Корреляционное устройство для определения импульсной переходной функции объекта

СОЮЗ СОВЕТСНИХМЦВЗИПМЮЕКНИЖРЕСПУБЛИК ОЕ (и) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСНОМУ СВИДВТВЪСТВУ(56) 1Гоноровский И.С. Основы радиотехники. Связьиздат, 1957, с. 124. 2, Кори Г. Моделирование случайных процессов на аналоговых и аналогоцифровых машинах. М., "Мир", 1968, с. 239-240, фиг. 7,13 (прототип).(54)(57) КОРРЕЛЯЦИОННОЕ УСТРОЙСТВОДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ ПЕРЕХОДНОЙ ФУНКЦИИ ОБЪЕКТА, содержащее генератор шума, первый блок регулируемойзадержки, информационный вход которого подключен к выходу генератора шума,первый блок умножения, первый входкоторого является первым информационным входом устройства, а второй входсоединен с выходом первого блока задержки, выход первого блока умножения соединен с информационным входоминтегратора, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повьппения его точности, в него введены первый и второй нелинейные элементы, напримердиоды, элемент НЕ, первый и второйсумматоры, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй блоки памяти, коммутатор, второй блок умножения, регистратор, регистр, блок сравнения, блок деления, первый, второйи третий счетчики, первый, второй,третий и четвертый генераторы импуль-.сов и блок постоянной задержки, входкоторого объединен с входом начальной установки аналого-цифрового преобразователя и подключен к выходу з(5 ц С 06 С 7 52 С О 5 В 23102 первого генератора импульсов, вход запуска которого соединен с входами начальной установки первого и второго блоков памяти, регистра, первого сумматора, блока регулируемой задержки и является входом запуска устройства вход останова первого генератора импульсов объединен с первым управляющим входом первого сумматора, управляющим входом второго блока умножения и подключен к выходу первого счетчика, выход блока постоянной задержки соединен с входами начальной установки интегратора и второго сумматора, управляющими входами аналогоцифрового преобразователя и блока ре-гулируемой задержки, входом записи первого блока памяти и входом второго счетчика, выход которого соединен с входом запуска второго генератора импульсов и первым управляющим входом .й коммутатора, выход второго генератора импульсов объединен с входом считывания первого блока памяти, с входом останова третьего генератора импульсов и входом запуска четвертого генератора импульсов, выход которого соединен с управляющим входом блока сравнения и первым входом считывания регистра и входом считывания второго блока памяти и входом третьего счетчика, выход которого соединен с вторым управляющим входом коммутатора фи входом запуска третьего генератора импульсов, выход которого соединен с входом первого счетчика, вторым управляющим входом первого сумматора, управляющим входом блока деления, вторым входом считывания регистра, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам перго подключены к соответствующиминформационным входам коммутатора,первая и вторая группы. выходов которого подключены соответственно ксоответствующим информационным вхо- .дам блокаоделения и второго блокапамяти, выходы которого подключенык соответствующим входам первой группы информационных входов блока сравнения, входы второй группы информационных входов которого подключенык соответствующим выходам второйгруппы выходов регистра, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам блока сравнения, выход интегратора соединен свходами первого и второго нелинейныхэлементов, выход второго нелинейногоэлемента подключен к входу элемента НЕ. 1096665 вой группы выходов регистра, а выход блока деления подключен к информационному входу первого сумматора, выход которого подключен к первому информационному входу второго блока умножения, второй информационный вход которого является вторым информационным входом устройства, выход второго блока умножения подключен к входу регистра, причем первый и второй информационные входы второго сумматора подключены соответственно к выходам элемента НЕ и первого нелинейного элемента, выход второго сумматора подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выходы которого подключены к соответствующим информационным входам первого блока памяти, выходы которо Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при разработке устройств для определения таких характеристик исследуемых систем как импульсная переходная фун-. 5 кция и инерционность.Известно устройство для определения импульсной переходной функции, содержащее фильтры. В этом устройстве с помощью анализа Фурье определяют 1 О ширину пропускания и инерционность по частотной характеристике системы 11.Недостатком устройства является низкая точность определения инерционности. 15Наиболее близким к изобретению является устройство для определения импульсной переходной функции объекта, содержащее генератор шума, блок запаздывания, фильтр, блок умножения и ин- щ тегратор, вход которого подключен к выходу блока умножения, первый вход которого через фильтр и блок запаздывания подключен к выходу генератора шума, а второй вход подключен к выхо ду исследуемой системы, вход которойподключен к выходу генератора шума 2,Недостатком известного устройства является отсутствие воэможности не, посредственного измерения параметра, характеризующего инерционность линей. ной системы (постоянной времени дляпростейшей системы), что приводитк необходимости проведения расчетов,обеспечивающих низкую точность оценокинерционности.Целью изобретения является повышение его точности,Указанная цель достигается тем,что в корреляционное устройство дляопределения импульсной переходнойфункции объекта, содержащее генератор шума, первый блок регулируемойзадержки, информационный вход которого подключен к выходу генератора шума, первый блок умножения, первыйвход которого является первым информационным входом устройства, а второй вход соединен с выходом первогоблока задержки, интегратор, информационный вход которого подключен квыходу первого блока множения, введены первый и второй нелинейные элементы, например диоды, элемент НЕ, первый и второй сумматоры, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй блоки памяти, коммутатор, второйблок умножения, регистратор, регистр,блок сравнения, блок деления, первый,второй и третий счетчики, первый,второй, третий и четвертый генераторы импульсов,и блок постоянной3 1096665 4орого объединен рого сумматора подключен к информаустановки аналого- ционному входу аналого-цифрового преователя и подключен образователя, выходы которого подклюенератора импуль- чены к соответствующим информационным которого соединенвходам первого блока памяти, выходы й установки перво- которого подключены к соответствующим в памяти, легист- информационным входам коммутатора, ора, блока регули- первая и вторая группы выходов кото- является входом рого подключены соответственно к совход останова 10 ответствующим информационным входам импульсов объеди- блока деления и второго блока памяти, ляющим входом пер- выходы которого подключены к соответравляющим входом ствующим входам первой группы инфоржения и подключен мационных входов блока сравнения, четчика, выход 1 входы второй группы информационных адержки соединен входов которого подключены к соответй установки интег- ствующим выходам второй группы выхоумматора, управля- дов регистра, информационные входы ого-цифрового пре- которого подключены к соответствука регулируемой 2 О ющим выходам блока сравнения, выход аписи первого бло- интегратора соединен с входами первторого счетчика, вого и второго нелинейных элементов, динен с входом выход второго нелинейного элемента нератора импульсов подключен к входу элемента НЕ. задержки, вход котс входом начальнойцифрового преобразк выходу первого гсов, вход запускас входами начального и второго блокора, первого сумматруемой задержки изапуска устройствапервого генераторанен с .первым управвого сумматора, упвторого блока умнок выходу первого сблока постоянной эс входами начальноратора и второго сющими входами аналобразователя и блозадержки, входом зка памяти и входомвыход которого соезапуска второго геи первым управляющим входом коммута тора, выход второго генератора импульсов объединен с входом считывания первого блока памяти, с входом останова третьего генератора импульсов и входом запуска четвертого генератора импульсов, выход которого соединен с управляющим входом блока сравнения и первым входом считывания регистра и входом считывания второго блока памяти и входом третьего счетчика, выход которого соединен с вто 35 рым управляющим входом коммутатора и входом запуска третьего генератора импульсов, выход которого соединен . с входом первого счетчика, вторым управляющим входом первого суммато- ф ра, управляющим входом блока деления . вторым вжодом считывания регистра, информационные входы которого подключены к соответствующим вЫходам первой группы выходов регистра, а выход 4 блока деления подключен .х информационному входу первого сумматора, выход которого подключен к первому информационному входу второго блока умножения, второй информационный 0 вход которого является вторым информационным входом устройства, выход . второго блока умножения подключен к входу регистратора, причем первый и второй информационные входы вто рого сумматора подключены соответственно к выходам элемента НЕ и пер- вого нелинейного элемента, выход втоНа чертеже представлена блок-схема устройства.Устройство содержит генератор 1 шума, первый блок 2 умножения, первый вход которого является первым информационным входом устройства, выход блока 2 умножения соединен с информационным входом интегратора 3, сумматор 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, информационный вход которого подключен к выходу сумматора 4, а выходы АЦП соединены с соответствующими информационными входами первого блока б памяти, первый блокзадержки, информационный вход которого подключен к выходу генератора 1 шума, а выход подключен к второму входу первого блока 2 умножения, вход начальной установки первого блока 7 регулируемой задержки объединен с входом запуска первого генератора 8 импульсов, выход которого объединен с входом начальной установки аналого-цифрового преобразователя 5 и через блок 9 постоянной задержки подключен к входу соответствующего счетчика 10, выход которого подключен к входу запуска второго генератора 11 импульсов, выход которого объединен с входом выдачи первого блока 6 памяти и подключен к входу запуска соответствующего генератора 12 импульсов, вход считывания первого блока 6 памяти, вход считы1096665 б24 и 25 объединены и подключены квыходу интегратора 3 выход нелинейного элемента 25 подключен через элемент НЕ 26 к информационному входусумматора 4, второй информационныйвход которого подключен к выходу нелинейного элемента 24,Устройство работает следующим образом.10 Как известно, корреляционная связьго между входным и выходным сигналамиисследуемого объекта определяетсялри помощи соотношения Винера-Ли,где К () МЦКхх Если х - реальный шум, имеющийравномерный спектр в полосе частот,значительно превышающей полосу пропускания исследуемой системы, то мож 30но заменить функцию К(1) в (1) наавтокорреляционную функцию идеального белого шума о О ,где 3 (Е) - функция Дирака, тогда В этом случае взаимная корреляционная функция К () непосредстхцвенно дает выражение для оценки импульсной переходной функции Ь.Измерение импульсной переходнойфункции в предлагаемом устройстве 5производится на основе алгоритма (2).По сигналу, поступающему с управляющего входа устройства на входыначальной установки блока 7 задержки блоков 6 и 23 памяти, регистра 21и сумматора 17, вход запуска генератора 8 импульсов начинается функционирование устройства. Выходной сигнал генератора 1 шума поступает навход исследуемого объекта и на информационный вход блока 7 задержки.Реакция исследуемого объекта на белый шум поступает на первый вход блока 2 умножения, на второй вход которого поступает,задержанная на интервания аналого-цифрового преобразователя 5, входы начальной установки интегратора 3, сумматора 4,управляющий вход блока 7 регулируемой задержки объединены и подключены к выходу второго блока 9 постоянной задержки, коммутатор 13, информацион ные входы которого соединены с соответствующими выходами блока 6 памяти первый управляющий вход коммутатора 13 подключен к выходу соответствующе счетчика 10, второй управляющий вход коммутатора 13 подключен к выходу соответствующего счетчика 14 и входу запуска соответствующего генератора 15 15 импульсов, выход которого соединен с управляющимвходом блока 16 деления и управляющим входом другого сумматора 17, другой управляющий вход которого объединен с входом останова 20 первого генератора 8 импульсов и подключен к выходу соответствующего счетчика 18, вход которого подключен к выходу генератора 15 импульсов, выход счетчика 18 соединен с управля ющим входом второго блока 9 умножения, первый информационный вход которого подключен к выходу сумматора 17, а второй информационный вход является вторым информационным входом оустройства, выход второго блока 19 умножения подключен к входу регистратора 20, регистр 21 считывания, вход которого подключен к выходу генератора 12 импульсов, а вход записи - к выходу генератора 15 импульсов, выходы первой группы выходов регистра 21 подключены к соответствующим входам первой группы входов блока 16 деления, входы второй груп пы информационных входов которого подключены к соответствующим выходам первой группы выходов коммутатора 13,вторая группа выходов регистра 21 соединена с соответствующими входамигруппы входов блока 22 сравнения,входы другой группы входов которогоподключены к, соответствующим выходам второго блока 23 памяти, входсчитывания которого объединен с управляющими входами регистра, 21 иблока 22 сравнения и подключен к вы-ходу генератора 12 импульсов, входыначальной установки блоков 6 и 23памяти, регистра 21 и сумматора 17объединены и соединены с входом начальной установки первого блока 7задержки, входы нелинейных элементов- функция взаимной корреляции процессов х(1)и у(Т)- функция автокорреляции входного процессах(С);импульсная переходнаяфункция системы,вал 1 о (где 1 = 1, и) реализациялбелого шума с выхода блока 7 регулируемой задержки. С выхода блока 2 умножения сигнал сС п(С) поступает на информационный вход интегратора 3.1С выхода интегратора 3 сигналподается на входы первого и второгонелинейных элементов 24 и 25, Черезодин из нелинейных элементов проходит сигнал только одной полярности,через другой нелинейный элемент проходит сигнал только другой полярности, Сигнал с выхода первого нелинейного элемента 24 подается на первыйинформационный вход сумматора 4, навторой информационный вход которогоподается через элемент НЕ 26 сигналс выхода второго нелинейного элемента 25. Таким образом, на выходе сумматора 4 получается модульное значение функции п(с). После запускапервый генератор 8 импульсов начинает вырабатывать импульсы, периодследования которых Т равен времени,отведенному на усреднение сигналапри конкретном значении времени запаздывания ь . Эти импульсы поступалют на вход начальной установкиАЦП 5 для обнуления его и на блок 9задержки, задерживающему тактовыйимпульс первого генератора 8 импульсов на интервал времени ЬТ , достаточный для окончания в устройствевсех переходных процессов, вызванныхсигналом запуска.35Задержанный на время А импульспервого генератора 8 импульсов, свыхода блока 9 постоянной задержки,поступает на управляющий вход блока7 регулируемой задержки для выбора40нового значения запаздывания, навход натфальной установки интегратора 3 для его обнуления, на вход начальной установки сумматора 4 дляего обнуления, на управляющий вход45АЦП 5 для переписи в бл.к 6 памятипоследнегооцифрованногозначениясигнала с выхода сумматора 4 на входзаписи первого блока 6 памяти дляобеспечения приема блоком 6 памятисигналов с выхода АЦП 5,После прохождения первого импульса с выхода блока 9 задержки начинается новый цикл описанного процесса при значении запаздывания в блоке 7 регулируемой задержки - 2Следующие циклы измерения производятся аналогичным образом при времени запаздывания 3 7 и т.д, ло иГ,причем длительность каждого циклаопределяется периодом Т 1 задержанныхв блоке 9 задержки импульсов первого генератора 8 импульсов,Таким образом, после выработки и импульсов генератором 3, импульсы в первом блоке 6 памяти оказываются записанными п модульных значений импульсной переходной функции исследуемой системы, каждое значение - в соответствующей ячейке блока 6 памяти в виде двоичного кода. Другими словами, в блоке 6 памяти оказываются записанными. модульные значения взаимно-корреляционной функции или, в соответствии с выражением (2), импульсной переходной функции системы, снятые с дискретностью, равной ь , т,е, Ф,м (2), Импульсы с выхода блока 9 постоянной задержки поступают также на вход счетчика 10. После того, как счетчик 10 насчитывает и входных импульсов, он вырабатывает на своем выходе сигнал, поступающий на вход второго генератора 11 импульсов для его запуска и на один из управляющих входов коммутатора 13, по которому коммутатор 13 обеспечивает подключение выходов первого блока 6 памяти к информационным входам второго блока 23 памяти, Для понимания последующего изложения необходимо иметь в виду, что после запуска генераторов 11, 12 и 15 импульсов - они вырабатывают серии из и, 2 и и импульсов соответственно, причем периоды этих тактовых генераторов выбраны так, что интервал времени Т 2 между первым импульсом генератора 11 импульсов и последним импульсом генератора 15 импульсов меньше, чем период генератора 8 импульсов. По каждому импульсу генератора 11 импульсов, поступающему на вход считывания первого блока 6 памяти, иэ него считывается в параллельном коде одно очередное значение импульсной переходной функции (ИПф), поступает на информационные входы коммутатора 13 и с выходов одной из групп выходов которого записывается в блок 23 памяти через информационные входы. Также по каждому импульсу генератора 11 импульсов, поступившему на вход генератора 12 импульсов, последний вырабаты- вает два импульса, поступающие на вход счетчика 14 для подсчета и насоответствующие управляющие входырегистра 21, блока 22 сравнения иблока 23 памяти для выполнения следующей операции,По первому из двух импульсов генератора 12 импульсов (выработанныхв качестве реакции на очередной импульс генератора 11 импульсов), поступившему на вход считывания блока23 памяти для считывания записанного 1 ов нем значения и выдачи его на первыевходы блока 22 сравнения, на первыйвход считывания регистра 21 для счи-тывания хранящегося в нем значенияи подачи его на входы одной из групп 15входов блока 2 сравнения, на управляющий вход блока 22 сравнения для производства сравнения, производитсясравнение двух двоичных чисел, поступивших на входы первой и второй групп ровходов блока 22 сравнения.По второму из двух импульсов генератора 12 импульсов (выработанныхв качестве реакции на очередной импульс генератора 11 импульсов) произ" рводится обнуление блока 23 памяти,считывание из блока 22 сравнения большего из чисел и запись его в регисто21.30После выработки в и-ный раз пары импульсов генератором 12 импульсов в регистре 21 оказывается записанным наибольшее по величине из модульных значений ИПФ из записанных в первом блоке б памяти. В это же время счетчик 14 через 2 и импульсов, поступивших на его вход с выхода генератора, 12 импульсов, вырабатывает на своем выходе сигнал, поступивший на вход запуска генератора 15 импульсов для его запуска и на другой управляющий вход коммутатора 13 для переключения сигналов с информационных входов коммутатора 13 на соответствующие вхо ды одной из групп информационных входов блока 16 деления. Генератор 15 импульсов вырабатывает последовательность из и импуль-, сов, поступающую на вход счетчика 18.50 Кроме этого, по каждому импульсу генератора 11 импульсов, поступающему на вход считывания первогб блокапамяти,из последнего считывается очередное модульное значение ИПФ и через коммутатор 13 записывается в блок 16 деления, а по каждому импульсу генератора 15 импульсов, по ступающему с его выхода на второй вход считывания регистра 21, с его выхода на входы группы входов блока 16 деления поступает хранящееся в регистре 21 наибольшее значениеИПФ. По эгому же импульсу генератора 15 импульсов,.поступающему на управляющий вход блока 16 деления,внем производится деление числа, поступившего на входы информационныхвходов с блока 6 памяти,на число,поступившее на входы другой группы информационных входов с регистра 21 л где ь,(производится нормировка значенийимпульсной переходной функцри, т.е,получение значений (и(и ) Ь == Ь(" ), где Ь " максимальное измеренное значение), и передача результата деления на информационный входсумматора 17. По этому же импульсугенератора 15 импульсов, поступающему на управляющий вход сумматора 17,в нем производится суммирование числа, поступившего на его информационный входс числом, уже находящимсяв сумматоре 17, Эта процедура повторяется по каждому из и импульсов генератора 15 импульсов, В результатепосле выдачи генератором 15 импульсов и-го импульса в сумматоре 17 хранится сумма значений, поступивших завремя работы генератора 15 импульсовна информационный вход сумматора 17.По и-му импульсу генератора 15 импульсов счетчик 18 вырабатывает насвоем выходе сигнал, который, поступив на вход останова первого генератора 8 импульсов, останавливает егогенерацию, поступив на другой управляющий вход сумматора 17, считываетиз него полученную в нем сумму чисел на первый информационный входблока 19 умножения. В блоке 19 умножения осуществляется умножение числа, поступившего на первый информационный вход,на значение 3 , поступившее на второй информационный входблока 19 умножения Результат, переданный в регистратор 20 из блока 19умножения, является значением параметра, характеризующего инерционностьисследуемого объекта- параметр, характеризующий инерционность системы (постоянная времени, для простейших систем);11 109666512лы И ни - модуль нормированной нм- ИПФ обеспечивает непосредственное пульсной переходной функ- измерение параметра, характеризующеции; го инерционность линейных систем Т - выбранное время интегри- произвольной сложности (постоянной рования, определенное 5 времени для простейших систем). При как (п)Т,1, этом исчезает необходимость в проНа этом цикл работы измерителя за- ведении косвенных измерений и заметканчивается.Следующий цикл начинается ном объеме расчетной работы. Устройпри поступлении на первый вход генера- ство позволяет также существен-. тора 8 импульсов сигнала запуска. 1 О но повысить точность оценки паТаким образом, предлагаемое корре- раметра, характеризующего инерциляционное устройство для определения онность.Составитель А, Иванова Редактор А. Шандор Техред А.Бабинец Корректор Г,Огар Заказ 3827/37 Тираж 699 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектрая, 4