравнения и информационному входу первого регистра, выход которого соединенс вторым входом блока сравнения иинформационным входом второго. регистра, запоминающий блок, первый ивторой триггеры, формирователи импульсов, первый элемент ИЛИ, первыйэлемент И, первый счетчик, счетныйвход которого подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого соединен с прямым выходом второ-го триггера, выходы блока сравненияподключены соответственно к входампервого триггера, выходы которогочерез соответствующие формирователиимпульсов соединены с соответствующимвходом первого, элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу установкирр 11 в 1 второго триггера , причем и нформационный вход запоминающего бл о" ка соединен с информационным выходом второго регистра , о т л и ч а ю " щ и й с я тем , чт о , с целью повышения точ ности , в него введены элемент И-НЕ , элементы И , третий триггер , ключ , второй элемент ИЛИ , второй счетчик , дешифратор , элемент ИЛИ-НЕ , генератор тактовых импульсов , выход которого подключен к первому входу второг о элемента И , второй вх од ко -. т ор ог о соединен с выходом запоминающего блока , выход второго элемента И подключен к счетному входу второго а счетчика , выходы которого соединены о входами деаиератора, первый выход Я которого подключен к входу элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с управляющим входом аналого-циФровогопреобразователя, первый выход дешифратора подключен к первому входу)вайа первого элемента И-НЕ, второй вход ( которого соединен с прямым выходом второго триггера, второй выход дешиф- ьййд ратора подключен к управляющему входу блока сравнения, третий выход дешифратора соединен с вторым входомпервого элемента И и первым входом, второго элемента И-НЕ, четвертый выход дешифратора подключен к первому входу третьего элемента И, пятый выход дешифратора соединен с управляющим входом первого регистра, выход второго элемента ИЛИ соединен с входом установки в "0" первого счетчика и входом установки в "1" третьего триггера, входы второго элемента ИЛИ подключены к выходу первого элемента ИЛИ и выходу первого счетчика, соеди1091176 ненного с входом установки в "О" второго триггера и первым входом третьего элемента И-НЕ, выход которогоподключен к .второму входу второгоэлемента И-НЕ, выход которого соединен с вторым входом первого элементаИ-НЕ и первыми входами четвертого ипятого элементов И-НЕ, вторые входычетвертого и пятого элементов И-НЕподключены к выходам ключа, прямойи инверсный выходы первого триггерасоединены с третьими входами четвертого и пятого элементов И-НЕ, выходы которых соединены с входами четвертого элемента И, выход которогоподключен к управляющему входу запоминающего блока, выход первого элемента И-НЕ соединен с входом установки в О третьего триггера, прямой выход которого подключен к входутретьего элемента И, выход которогосоединен с управляющим входом второго регистра,1 2Изобретение относится к автомати- ключателя подключен к входу блока ке и вычислительной технике и может элементов И Г 1 3. быть использовано в системах экстре- Недостатком дан ног о а нали затора мального регулирования, является низкая точность вследствиеИзвестен анапизатор экстремумов,того, что он регистрирует ложные содержащий синхронизатор, аналого- экстремумы, что является источником цифровой преобразователь, блок эле- погрешности. ментов И, регистр многоканальный ре- Наиболее близким по технической гистратор, блок сравнения кодов, два сущности к предлагаемому является переключателя, триггер., причем пер О анализатор функций распределения алый вход аналого-цифрового преобразо- экстремумов, содержащий формировавателя подключен к входу анализато- тель входных сигналов, аналого-цифра, второй вход - к первому выходу ровой преобразователь, первый ресинхронизатора, разрядные выходы гистр, блок сравнения кодов, второй аналого-цифрового преобразователя со регистр, многоканальный регистратор, единены с разрядными входами блока триггер знака производной, коммутаэлементов И, разрядные выходы которо- тор, синхронизатор, два блока опрего подключены к входам регистра, вы- деления экстремумов, каждый из котохоцы которого соединены с входами рых содержи." два формирователя, эле" многоканального регистратора и второй 20 мент И, триггер, элемент ИЛИ и группой блоков сравнения кодов, пер- счетчик, причем первый выход синхровая группа входов которого соединена низатора подключен к первому вхоцу с разрядными выходами аналого-цифро аналого-цифрового преобразователя, ного преобразователя, выходы блоков .второй вход которого соединен с вхосравнения кодов подключены к входам 25 дом формирователя вхоцных сигналов, триггера, выходы последнего подключе- вход которсго является входом ананы к первому и второму входам второ- лизатора в ход аналого-циФровоготретий и четвертый преобразователя подключен к первым входы которого соединены с четвертым входам первого регистра и блока выходом синхронизатора, выход второго З 8 сравнения кодов, второй вход которопсреключатРпя соединен с управляющим го объединен с первым входом второго входом многоканального регистратора, регистра и соединен с выходом перво- третий выход синхронизатора соединен го регистра, выход второго р гистра с входом блока сравнения, первым подключен к первому входу многока,и вторым входами первого переключа- ., дального регистратора выход которо 55Э теля, ".ретий и четвертый входы ко- го соединен с входом синхронизатора торого соединены с выходами блока второй, третий и четвертый выходы сравнения кодов выход первого пере- которого подключены соответствено3 1 О 911к вторым входам второго и первогорегистров и третьему входу блокасравнения кодов, первый и второй выходы сложения и вычитания которогосоединены с единичным и нулевымвходами триггера знака производной,5единичный и нулевой выходы которогосоединены соответственно с вторыми третьим входами блоков определенияэкстремумов, первые входы которыхсоединены с пятым выходом синхронизатора, выходы блоков определенияэкстремумов соединены с соответствующими входами коммутатора, выходкоторого подключен к второму входумногоканального регистратора, первыйвход элемента И является первымвходом блока определения экстремума,выход элемента И подключен к счетному входу счетчика, вход установки11 11 20в О которого. объединен с входомустановки в "О" триггера и соединенс выходом элемента ИЛИ, первый входкоторого соединен с выходом счетчика и является вь 1 ходом блока определения экстремумов, второй вход элемен 25та И подключен к единичному выходутриггера, единичный вход которогосоединен с выходом первого формирователя, вход которого является вторьмфовходом блока определения экстг.емума, -Овторой вход элемента ИЛИ подключенк выходу второго формирователя, г 1 ходкоторого является третьим входом блока определения экстремума 21.Недостатком известного анализато- З 5ра является его низкая точность,поскольку в момент записи в многоканальный регистратор значений кодас второго регистра в нем записан кодследующего за экстремумом значения фс аналого-цифрового преобразователя,ч 1 о приводит к неточной о".енке г 1 лотности распределения.Цель изобретения - повышение точности регистрации экстремумов,Пос вдавленная цель достигаетсятем, что в анализатор, содержащийрегистры, блок сравнения, аналогоцифровой преобразователь, вход которого является входм анализатора, . 5 овыход аналого-цифрового преобразова"теля подключен к первому входу блока.сравнения ч информационному входупервого регистра, вьгход которого соедичен с вторым входом блока сравнеиия и и формационным входом второгорегистра, запоминающий блок, первыйи второй триггеры, формирователи 76 4импульсов, первый элемент ИЛИ, первый элемент И, первый счетчик, счетный вход которого подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого соединен с прямым выходом второго триггера, выходы блока сравнения подключены соответственно к входам первого триггера, выходы которого через соответствующие формирователи импульсов соединены с соответствующим входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу установки в "1" второго триггера, причем информационный вход запоминающего блока соединен с информационным выходом второго регистра, вве 1 дены элемент И-НЕ, элементы И, тре-, тий триггер, ключ, второй элемент ИЛИ, второй счетчик, дешифратор, элемент .ИЛИ-НЕ, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом запоминающего блока, выход второго элемента И подключен.к счетному входу второго счетчика, выходы которого соединены с входаья дешифратора, первый выход которого поклю 1;.ен к входу элемента ИЛИ -НЕ, выход к 1 горого соединен с управляющим входом аналого-ц 1 фрового преобразова"1-:пя первый выход дешифратора подключен к г 1 ервому входу первого элемента И-НЕ, второй, вход которого соед 1 фнен с прлмь 1:1 выходом второго триггера второй выход дешпфратора подключен к управляющему входу блока сравнения 1 третий выход дешифратора соеднне.1 с вторьи входом первого элемента И и первым входом второго элемента И"БЕ, четвертый выход дешифра",ора подключен к первому входу третьего элемента Ы, пятый выход дешифр тора соединен с управляющим входом первого регистря 1 вь 1.од ворого элемента ИЛИ соединен с входом установ-. ки в "О" первого счетчика и входом установки в 1" третьего триггера, входы второго элемента ИЛИ подключа:.ы к выходу первого элемента ИЛИ и вь 1 ходу первого счетчика, соединенного с входом установки в "О" второго триггера и первым входом третьего элемента И-НЕ, выход которого подключен к второму входу второго элемента И-НЕ, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И-НЕ и первыми входами четвертого и пятого элементов И-НЕ, вторые входы176 6Напряжение исследуемого процессас частотой выборки преобразуетсяаналого-цифровым преобразователем 1в параллельный код, На блок. 2 сравнения с аналого-циФрового преобразователя 1 поступает код текущего значения исследуемого сигнала, а с регистра 3 - значение, измеренное в предыдущем такте. В случае, еслитекущее значение больше предыдущего,то блок 2 сравнения выдает сигналпо шине + а если меньше то по11 11шине - . В исходном состоянии счетчи к5 об нул е на триггер 6 находитс я в нулевом состоянии .Рассмотрим процесс выделения максимума . При , мо нот онном возрастании входного напряжения блок ср а вн ения выдает сигнал по нише "+ " домомента с(фиг . 2 , 2 8 ) , а сл едовательнотриггер 6 нах одитс я в единичном состоянии (фи г . 2 , 3 5 ) , В момент йпроисходит изменение знака производной входного напряжения ,текущее значение кода аналог о-цифровог о преобразователя 1 становится меньше предыдущего , хр аня щег ос я в регистре 3 , поэтому в момент прихода импульса с второго выхода дешифр атора 26 (фиг . 2 , 3 О) на выходе блока2 сравнения появляется сигнал по ши 11 1не - и триггер 6 переходит в нулевое состояние (фи г . 2 , 3 5 ) , В этот момент запускается формирователь 9 , импульсом которого (фиг . 2 , 3 7 ) триггер 7 ус та навливаетс я в единичное состояние (фиг . 2 , 3 9 ) , а счетчик 2 5 обнуляется . Трнгг ер 7 разрешает пр схождение тактовых импульсов с третьег.о выхода дешифр ат ор а 26 (фиг . 2, 3 1 ) через элемент И 1 3 на счетный вход счетчика 25 (фиг . 2 , 40) , коэффициент пересчета котор ог о равен тр ем . Если счетчик 25 зафиксирует три импульса до момента следующего изменения з нака первой производной входного напряжения , то импульс переполнения будет явл ят ься приз накэм появления максимума (фиг . 2 , 4 2 ) , истинное значение которого записано в регистре 4 . Так как импульс переполнения ус танавливает триггер 7 в нулевое состояние и через элемент ИЛИ 1 2 об нуля ет счетчик 25 , ег о длительность будет р а вна времени переходных процессов в счетчике 2 5 , поэтому для надежнойработы анализатора вводят схему типа защелки на элементах И-НЕ 1 7 и 1 8 , кот орые растягивают импульс пе р еп олО 5 109четвертого и пятого элементов И-НЕподключены к выходам ключа, прямойи инверсный выходы первого триггерасоединены с третьими входами четвертого и пятого элементов И-НЕ выхоФ5ды которых соединены с входами чет-вертого элемента И, выход которогоподключен к управляющему входу запоминающего блока, выход первогоэлемента И-НЕ соединен с входомустановки в "0" третьего триггера,.г 1 рямой выход которого подключен квходу третьего элемента И, выход которого соединен с управляющим входомвторого регистра.На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого анализатора; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу,Анализатор (фиг,1) содержит аналого-цифровой преобразоватль 1,блок 2 сравнения, регистры 3 и 4,запоминающий блок 5, триггеры 6-8,формирователи 9 и 10 импульсов, элементы ИЛИ 11 и 12, элементы И 13-16,элементы И-НЕ 17-21, элементы ИЛИ-НЕ22, генератор 23 тактовых импульсов, счетчики 24 и 25, дешифратор26 и ключ 27, вход которого заземпен.На фиг. 2 показано напряжение 2830на входе устройства, импульсы 29с первого выхода дешифратора 26,,импульсы 30 с второго выхода дешифратора 26, импульсы 31 с третьеговыхода дешифратора 26, импульсы 32с четвертого выхода дешифратора 26,импульсы 33 с пятого выхода дешифратора 26, импульсы 34 с выхода элемента .ИЛИ-НЕ 22, уровни напряжения35 на прямом выходе триггера 6, уровни напряжения 36 на инверсном выходетриггера 6, импульсы 37 с выходаФормирователя 9, импульсы 38 с выхода формирователя 10, уровни напряжения 39.с прямого выхода триггера 7,импульсы 40 с выхода элемента И 13,импульсы 41 с выхода элемента ИЛИ 12,импульсы 42 с выхода счетчика 25,импульсы 43 с рыхода элемента И-НЕ 17,импульсы 44 с выхода элемента И-НЕ 18,импульсы 45 с выхода элемента И-НЕ 20,50импульсы 46 с выхода элемента И-НЕ 21,импульсы 47 с выхода элемента И 14,импульсы 48 с выхода элемента И"НЕ 19,импульсы 49 с прямого выхода триггера 8 и импульсы 50 с выхода элемента И 16,Анализатор работает следующимобразом.1176 8В случае попадания исслудемогопроцесса в зону нечувствительностианалого-цифрового преобразователя,т.е. на границу двух дифференциальных коридоров (интервал временифиг.2,28), аналого-цифровой преобра 2 3зователь 1 может выдавать значенияложных экстремумов, В моментгнаблюдается изменение знака производной. При приходе импульса с третьеговыхода дешифратора 26 (фиг.2,31)блок 2 сравнения выдает сигнал по11 Ишине - , в результате чего срабатывает триггер 6 (фиг.2,35) и запускается формирователь 9 (фиг.2,37), импульсом которого счетчик 25 сбрасывается в нулевое .состояние (фиг.2,4 1)Счетчик 25 начинает счет, но ужепосле второго такта происходит изменение знака производной и импульсом второго формирователя 10(фиг.2,38) счетчик 25 обнуляется, врезультате чего импульс, характеризующий момент ложного экстремума, невыделяется, так как счетчик 25 завремя двух тактов не переполняется..После того, как в нем будет зафиксировано число импульсов, равное заданному объему выборки, элемент И 15отключит генератор 23 тактовых импульсов. В запоминающем блоке 5 накапливается информация о плотностираспределения максимумов и минимумовили тех и других вместе (определяется ключом 27) .При применении изобретения исключается ошибка определения значенияэкстремума вследствие фиксации неэкстремального значения, что позволяет увеличивать интервал наблюдениядостоверного поведения функции путемизменения коэффициента пересчетасчетчика. Это дает возможность нетолько исключить любые погрешностиУопределяемые зоной нечувствительности компаратора, но и отфильтровыватьпомехи, наложенные на функциональную зависимость, что, в свою очередь,повышает точность определения экстремумов. Аналогично определяются импульсы минимумов. В этом случае срабатывает формирователь 10 (фиг.2,38).Сигнал о появлении минимума поступает с выхода элемента И-НЕ 20 (фиг.2,45)через элемент И 14 на 50 вход запоминающего блока 5. 7 109 нения до длительности импульса с третьего выхода дешифратора 26 (фиг.2,44). Данный импульс поступает на входы элементов И-НЕ 20 и 21. Ключ 27 определяет запись в запоминающий блок 5 значений минимумов или максимумов, или тех и других одновременно, В режиме определения максимумов, прн совпадении единичного уровня с инверсного выхода триггера 10 6 и импульса признака появления. экстремума на выходе элемента И-НЕ 2 1 формируется импульс 46 и через элемент И 14 поступает на вход запоминающего блока 5, разрешая запись значения максимума из регистра 45 При последовательной перезаписи те-. кущей информации из аналого-цифрового преобразователя 1 в регистры 3 и 4 в момент переполнения счетчика 25 в регистре 4 оказывается значение20 выборки следующей за экстремумом, так как переключение триггера 5 происходит в тот момент времени, когда анализируется следующая за экстремумом выборка. Для выделения в ре 25 гистре 4 истинного экстремума в.момент переполнения счетчика 25 элемент И-НЕ 19 и триггер 8 формируют импульс 49, запрещающий прохождение импульса 32 с выхода элемента И-НЕ 1 через элемент И 16 на запись входной информации в регистр 4. Передний фронт импульса 49 формируется элементом И-НЕ 19 при совпадении импульса 29 с выхода элемента 17 и разрешающего уровня 39 с выхода ,триггера 7, который появляется в момент переключения триггера 6. При этом триггер 8 устанавливается внулевое-состояние. Задний фронт им пульса 49 формируется триггером 8 при наличии импульсов 41 с выхода элемента ИЛИ 12.1091176 оставитель И.Мухин ехред С.Мигунова Корректор Ю.Макаренк Редактор М,Рачкул каз 406 Подписное ираж 69твенногетений ВНИИПИ Государс о комитета СССР по делам изобр и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/ ПП "Патент",фил город роектная