Устройство для измерения динамических характеристик

. В. етельство СССР05 В 23/02, 3 .05.74,ельство СССР05 В 23/02, 30.06.8 . ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВ(54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК, содержащее блок управления, анализатор спектра, блок постоянной памяти, блок регистрации и коррелятор, первый информационный вход которого является первым информационным входом устройства, а информационный выход соединен с информационным входом анализатора спектра, тактовый вход которого подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с входом Чтение блока постоянной памяти, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит сумматор по модулю два, аналоговый сумматор, вычислитель и регистр сдвига, третий выход блока управления объединен с выходом сумматора по модулю два и подключен к информационному и тактовому входам регистра сдвига, выход второго разряда которого соединен с одним входом сумматора по модулю два, выход третьего разряда - с другим входом сумматора по модулю два, с первым выходом аналогового сумматоры и с вторым информационным входом коррелятора, второй вход и выход аналогового сумматора являются вторым информационным входом и выходом устройства соответственно, четвертый и пятый выходы блока управления соединены с первым и вторым стробирующими входами коррелятора соответственно, а шестой - с входами сброса регистра сдвига, коррелятора, анализатора спектра и вычислителя, выходы которого подключены к входам блока регистрации, второи выход блока управления соединен с входом Пуск вычислителя и входом считывания анализатора спектра выходы которого подключены к первым информационным входам вычислителя, вторые информационные входы которого соединены с выходами блока постоянной памяти, первая и вторая группы выходов блока управления подключены к входам первой группы коррелятора и объединенным входам второй группы коррелятора и адресным входам анализатора спектра соответственно.2. Устройство по п, 1, отличающееся тем, что коррелятор содержит первый и второй усилители, аналого-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, регистры группы, цифроаналоговые преобразователи группы, умножители первой группы, Е ключи первой группы, делители группы, ана- уу лого-цифровые преобразователи группы, ЦФ ключи второй группы, причем входы первого ф и второго усилителей, тактирующие входы аналого-цифрового преобразователя, ана.лого-цифровых преобразователей группы, регистров группы, входы сбросов регистров фф группы, управляющие входы ключей первой мы группы, группа входов цифро-аналогового ар преооразователя, управляющие входы ключей второй группы являются вторым и Сф первым информационным, вторым строби- Я рующим, сброса, первым стробирующим, (; первой и второй группами входов коррелятора соответственно, выход первого усилителя соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с информационным входом первого регистра регистров группы, информационный выход которого и информационные ф входы и выходы других регистров группы соответственно соединены и подключены к входам цифроаналоговых преобразователей группы, выходы которых соединены с первыми входами умножителей первой группы, вторые входы которых соединены с выходом второго усилителя, а выходы - с инфор1168902 мационными входами ключей, первой группы, выходы которых соединены с первыми входами делителей группы, вторые входы которых соединены с выходом цифроаналоговых преобразователя, а выходы - с информационными входами аналого-цифровых преобразователей группы, выходы которых соединены с информационными входами ключей второй группы, выходы которых являются группой выходов коррелятора.3. Устройство по п, 1, отличающееся тем, что анализатор спектра содержит узел постоянной памяти, умножители второй и третьей групп, сумматоры первой и второй групп, сумматор, узлы оперативной памяти первой и второй групп, узел оперативной памяти, элементы И первой и второй групп, элемент И, причем первые входы умножителей второй и третьей групп, сумматора вторые входы элементов И первой и второй групп, элемента И, адресный вход узла постоянной памяти, тактирующие входы и вход сброса узлов оперативной памяти первой и второй групп, узла оперативной памяти являются входами информационным, счетным, адресным, тактирующим и сброса анализатора спектра соответственно, выходы первой и второй групп узла постоянной памяти соединены с вторыми входами умножителей второй и третьей групп соответственно, выходы умножителей второй и третьей групп соединены с первыми входами сумматоров первой и второй групп соответственно, вторые входы сумматоров первой и второй групп соединены с выходами узлов оперативной памяти первой и второй групп соответственно, а выходы - с информационными входами узлов оперативной памяти первой и второй групп и первыми входами элементов И первой и второй групп, второй вход сумматора соединен с Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для определения частотных характеристик динамических объектов и систем.Цель изобретения - повышение точности устройства.На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - коррелятор; на фиг. 3 - анализатор спектра; на фиг, 4 - блок управления.Устройство (фиг. 1) содержит коррелятор 1, блок 2 управления, анализатор 3 спектра, блок 4 постоянной памяти, блок 5 регистрации, регистр 6 сдвига, сумматор 7 выходом узла оперативной памяти, а выход - с информационным входом узла оперативной памяти и вторым входом элемента И, выход которого и выходы элементов И первой и второй групп являются информационным выходом анализатора спектра.4, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит ключ, формирователь импульсов, первый и второй триггеры, генератор импульсов, первый и второй счетчики, одновибратор, элемент И, причем входы ключа, одновибратора, данных первого триггера соединены с шиной положительного потенциала устройства, выход одновибратора соединен с входами сброса первого и второго триггеров, первого и второго счетчиков и является шестым выходом блока управления, выход ключа соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входом синхронизации первого триггера, выход которого соединен с входом генератора импульсов, первый выход которого является третьим выходом блока управления, второй выход - его пятым выходом и соединен со счетным входом первого счетчика, третий выход - первым выходом блока управления и соединен с входом данных второго триггера и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, вход синхронизации которого соединен с выходом переполнения первого счетчика, выход данных которого является первой группой выходов, а выход переполнения - четвертым выходом блока управления, выход элемента И соединен со счетным входом второго счетчика, выход данных которого является второй группой выходов, а выход переполнения - вторым выходом блока управления соответственно. по модулю два, аналоговый сумматор 8, вычислитель 9.Коррелятор (фиг. 2) содержит первый 10 и второй 11 усилители, АЦП 12, ЦАП 13, регистры 14 группы, ЦАП 15 группы, умно- жители 16 группы, ключи 17 первой группы, делители 18 группы, АЦП 19 группы, ключи 20 второй группы. Анализатор спектра (фиг. 3) содержит узел 21 постоянной памяти, умножители 22 и 23, второй и третьей групп, сумматоры 24 и 25 первой и второй групп, сумматор 26, узлы 27 и 28 оперативной памяти первой и второй групп, узел 29 оперативной па(5) мяти, элементы И 30 и 31 первой и второй групп, элемент И 32.Блок управления (фиг. 4) содержит ключ 33, формирователь 34 импульсов, первый 35 и второй 36 триггеры, генератор 37 импульсов, первый 38 и второй 39 счетчики, одно- вибратор 40 и элемент И 41. Устройство (фиг. 1) содержит также объект 42 контроля. Устройство работает следующим образом,При включении питания на блоке 2 управления положительный потенциал поступает на одновибратор 40, который вырабатывает одиночный импульс, приводящий в исходное состояние все блоки и узлы устройства, и на вход данных первого триггера 35. После замыкания ключа 33 блока 2 управления положительный потенциал через формирователь 34 импульсов поступает на вход синхронизации первого триггера 35, который синхронизирует работу устройства и управляет работой генератора 37 импульсов. Последний имеет три выхода, первый из которых является третьим выходом блока 2 управления, второй - его пятым выходом; третий его первым выходом. Самая чч:.(ь;ая частота следования импульсов снимается с пятого выхода блока управления, самая низкая - с третьего, но все частоты жестко связаны между собой. Импульсы с третьего выхода блока 2 управления поступают на тактовый и информационный входы регистра 6 сдвига, второй и третий разрядные выходы которого через сумматор 7 но модулю два замыкаются на вход регистра 6 сдвига. На выходе регистра 6 сдвига образуется сигнал псевдослучайной бинарной последовательности (ПСБП), параметры которого Т - длительность импульсов, снимаемый с третьего выхода блока 2 управления, и То -- период повторения сигнала, можно изменять, изменяя величину Т. Затем сигнал ПСБП с выхода регистра 6 сдвига поступает на вход аналогового сумматора 8, где складывается с рабочим сигналом х(1), и результирующий сигнал поступает на вход объекта 42 контроля. Одновременно сигнал ПСБП поступает на второй информационный вход коррелятора 1, на первый информационный вход которого поступает реакция объекта 42 контроля от действия двух сигналов - рабочего х(1) и ПСБП х.(1). Можно добиться некоррелированности сигналов х(1) и х.(1).Некоррелированность с рабочим сигналом обеспечивается выбором периода квантования Т и длины ПСБП То, которые определяются длительностью импульсов, задаваемых генератором 37 импульсов. для линейной системы выходной сигнал имеет вид у(1)=ур(1)+у.(1), где ур(1) и у.(1)составляющие выходного сигнала, обусловленные 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 соответственно рабочим хр (1) и пробным х.(1) сигналами.Рабочий сигнал хр задается в узкой полосе частот, а ПСБП имеет более широкий и равномерный спектр, поэтому они коррелированы слабо, а следовательно, и слабо коррелированы сигналы х (1) и у 1). Таким образом, между взаимными корреляционными функциями справедливо выражение Ку (т) = К.у (1) .Соотношение между а втокорреляционной функцией ГСБП К" (1 - т) и взаимной корреляционной функцией К" (т) выражается в виде интервала свертки.К( ) = 5 ж К( - т)(11, (1) Следовательно, их можно рассматривать соответственно как входной и выходной сигналы проверяемого объекта, Тогда частотные характеристики объекта можно определять, измеряя отношения между их преобразованиями ФурьеГ Кчу (т) 1=5ю) = - С в) +) В ; (2) К(т)=5" ц) =С" (ц+)В" о); (3) а именно %ы) -- С" - ") " (3 ху ( -Схх(А+3 вхх М)".о) - фазочастотная характеристика системы.Периодичность автокорреляционной функции ПСБП, представляющей собой последовательность треугольных импульсов, линейность ее спектра и отсутствие в нем элементов случайности, является существенным достоинством при реализации чалотного метода контроля систем в режиме их нормального функционирования. Это позволяет контролировать исследуемую систему, используя выражения (2) - (4) сразу на многих частотах, раскладывая функции Гх(Г) и Ку (т)в ряд Фурье. Эти функции являются периодическими с периодом Тв. поэтому заранее известна и совокупность частот, на которых производится контроль системы.Основная частота= /Т(, остальные частоты кратны (, т. е. (=п. (;, причем при изменении Т и То меняется и совокупность частот контроля.Функция К. (т) четная, поэтому при изложении ее в ряд Фурье она содержит только свободный член и косинусные составляющие ахх,К. (т) = -- +С сов(41й Эта функция известна заранее, следовательно., заранее известны все ее коэффициенты разложения в ряд Фурье, которые записываются в блок 4 постоянной памяти.) 3 Е К ху 1л4, Кху Ху 1 ХУ 1 (1 ) 1 п вЛ 1, (1 При группы того вь умнож первые7 первойс четверсигналы ступают наы, на втосрабатывании к от импульса, сни ода блока 2 упра елей 16 первой гр ходы делителей ючеиаемоголения,ппы пос8 групп Так как величина естна,Т,сления взаимноКхъ( - т ), то из Разложение в ряд Фурье функции К.у(т) содержит свободный член, косинусные состав- ляющие Клу(Г) = Вхчю/2+Я Сху 1 сов 1 ю 1 +с 1 5л+С 2 хх 1( Оу 1 )яппи 61 Ц. (7)Из выражения (7) следует, чтоРо =ВхуоЯххд, Р (1 ю 1 ) =Сху 1/Схх 1 ,Я 1(1 ю) = Вху 1/Схх 1, (8) 20 к (Р; ( в 1); (Р(0) - значение частотнойристики на нулевой частоте;Р (в) - значение вещественной частичастотной характеристики на 1-й частоте;А(а) и 1 р (о) - амплитуда и фаза АФЧХ;Я (м) - значение мнимой части частотной характеристики на 1-й частоте,С выходов регистра 6 сдвига и объекта 42 контроля сигналы поступают на второй и первый информационные входыкоррелятора 1, который работает следующим образом. Усиленный первым усилителем 10 сигнал х. через АЦП 12 поступает на информационный вход первогорегистра 14 регистров группы, на второйстробирующий вход коррелятора 1 поступают 40импульсы с пятого выхода блока 2 управления, управляющие работой АЦП 2, регистров 14 группы и АЦП 19 группы,согласно поступающим импульсам сигналх.(1) перемещается от первого до последнего регистра регистров 14 группы и 45преобразованный ЦАП 15 группы поступает на первые выходы умножителей 16группы, на вторые выходы которых поступает реакция объекта 42 контроля, усиленная усилителем 11, на выходах умножителей группы накапливаются значения, равные,Е х 1(1 - С) у. (1), (10) рые входы которых поступают через ЦАП 13 с выходов первой группы блока 2 управления значения интервала определения взаимнокорреляционной функции Т. С выходов делителей 18 на информационные входы ключей 20 второй группы через АЦП 19 группы поступают значения взаимнокорреляционной функции К 1 ( - т), равныеК ( - -т) = -х ( - т) у,Тк .(1 1)По командам с выходов второй группы блока 2 управления открываются по порядку ключи 20 второй группы, и на информационный выход коррелятора поступают значения Кку; ( - т).Частота считывания значений К.; ( - т) строго зависит от частоты следования импульсов, снимаемых с второго выхода блока 2 управления.Блок 2 управления работает следующим образом. Импульсы с второго выхода генератора 37 импульсов поступают на счетный вход первого счетчика 38, на выходе данных которого формируется величина, пропорциональная интервалу длительности Твзаимокорреляционной функции К у,(т-), а с выхода переполнения - четвертого выхода блока управления снимается стробирующий импульс, который управляет работой ключей 17 первой группы, выход переполнения первого счетчика 38 соединен с входом синхронизации второго триггера 36, вход данных которого соединен с третьим выходом генератора 37 импульсов. Этот выход является тактирующим выходом для анализатора 3 спектра, выход второго триггера 36 соединен с первым входом элемента И 41, второй вход которого соединен с третьим выходом генератора 37 импульсов, а выход - со счетным входом второго счетчика 39, выходы данных которого являются выходами второй группы блока 2 управления и управляют работой ключей 20 второй группы корррелятораи адресными входами узла 21 постоянной памяти анализатора 3 спектра, а выход переполнения является вторым выходом блока 2 управления и управляет считыванием информации с анализатора 3 спектра, блока 4 постоянной памяти и пуском вычислителя 9.Анализатор 3 спектра реализует следую щий алгоритм: известен интервал Л вы корреляционной функциивестна и совокупность частот контроля системы, а следовательно, и набор весовых коэффициентов з)п 1 - -"Л 1, сов) 2" Л 1,которые заранее записываются в узел 21 постоянной памяти анализатора 3 спектра по своим адресам. При поступлении первого импульса с выходов второй группы блока 2 управления на ключ 20 второй группы ключей 20 коррелятора 1, ключ 20 открывается и первое значение К.у 1 поступает на вторые входы умножителей 22 и 23 второй и третьей групп и второй вход сумматора 26, одновременно этот импульс по адресному входу анализатора 3 спектра из узла 21 постоянной памяти вызывает значения з)п) -- Л 1 и сов 1 Л 1, которыегк 1 .211Топоступают на первые входы умножителей 22 и 23 второй и третьей групп, на выходах умножителей появляются значениячастных произведении Ку, з)п 1 -- ,Л иг 11 1Курсов 1 -- Л 1. Цифровые значения частных211т,произведений поступают на первые входы сумматоров 24 и 25 первой и второй гррупп. Сумматоры соединены своими выходами с входами узлов 27 и 28 оперативной памяти первой и второй групп, выходы которых подключены к вторым входам суммааторов. Узлы оперативной памяти представляют собой наборы разрядных цепочек сдвигающих регистров, что позволяет осуществлять цикличное движение суммчастных произведений. При поступлениивторого импульса с выходов второй группыблока управления открывается второй ключвторой группы ключей 20 коррелятора 1,и второе значение Копоступает на умножители 22 и 23 первой и второй группи сумматор 26, одновременно на первыевходы умножителей по адресной командеэтого же импульса поступают значениягхгз)п) -- Л и сов) -- гЛ из узла 21 опегЮгтТоративной памяти. Таким образом на выходахсумматоров 24 и 25 первой и второйгрупп формируются суммы частных произ 15Л ведений В . 1 =й ая и 1 ф в " ьА; С . г =1 ф 1го11.-1гУ л=;Е К 1,сов)гл л 1, а на выходе суммато 20ра 26 - сумма В хуо=:.- Кху 1. При поступ 1=1ленин импульса переполнения с второговыхода блока 2 управления на вторыевходы элементов И 30 и 31 первой и второй групп и элемента И 32 значения ВюС , Во поступают в вычислитель 9, одно 25 временно по команде этого же импульсазначения а, иС."; сов) -- Л 1, хранящие 2 лся в блоке 4 постоянной памяти такжепоступают в вычислитель 9, который переЗО ходит в режим вычисления, реализуя алгоритм выражений (8) и (9), полученныезначения А (а ) и 1 р (оМ) регистрируютсяблоком 5 регистрации,Составитель И. Алекс Техред И. Верес Тираж 863 И Государственного комитет делам изобретений и откр Москва, Ж - 35, Раушская н П Патент, г. Ужгород, ул.