Устройство для классификации многопараметрических объектов

:;33 СВИДЕТЕЛЬСТ Н А 8 ТОРСНО ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССРУ 752354, кл. С 06 Р 15/36, 1980.Барзилович Е.Ю., Воскобоев В.Ф.Эксплуатация авиационных систем по, состоянию. М.: Транспорт, 1981,с. 64-65,Киселев Н.В Сечкин В.А. Техническая диагностика методами нелиненого преобразования. Л: Энергия,1980, с. 90-91.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КЛАССИФИКАЦИИМНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ(57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для идентификации технических и медицинскихобъектов. Цель изобретения - повышение достоверности классификации зсчет использования информации о статических параметрах объекта. Устройство содержит входную клеммупереключатель 2, масштабирующий усилитель 3, первый 4 и второй 12 управляемые функциональные преобразователи интегратор 5, блок 6 управ1388902 ления, классификатор 7, усилителивертикального 8 и горизонтального 9отклонения луча, электронно-лучевую трубку 10, генератор 11 пилообразного напряжения, блок 13 вводапараметров-, измеритель-преобразователь 14, буферный накопитель 15,блок 16 ввода оператора преобраэоваИзобретение относится к контроль" но-измерительной и испытательной технике и может быть использовано для идентификации различных объектов, 5 в частности для классификации объектов при технической и медицинской диагностике.Цель изобретения - повышение достоверности классификации многопара О метрических объектов за счет использования совокупности динамических сигналов и статистических параметров.На фиг. 1 представлена схема уст ройства; на фиг. 2 - схема классификатора; на фиг. 3 " схема буферного накопителя; на фиг, 4 - схема управ- ления.На фиг. 1 обозначены входная клем ма 1, переключатель 2, масштабирующий усилитель 3, первый управляемый функциональный преобразователь 4, интегратор 5, блок 6 управления, классификатор 7, усилитель 8 вертикального отклонения луча, усилитель 9 горизонтального отклонения луча, элект" ронно-лучевая трубка 10, генератор 11 пилообразного напряжения, второй управляемый функциональный преобразо ватель 12, блок 13 ввода параметров, измеритель-преобразователь 14, буферный накопитель 15, блок 16 ввода оператора преобразования сигнала и клемма питания 17. 35Входная клемма 1 является одним из входов устройства и предназначена для подачи на вход устройства динамических сигналов контролируемого объекта. 40Переключатель 2 режимов обеспечивает коммутацию электрических цепей и узлов устройства при работе в одном ния сигнала, клемму 17 питания. Устройство позволяет формировать обоб-,щенный сигнал на основе совокупности статических параметров, засчет чего повышаются информативность описания объекта и достоверность его классификации. 1 э.п.ф-лы, 4 ил. иэ пяти режимов. Конструктивно переключатель 2 режимов состоит из четырех переключателей, которые объединены в одном переключателе, например четырехплатном на пять положений.Масштабирующий усилитель 3 служит для согласования сигнала объекта контроля с входными цепями первого функционального преобразователя 4 и представляет собой усилитель постоянного тока. Первый 4 и второй 12 управляемые Функциональные преобразователи выполнены на основе электронно-лучевой трубки. Первый служит для нелинейного преобразования динамических сигналов, поступающих с контролируемого объекта через входную клемму 1 или с второго преобразователя 12, преобразующего статическое значение параметров в динамический сигнал.Интегратор 5, содержащий операционный усилитель 5-1, конденсатор 5-2 обратной связи, входные резисторы 5-3 и 5-4, резистор 5-5 разряда конденсатора, предназначен для интегрирования динамического сигнала, подаваемого на его первый вход с выхода преобразователя 4 в течение определенного времени, суммиро вания полученного значения с некоторым заданным значением, подаваемым на его второй вход с выходом блока 16, и выдачи результата на вход классификатора IПодключение первого и второго входов интегратора 5 к входу усилителя 5-1 производится через входные резисторы посредством вторых замыкающих и третьих размыкающих контактов четвертого реле блока 6 управления.5 1 О 15 25 30 Параллельно усилителю 5-1 подключенконденсатор 5-2, а через первые замыкающие контакты первого реле блока6 управления - резистор 5-5 разрядаконденсатора. Выход усилителя 5-1подключен к выходу интегратора 5через четвертые размыкающие контактычетвертого реле блока 6 управления.Интегратор работает следующимобразом,При замыкании контактов 6-1-1конденсатор 5-2 разряжается, т.е.происходит обнуление интегратора.При замкнутых замыкающих контактах6-4-2 раэмыкающие контакты 6-4-3и 6-4-4 разомкнуты, так как принадлежат этому же реле, При этом навход интегратора 5 подается интегрирующий сигнал и осуществляется процесс интегрирования, т.е. заряд конденсатора до определенного,напряжения. По истечении заданного времени происходит переброс контактов6-4-2, 6 - 4 - 3 и 6-4-4 в противоположное положение, к второму входуинтегратора прикладывается череззамкнутые контакты 6-4-3 сигнал с выхода блока 16, который суммируетсяс накопленным в интеграторе значением, и результирующий сигнал череззамкнутые контакты 6-4 - 4 подаетсяна вход классификатора,Блок 6 управления содержит первое6-1 и второе 6-2 реле, реле 6-3 времени, третье реле 6-4, второе реле6-5 времени, кнопку 6-6 "Сброс",кнопку 6-7 "Пуск в ",кнопку 6-8 "Пуск"резистор 6-9, конденсатор 6-10, первые 6-11 и вторые 6-12 замыкающиеконтакты первого реле, первые 6-2-1,вторые 6-2-2, третьи 6-2-3, четвертые 6-2-4, пятые замыкающие 6-2-5,шестые размыкающие 6-2-6 контактывторого реле, первые замыкающие 6-3-1и вторые размыкающие 6-3-2 контакты первого реле времени, первые6-4-1, вторые 6-4-2 замыкающие итретьи 6-4-3, четвертые 6-4-4 размыкающие контакты четвертого реле,первые размыкающие контакты 6-5-1второго реле времени, первый 6-11 ивторой 6-12 выключатели. Блок 6 предназначен для управления работой устройства при классификации объектов либо по совокупности статических параметров, либо по динамическим сигналам. Сущность работы блока управления состоит в коммутации с помощьюконтактов его реле определенных цепей внешних блоков, причем управление осуществляется нажатием соответствующих кнопок, а соответствующие временные выдержки - с помощьюреле времени.Классификатор 7 предназначен дляопределения принадлежности контролируемого объекта к одному из классовсостояния,Блок 13 ввода параметров предназначен для преобразования физическихпараметров любой природы в электрические напряжения и их нормирования,запоминания и подачи нормированныхзначений параметров на управляющие 20, входы второго преобразователя 12 на все время классификации состояния контролируемого объекта.Преобразователи-измерители 14 осуществляют непосредственное измерение и преобразование в электрический сигнал значений контролируемых параметров, Они могут быть различного типа в зависимости от вида измеряемого параметра. Буферный накопитель 15 включаетв себя операционный усилитель 15-1,конденсатор 15-2, реостат 15-3, резисторы 15-4-15-6 и резистор 15-7разряда конденсатора.Буферный накопитель работает следующим образом. При замыкании замыкающих контактов 6-1-2 происходитразряд конденсатора 15-2 на резистор 4015-7 т.е. осуществляется обнулениеинформации. При замыкании замыкающихконтактов 6-2-2, 6-2-3 и 6-2-4 иразмыкании раэмыкающих контактов6-2 - 5 и 6 - 2-6 как принадлежащих это.му же реле происходит заряд конденсатора 15-2 входным напряжением, поступающим по цепи: контакты 6-2-3,реостат 15-3, резистор 15-5, контакты 6-2-4, усилитель 15-1, конденсатор 15 - 2, резистор 15-4,.контакты6-2-2, корпус, При размыкании контактов 6-2-.2, 6-2-3 и 6-2-4, замыкаются контакты 6-2-5 и 6-2-6 и навыходе 15-1 будет напряжение, равноенапряжению, до которого заряжен конденсатор 15-2, образующий цепь обратной связи.С помощью реостата 15-3 обеспечивают установку соответствующего ко1388902 5эффициента передачи, подбором которого достигается нормирование контролируемого параметра.Блок 16 предназначен для заданияоператора нелинейного преобразования путем формирования соответствующих значений напряжений на своих выходах и подачи их на управляющие входыпервого преобразователя 4, а такжедля формирования напряжения, подаваемого с его последнего выхода навторой вход интегратора 5, Блок ввода оператора преобразования сигналаможет быть выполнен в виде наборапотенциометров.Устройство может работать в пятирежимах, задаваемых четырьмя переключателями 2. Основными режимами яв-.ляются третий и пятый. В третьем ре 20жиме осуществляется классификацияобъектов, состояние которых отображается одним динамическим сигналома в пятом режиме - объектов, описываемых совокупностью статических 25параметров. Управление устройствомклассификации в этих режимах осуществляется блоком 6,Пятому режиму присущи основныеоперации устройства, поэтому рассмотрим работу последнего в этом режиме.Перед началом классификации нажатием кнопки 6-6 "Сброс" осуществляется сброс имеющейся информации. Приэтом срабатывает реле 6-1,котороесвоими замыкающими контактами 6-1-1подключает параллельно конденсатору5-2, а замыкающими контактами 6-1-2 -параллельно конденсаторам 15-2 соответственно реэисгоры 5-5 и 15-7разряда конденсатора, в результатечего укаэанные конденсаторы полносгьюразряжаются,Выключателем 6-12 на вход генеЬ ратора 11 подается питание с клеммы 17.При нажатии на кнопку 6-7 "Пуск" срабатывает реле 6-2, которое свои 50 ми замыкающими контактами 6-2-1 через размыкающие контакты 6-3-2 становится на самоблокировку и запитывает катушку первого реле 6-3 времени, а также замыкаетконтакты 6-2-2, 6-2-3, 6-2-4 и размыкает контакты 6-2-5, 6-2-6 в цепях буферных нако пителей 15, При этом буферные накопители запоминают значения измеренных и.нормированных параметров.3 По истечении заданного временисрабатывает первое реле 6-3 времени,которое размыкает свои контакты6-2-2 и замыкает контакты 6-3-1. Приэтом обесточивается реле 6-2 и размыкаются его контакты 6-2-1, однако реле 6-3 времени удерживается некоторое время во включенном состоянии засчет большой постоянной времени разряда параллельно подключенной емуцепи из резистора 6-9 и конденсатора6-10. Этого времени достаточно длясрабатывания реле 6-4, которое черезразмыкающие контакты 6-5-1 второгореле времени 6-5 и собственные замыкающие контакты 6-4-1 становится насамоблокировку и запускает второереле 6-5 времени.При этом замыкаются контакты 6-4-2и размыкаются контакты 6-4-3 и6-4-4 в цепях интегратора, которыйподключается к выходу преобразователя4 и производит интегрирование динамического сигнала.По истечении заданного времени,определяемого как время классификации, срабатывает реле 6-5 времени,которое размещает свои контакты вцепи блокировки реле 6-4, в результате чаРо оно отпускает, его контакты 6-4-2 размыкаются, контакты6-4-3 и 6-4-4 замыкаются, а интегратор 5 отключается от выхода блока 4и подключается своим вторым входомк выходу блока 1 Ъ, а выходом - квходу классификатора 7,Физическая сущность процесса классификации состоит в следующем.Напряжение с выходов буферных накопителей блока ввода параметров подаются на управляющие входы второго преобразователя 12, При подаче на его вход пилообразного напряжения на его выходе Формируется некоторый обобщенный динамический сигнал х, с частотой, равной частоте импульсов генератора пилообразного напряжения, и имеющий форму,соответствующую данной совокупности напряжений, приложенной к его управляющим входам с выходов буферных накопителей,Сигнал х(С) через пятые контакты четвертого и второго переключателей 2 режимов и масштабирующий усилитель 3 подается на входблока 1, осуществляющего нелинейное преобразование сигнала х(й) в соответствии с опера-тором, задаваемым напряжениями, подаваемыми на его управляющие входы с блока 16, причем каждое напряжение соответствует Ь-й координате рь 5 оператора ( нелинейного преобразования.Выбором соответствующего оператора ( нелинейного преобразования достигается уменьшение среднеквад ратичного отклонения значений некоторого функционала Б от случайных реализаций сигналов данного класса относительно эталонного значения функционала Б для этого класса, что обеспечивает лучшую достоверность распознавания.В результате нелинейного преобразования сигнал на выходе блока 4 имеет закон изменения у(С) =срх(С) . 20 Этот сигнал поступает на вход интегратора 5, в котором производится его интегрирование в течение заданного времени Т, а затем суммирование полученного значения с нуле вой координатой (, операторанелинейного преобразования, соответствующего данному классу и взятому с отрицательным знаком.30В результате на выходе интегратора формируется значение функционала Б определяемого выражением Бт- цхй) ае -уоВ случае дихотомии классификатор осуществляет классификацию контролируемого объекта в соответствии со следующим, решающим правилом;Б ) О, объект принадлежит к 1 классу; 40БО, объект принадлежит к 2 классу,от.е. реагирует на знак сигнала насвоем входе,Третий режим работы устройствааналогичен пятому, за исключениемтого, что в этом случае динамическийсигнал, отражающий состояние контролируемого объекта, подается непосредственно на входные клеммы 1 и черезтретьи контакты первого и второго переключателей 2 режимов, масштабирующий усилитель 3 на вход блока 4, при.чем последний может быть перестроенна нелинейное преобразование вида,соответствующего классифицируемомуобъекту.Пуск устройства классификации вэтом режиме осщЕствляется нажатием кнопки 6-8 "Пуск" блока управления, действие которой аналогично действию замыкающих контактов 6-3-1Даль - нейшая работа блока 6, аналогична работе в пятом режиме.Первый режим работы позволяет на экране электронно-лучевой 10 просмат. ривать вид оператора р преобразования первого преобразователя, для чего его вход через масштабирующий усилитель 3 и первые контакты второго переключателя 2 режимов соединяется с выходом генератора 11 пилообразного напряжения, а его выход через первые контакты третьего переключателя режимов, усилитель 8 вертикального отклонения подключается к вертикально отклоняющим пластинам, горизонтального отклоняющие пластины трубки 10 через усилитель 9 горизонтального отклонения подключены к выходу генератора 11 пилообразного напряжения.Во втором режиме работы на экране трубки 10 наблюдается входной динамический сигнал, подаваемый с входных клемм 1 через вторые контакты первого и третьего переключателей 2 режимов на вход усилителя 8 вертикального отклонения.В четвертом режиме работы на экране трубки 10 наблюдают динамический сигнал на выходе второго преобразователя 12, подаваемый на вход усилителя 8 вертикального отклонения через четвертые контакты четвертого и третьего переключателей 2 режимов.Таким образом, формирование из ссвокупности статических параметров обобщенного параметра в виде динамического сигнала, отражающего состояние контролируемого объекта, повышает информативность его описания и на этой основе увеличивает достоверность классификации, а обеспечение устройством классификации объектов, описываемых как динамическими, так и совокупностью статических параметров, расширяет функциональные воэможности устройства и область его применения.Формула изобретения1. Устройство для классификации многопараметрических объектов,содержащее переключатель, масштабирующий усилитель, первый управляемый функ 1388902 10циональный преобразователь, интегратор, классификатор, усилитель вертикального отклонения луча, усилитель ГОризонтального Отклонения луча электронно-лучевую трубку генератор пилообразного напряжения и блок вводф оператора преобразования сигнала, вод которого является установочным входом устройства, группа выходов 10 соединена с группой управляющих входов первого управляемого функциональ 1иго преобразователя, информационный вход которого связан с выходом масшабирующего усилителя а выход - с первым информационным входом интегратора, второй информационный вход кдорого подключен к выходу блока ввода оператора преобразования сиги ла, а выход - к входу классифика т ра, вход масштабирующего усилителя соединен с первым выходом перекпюч 4 теля, второй выход которого свяэфн со входом усилителя вертикальног отклонения луча, выход генератора 25 пилообразного напряжения подключен к первому входу переключателя и к входу усилителя горизонтального отклон 4 ния луча, управляющие входы электронно-лучевой трубки соединены с выходами усилителей вертикального и горизонтального отклонений луча, вторФй вход переключателя связан с выходфм первого управляемого функционального преобразователя, о т л и ч а юще е с я тем, что, с целью повыше 35 ня достоверности работы устройства путем использования при классификации динамических и статических сигналов, в него введены блок управления, второй управляемый функциональный преобразователь и блок ввода параметров, группа информационных входов которого образует группу информационных входов устройства, первый управляющий вход соединен с первым управляющим выходом блока управления, второй управляющий выход которого связан с первым управляющим входом интегратора, а третий управляющий выход - с вторыми управляющими входами блока ввода параметров и интегратора, информационный и питающий входы блока управления являются соответственно информационным и питающим входами устройства питающий выход блока управления соединен с входом генератора пилообразного напряжения, а информационный выход - с третьим входом переключателя, четвертый вход которого связан с выходом второго управляемого преобразователя, информационный вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения, а группа управляющих входов - к группе выходов блока ввода параметров2. Устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок ввода параметров содержит группу измерителей-преобразователей и группу буферных накопителей, выходы которых образуют группу выходов блока, первые и вторые управляющие входы подключены соответственно к первому и второму управляющим входам блока, а входы - к выходам измерителей в преобразователей, входы которых составляют группу информационных входов блока.1 388902 Составитель В. ВорТехред А. Кравчук Тяско ор ПодписноССР фическо П одственно-и едактор А. Огаакаэ 1583/52 ВНИИПИ Гос по делам 13035, Иоскв