Анализатор случайных процессов

,1 тТЕНТКО-.:С;. д и,Ътл;д ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоаетскнхСоцнаянстнческнхРеспублнк(61) Дополнительное к ав в Щ Заявлеио 16.07.75 (21) 2156349/24 Э 06 Г 15/36 с ирисоедииеиием заявки Гасударственный номнтет 6 нввтв Мнннетрнв СССР нн двянм нзобрнтнннй и ютнрмтнй) Авторизобретеии С. Н. Сбливаноаский 1) Заявит 54 АНАЛИЗАТОР СЛУЧАЙНЫХ Изобретение относится к области статистической обработки случайных процессов, например прОцессов изменения напряжений, деформаций, усилий, а также других неэлектрических величин, представленных в виде поопорционального им электрического сигнала.Известен анализатор случайных процессовдля определения величины размахов, их ассиметрии и числа циклов, содержащий блокисравнения, дешифратор, счетчик, триггеры 1.Наиболее близким техническим решениемк изобретению является анализатор случайныхпроцессовсодержащий преобразователь непрерывного сигнала в последовательность чисел,вход которого является входом устройства,блок формирования пар чисел, блок фильтрации экстремумов, элементы ИЛИ, дешнфраторы, блоки разделения экстремумов, счетчики,блок элементов ИЛИ, блок элементов И 12,Однако с помощью этих устройств невозможно обрабатывать процесс по. методу полныхциклов,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей анализатора путем введения оборудования, позволяющего обрабатывать процесс методом полных циклов,Это достигается тем, что первый выход блока преобразования непрерывного сигнала в последовательность чисел через блок фильтрации экстремумов соединен с первым входом первого блока разделения экстремумов, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами первого дешифратора, тре тнй вход которого подключен к второму входупервого блока. разделения экстремумов и к второму выходу преобразователя непрерывного сигнала в последовательность чисел, а третий и четвертый выходы первого блока разделения10 экстремумов через первый элемент ИЛИ соеди.иены с первым входом второго олока разделения экстремумов, второй вход которого подключен к выходу первого дешнфратора и к первому входу второго дешифратора, второй и третин входы которого соединены соответственно с П первым и вторым выходами второго блока разделения экстремумов, третий и четвертый выходы которого через второй элемент ИЛИ подключены к первому входу третьего блока разделения экстремумов, второй вход которого . соединен с выходом второго дешифратора, апервый и второй выходы через блок формиро.вания пар чисел соединены соответственно с первым и вторым входами блока элементов ИЛИ, другие входы которого соединены соответственно с пятым и шестым выходами пер.25 вого и второго блоков разделения экстремумови с третьим и четвертым выходами третьего блока разделения экстремумов, выходы блока элементов ИЛИ через блок элементов И подключены к входам соответствующих счетчиков;блок разделения экстремумов содержит три последовательно соединенных запоминающих5, регистра, вход первого из которых соединен с первым входом блока и первым входом узла управления, второй вход которого соединен с выходом схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом первого запоминаю о щего регистра, второй вход - с выходом третьего запоминающего регистра, первыми входами первого и второго ключей, выходы кото. рых являются четвертым и пятым выходами блока, первый и второй выходы узла управле ния соединены соответственно с вторыми входами третьего и второго ключей и являются первым и вторым выходами блока, третий выход узла управления соединен с вторыми входами четвертого и первого ключей, вторые входы третьего и четвертого ключей соединены с выходом второго запоминающего регистра, при этом выход третьего ключа является третьим входом устройства, выход четвертого ключа является шестым выходом блока.Предлагаемый анализатор может быть использован для определения величины размахов, их асимметрии и числа циклов случайного;процесса при прогнозировании долговечности деталей машин, работающих в условиях случайного нагружения.На фиг. 1 дана схема анализатора для обработки процесса в три этапа; на фиг. 2 - схема блока разделения экстремумов; на фиг. 3 показаны кривые, отражающие весь диапазон изменения исследуемого параметра,Схема анализатора выделяет экстремальные точки процесса, отфильтровывает ложные З экстремумы, последовательно сравнивает величины двух соседних максимумов или двух со. седних минимумов процесса, определяет знаки разности и их изменение, сравнивает знаки и производит считывание в счетчики промежуточных и основных размахов.Анализатор состоит из следующих основных узлов: блок 1 преобразования непрерывного сигнала в последовательность чисел, блок 2 фильтрации экстремумов, блок 3 разделения экстремумов, элемент ИЛИ 4, дешифратор 5, 45 блок 6 разделения экстремумов, элемент ИЛИ 7, дешифратор 8, блок 9 разделения экстремумов, блок 1 О формирования чисел, блок 11 элемен.тов ИЛИ, блок 12 элементов И, счетчики 13.Весь диапазон изменения исследуемого параметра разбит на ряд интервалов прямыми, параллельными оси времени (см, фиг. За).Цифры на кривой означают величйну уровнч, соответствующего данному экстремуму. Максимумы с соседними минимумами образуют размах, например, 1 - 4, 2 - 4, 2 - 8 и т.д., и два одинаковых размаха составляют цикл.Схематизация процесса по полным циклам связана с разделением процесса на основные и промежуточные циклы (на фиг, 3 а, б, в промежуточные циклы заштрихованы), Это деление условно, так, как основные циклы могут О быть в свою очередь промежуточными, еслиони наложены на циклы, состоящие из размахов большей величины. Промежуточным, на.пример, является цикл, образованный размахами 6 - 7, являющийся частью основного цикла 5 - 8 который, в свою очередь, будетпромежуточным по отношению к основномуциклу, образованному размахом 110, Вцелом, реализацию случайного процесса, изображенную на фиг, За, можно представить в виде схематизированного процесса, состоящего изциклов 2 - 4, 6 - 7, 4 - 6, 5 - 6, 3 - 7,5 - 8, 3 - 8, 2 - 9 и 1 - 10.Разделение процесса на промежуточные иосновные циклы осуществляется на каждомэтапе обработки процесса. Это достигается тем,что в процессе обработки последовательно определяют знаки разности между величинамикаждых последующего и предыдущего максимумов в каждых последующего и предыдущего минимума,Операции, связанные с разделением цикла,выполняются согласно следующим условиям:. 1. Размах, образованный предыдущим максимумом и минимумом, расположенным междусравниваемыми максимумами при положительной их разности и размах, образованный предыдущим минимумом и максимумом, расположенным между сравниваемыми минимумамипри отрицательной их разности регистрируютв качестве промежуточных размахов. Исключение составляют те размахи, максимумы илиминимумы которых являются максимумами илиминимумами основных циклов.2, В качестве максимумов основных размахов принимают максимум, расположенныймежду сравниваемыми минимумами и предыдущий из сравниваемых максимумов при изменении их разностей с +нав ,3. В качестве минимумов основных размахов принимают минимум, расположенный между сравниваемыми максймумами и предыдущий из сравниваемых минимумов при изменении знаков их разностей с-на +.Алгоритм работы анализатора поясняетсятабл. 1, 2 и 3, составленными для обработкиреализации случайного процесса, изображенного на фиг. 3.Во втором столбце табл, 1 помещены цифры,представляющие величины экстремальных точек процесса. Для удобства сравнения соседних максимумов и соседних минимумов в столбцах 3 и 4 записаны числа, представляющиеисходный процесс, сдвинутый, соответственно,на один и два такта. Знак разности междусоседними максимумами и соседними минимумами записан в столбце 5, В.столбце 6приведены знаки + и- , условно принятые для обозначения сравниваемых экстремальных точек случайного процесса, Знак + соответствует сравнению максимумов, знак-- .сравнению минимумов. Изменение знака разности, имеющего место, например, в строках7, 8, 9, 12, 14, 16, 19, 20 зафиксировано встолбце 7 знаками + и- , если имеетместо, соответственно, изменение знака -разности с-на + и с 1 на- . Совпадение знаков в столбцах 5 и 6 соответствует условию 1, при котором должны бытьвыделены промежуточные размахи. Совпадениезнаков в столбцах 6 н 7 означает, что сле. дует выделить минимум илн максимум основно-. го цикла, причем они находятся между сравниваемыми числами в столбце 3. В том случае, если знаки не совпадают, экстремум основногоцикла находится в столбце 4.Работа анализатора происходит следующим образом. Исследуемый сигнал поступает на вход блока 1 преобразования непрерывного сигнала в последовательность чисел. С его первого выхода через блок 2 фильтрации экстремумов на первый вход первого блока 3 разделения экстремумов поступают последовательно числа, пропорциональные величине экстремумов. Блок фильтрации задерживает числа, соответствующие ложным экстремумам и препятствует заполнению запоминающих регистров информацией, нарушающей работу блока разделения экстремумов, если исследуемый параметр колеблется около одного определенного уровня.Со второго выхода блока 1 на второй вход первого блока разделения экстремумов 3 и на первый вход первого дешнфратора 5 поступает сигнал, соответствующий моментам появления максимумов. Этот сигнал вырабатывается в моменты времени, соответствующие знаку + столбца 6 (см. табл. 1) и необходим для формирования импульсов считывания экстремумов промежуточных и основных циклов, а также для формирования новых сигналов, соответствующих максимумам в первом дешифраторе 5, которые используются при разделении циклов во втором блоке разделения экстремумов б (см. табл. 2), С пятого и шестого выходов первого блока 3 разделения экстремумов через блок 11 элементов ИЛИ н блок 12 элементов И на счетчики 13 поступают пары чисел, соответствующие промежуточным циклам, регистрируемым на данном этапе обработки процесса, С третьего и четвертого выходов блока через элемент ИЛИ 4 на первый вход второго блока 6 разделения экстремумов поступают числа, представляющие оставшуюся последовательность экстремумов после выделения экстремумов промежуточных циклов в первом блоке 3 разделения экстремумов. Второй 6 и третий 9 блоки разделения экстремумов и дешифраторы 5 и 8 работают аналогичным образом. С третьего и четвертого выходов блока 9 разделения экстремумов последовательность чисел, представляющих величины экстремумов основных циклов (см. фиг. 3 д), поступает на входы бло- .ка 10 формирования пар чисел, где формируются пары чисел, соответствующие основным размахам, которые через блок 11 элементов . ИЛИ н блок 12 элементов И подаются иа счет.чики 13.В блок разделения экстремумов входят запоминающие регистры 14, 15, 16, схема сравнения 17, узел управления 18 и ключи 19, 20, 21 и 22.Работа первого блока разделения экстремумов происходит в соответствии с табл, 1. Наличие сигналов в схеме блока соответствует знаку + в столбцах 5, 6 и 7 табл. 1, отсутствие сигнала - знак -",С выхода блока фильтрации 2 поступаютпоследовательно числа, пропорциональные ве.личинам экстремумов процесса. Таким образом, в первом регистре 14 и в третьем регистре 6 находятся поочередно числа, пропорциональ.ные либо максимумам либо минимумам процесса (столбцы 2 н 4 табл, 1). Схема сравнения 7 выдает сигнална третий вход, узла управления 18 в том случае, когда число в регистре 14 больше или равно числу в регистре 16., На второй вход блока со старого выхода блока 1 преобразования непрерывного сигнала в последовательность чисел поступают сигналы в моменты времени, когда в регистрах 14 и 6 находятся числа, соответствующие максимумам процесса. Одновременно с поступлением чисел в первый регистр 14 на первый вход блока подаются импульсы опроса. Импульсы считыва.ния на выходах схемы управления появятся в момент прихода на ее первый вход импульсов опроса в зависимости от соотношения сигналов на втором и третьем входах и от характера изменения сигнала на третьем входе, Первое из одинаковых состояний на выходе схемы сравнения 17, соответствующее моментам из.менения знака разности между каждым после.дующим и каждым предыдущим максимумами и каждым последующим и предыдущим минимумами (столбец 7 табл. 1) является состояни.ем, при котором с первого или со второго выходов поступают импульсы на вторые входы третьего или второго ключей для считывания чисел, пропорциональных экстремумам основных циклов. Так, при любой смене сигнала (с 1 на О или с О на 1) на выходе .схемы сравнения 17, соединенным с третьим входом узла управления 18 н прн совпадении его с сигналом на втором входе на первом выходе узла управления 18 вырабатывается им.пульс, который, поступая на второй вход тре. тьего ключа 19, считывает число из второго регистра 15 (строки 7, 8, 9, 126 и 19 табл. 1).При любой смене сигнала и при несовпадении его с сигналом на втором входе на втором выходе узла управления 18 вырабатывается им-.пульс, который; поступая на второй вход второго ключа 22, считывает число нз третьего регистра 16 (строка 14 табл. ). При совпадении сигналов на втором и третьем входах узла управления 18 кроме случаев смены сигналов на вторые входы первого и четвертого ключей 20 н 21 с третьего ее выхода поступают два импульса. сдвинутые во времени, с помощью которых происходит одновременное считывание чисел из регистроа 15 и 16 н передача их через . блок 11 элементов ИЛИ и блок 2 элементов И в соответствующие счетчики 13. Таким обра. зом, полный цикл регистрируется в счетчике . как два размаха. Последовательность чисел, поступающая с третьего и четвертого выхбдов первого блока разделения экстремумов, пред. ставляет из себя последовательность, отличающуюся от исходной отсутствием чисел, выделен ных как характеристики промежуточных цик608167лов. Эта последовательность (столбцы 8 и 9 вход следующего блока разделения экстремутабл, 1) с третьего и четвертого выходов бло- мов, где обрабатывается аналогичным обрака поступает через элемент ИЛИ 4 на первый зом,Анализатор случайных процессовТаблица 1608167 Таблица 2 Табл ормдла изобретения 1. Анализатор случайных процессов, содержащий преобразователь непрерывного сигнала в последовательность чисел, вход которого является входом устройства, блок формирования пар чисел, блок фильтрации экстремумов, 45 элементы ИЛИ, дешифраторы, блоки разделения экстремумов, счетчики, блок элементов ИЛИ, блок элементов И, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей анализатора, первый выход блока преобразовании непрерывного сигнала в последовательность чисел через блок фильтрации экстремумов, соединен с первым входом перво-, го блока разделения экстремумов первый и второй выходы которого соединены с первым н вторым входами первого дешифратора, третий вход которого подключен ко второму входу первого блэка разделения экстремумов и ко второму выходу преобразователя непрерывного сигнала в последовательность чисел, а третий и четвертый выходы первого блока разделеипя экстремумов через первый элемент ИЛИ фа соединены с первым входом второго блока разделения экстремумов, второй вход которого подключен к выходу первого дешифратора и к первому входу второго дешифратора, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами вто. рого блока разделения экстремумов, третий и четвертый выходы которого через второй элемент ИЛИ подключены к первому входу третьего блока разделения экстремумов, второй вход которого соединен с выходом второго дешиф. ратора,а первый и второй выходы через блок формирования пар чисел соединены соответственно спервым и вторым входами блока элементов ИЛИ, другие входы которого соединены соответственно с пятым и шестым выходами первого и второго блоков разделения экстремумов и с третьим и четвертым выходами третьего блока разделения экстремумов, вы. ходы блока элементов ИЛИ через блок элементов И подключены к входам соответствующих счетчиков.2. Анализатор по п. 1, огличаюиийся тем, что блок разделения экстремумов содержит12 Составитель Э, СечиТехред О. ЛуговаяТираж 826 орректор И, Гоксичодписное едактор Е. Гоиаказ 2802/33 инистров СССийд. 4/5роектная, 4 овета Моткрыт ая иаб.,ЦНИИПИ итета СеиийРаушсУж горо Государственного коипо делан изобре 35, Москва, Ж 35,ППП Патент, г. 3илиа три последовательно соединенных запоминающих регистра, вход первого из которых соединен с первым входом блока и первым входом узла управления, второй вход которого соединен с выходом схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом первого запоминающего регистра, второй вход - с выходом третьего запоминающего регистра, первыми входами первого и второго ключей, выходы которых являются четвертым и пятым выходами блока, первый и второй выходы узла управления соединены соответственно со вторыми входами третьего и второго ключей и являются первым и вторым выходами блока,. третий выход узла управления соединен с вторыми входамн четвертого и первого ключей, вторые входы третьего н четвертого ключей соединены с выходом второго запоминающего регистра, при этом выход третьего ключа является третьим выходом устройства, выход четвертого ключа является шестым выходом блока. Источники информацив, принятые во внимание при экспертизе:19 1. Авторское свидетельство СССР417793,кл. б 06 Р 15/36, 1972,2, Авторское свидетельство СССР419898,кл. б 06 Г 15/36, 1972,