Устройство для определения экстремальных характеристик

. СОЮЗ СОВЕТСКИХЯЭВЮЕсиииРЕСПУБЛИК 5.В 0 ИЗОБРЕТЕНИИДЕТЕЛЬСТВУ ОПИСАН ым окин сти еск ация и обустемах.223,входукотороервого ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРйО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К.АВТОРСКОМУ Св(56 )1. Цыпкин Я.З, Адапчение в автоматических сМ., "Науками 1968, с.218 рис.7.72, Авторское свидетельство СССР 9 842723, кл. Э 05 В 23/02 1979 (прототип).(54 )(57 ) УСТРОЯСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК, содер.жащее коррелятор, первый запоминающий блок, первый вход которого подкжочен к первому выходу коррелятора второй вход - к -второму выходу коррелятора, третий вход - к первому входу коррелятора, четвертый вход - к второму входу коррелятора,. блок определения частоты, вход которого подключен ко второму выходу коррелятора, последовательно соединенные первый анализатор спектра и.первый коммутатор, а также последовательно соединенные второй анализатор спектра и второй коюутатор причем .первые входы первого н второго анализаторов спектра подключены к первому выходу блока определения частоты, первый выход первого запоминающего блока - к второму входу второго анализатора .спектра, второй выход первого за-. ,поминающего блока - к второму входу первого анализатора спектра, второй выход блока определения частоты подключен к первому синхронизатора, первый выход го подключен к пятому входу п запоминанщего блока второй выход синхронизатора подклкяен-ко вто-, .ЯО, 1035566 А р входам первого и второго коммутаторов, выход второго коммутатора - к входу нуль-органа, первый выход нуль-органа - к вторым входам первого и второго блоков деления, второй выход нуль-органа - к второму входу синхронизатора, первый выход первого коммутатора - к первому входу первого блока деления, второй выход первого коммутатора - к входу первого элемента И-НЕ, выход которого подключен к первому входу второго блока деления, первый выход первого блока деления подключен к второму входу первого блока умножения, к входу третьего квадратбра и к четвертому входу регистратора, . Е выход второго блока деления - к второму входу второго блока умножения к входу четвертого квадратора и к пятому входу регистратора, выход С первого блока умножения - к первому входупервого .сумматора, выход второго блока умножения - к второму входу первого сумматора, третий выход синхронизатора - к.третьему входу: 1 первого сумматора, выход первого.сумматора - к второму входу третьего бло- ка деления и к первому входу восьмогоф) блока умножения, выход третьего блока деления - к первому входу регистра- СЛ тора, ко входу четвертого элемента ф И-НЕ и к первому входу элемента ИЛИ ев, выход четвертого элемента И-НЕ под- аФ 4 клвчен к первому входу второго запо- ф,) минающего блока, выход первого квадратора - к первому входу второго сумматора, выход второго квадратора - ф. к входу второго элемента И-НЕ, выход ф которого подключен ко второму входу второго сумматора, выход второго сумматора - к входу первого масштабного блока, выход третьего блока умножения - к входу второго масштабного блока, выход первого масштабного блока - к первым входам четвертого и пятого блоков умножения, выход второ"1035566 10 го масштабного блока - к первому входу шестого блока умножения, второй вход четвертого блока умножения подключен к выходу третьего квадратора, второй вход пятого блока умножения - к выходу третьего элемента И-НЕ, вход третьего элемента И-НЕ - к выходу четвертого квадратора, второй вход шестого блока умножения - к первому выходу первого блока деления, выход шестого блока умножения - к первому входу седьмого блока умножения, второй вход седьмого блока умножения - к выходу второго блока деления, выход четвертого блока:умноже. ния - к первому входу третьего сумматора, выход пятого блока умножения к второму входу третьего сумматора, выход седьмого блока умножения, - к третьему входу третьего сумматора, четвертый вход третьего сумматора - к пятому выходу синхронизатора, выход третьего сумматора - к второму входу элемента ИЛИ и ко второму входу четвертого блока деления, выход ,элемента ИЛИ - к третьему входу синхронизатора, вторые входы восьмого и десятого блоков умножения подключены к первому выходу второго запоминающего блока, выход восьмого блока умножения - к первому входу четвертого сумматора, выход четвертого сумматора - к первому входу четвертого блока деления, выход четвертого блока деления - ко второму входу регистратора и ко входу пятого элемента И-НЕ, выход которого подключен ко второму входу второго запоминающего блока, выход регистратора - к четвертому входу синхронизатора, второй выход первого блока деления подключен к второму входу девятого блока умножения и ко входу шестого квадратора, выход девятого блока умножения - к первому входу десятого блока умножения, выход десятого блока умножения - к первому входу пятого сумматора, выход шестого квадратора - к первому входу одиннадцатого блока Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для нахождения экстремальных характеристик парабо . лического типа динамических объектов в автоматических системах уп" равления.Известно устройство для идентифи- кации экстремальной характеристики параболического типа динамического объекта, содержащее последовательно умножения, второй вход одиннадцатогоблока умножения - к второму выходувторого запоминающего блока, выхододиннадцатого блока умноженияк первому входу двенадцатого блока умножения, второй вход двенадцатого блокаумножения. - к выходу пятого квадратора, выход пятого сумматора соединен стретьим входом блока регистрации,о т л и ч а ю щ е е с.я тем, что,с целью повышения точности идентификации модели динамического объектапутем выделения экстремальной характеристики параболического типа, вустройство дополнительно введеныпоследовательно соединенные третийанализатор спектра и третий коммутатор, а также последовательно соединенные четвертый анализатор и четвертый коммутатор, причем первые.входы третьего и четвертого анализаторов спектра подсоединены к первому выходу блока определения частоты, второй вход третьего анализатораспектра - к третьему выходу первогозапоминающего блока, второй вход дгчетвертого анализатора спектрак четвертому выходу первого запоминающего блока, вторые входы третьего и четвертого коммутаторов - квторому выходу синхронизатора, первый выход третьего коммутатора -к первому входу первого блока умножения, к входу первого квадратораи к первому входу третьего блокаумножения, второй выход третьегокоммутатора - к первому входу второго блока умножения, к входу второго квадратора и к второму входутретьего блока умножения, третийвыход третьего коммутатора - к первому входу девятого блока умножения и к входу пятого квадратора,первый выход четвертого коммутаторак второму входу пятого сумматора,второй выход четвертого коммутаторак первому входу третьего блока деления и к второму входу четвертогосумматора. соединенные идентификаторы и модель чувствительности а в обратной связи- управляющий блок. При этом идентификатор оценивает коэффициент параболической экстремальной характеристики 13.Данное устройство обладает низкой точностью из-эа использования шагового алгоритма идентификации.Наиболее близко к изобретению устройство для определения динамических параметров объекта управления 2, которое содержит коррелятор, первый запоминающий блок, первый вход которого подключен к первому выходу коррелятора, второй . вход - к второму выходу коррелятора, третий вход - к первому входу коррелятора, четвертый вход - к второму входу коррелятора, блок определения частоты, вход которого подклю.чен ко второму выходу коррелятора, последовательно соединенные первый анализатор спектра и первый коммутатор, а также последовательно соединенные второй анализатор спектра и второй коммутатор, причем первые 15 входы первого и второго анализаторов спектра подключены к первому вьвсоду блока определения частоты, первый выход первого запоминающего блокак второму входу второго анализатора О спектра, второй выход первого запоминающего блока - к второму входу первого анализатора спектра, вто-. рой выход блока определения частоты подключен к первому входу синхрони затора, первый выход которого подключен к пятому входу первого запоминающего .блока, второй выход синхронизатора подключен к вторым входам первого и второго коммутаторов, выход второго коммутатора - ко входу нуль- органа, первый выход нуль-органа - к вторым входам первого и второго блоков деления, второй выход нуль- органа - к второму входу синхронизатора, первый выход первого коммутатора - к первому входу первого блока деления, второй выход первого коммутатора - к входу первой схемы И-НЕ, выход которой подключен к первому входу второго блока деле ния. Первый выход первого блока деления подключен ковторому входупервого бло-ка умножения,к входу третьего квадратора и к четвертому входу регистратора, выход второго блока деления - 45 ко второму входу второго блока умно- кения, к входу четвертого квадратора и к пятому входу регистратора, выход первого блока .умножения вк первому входу первого сумматора, выход второго блока умножения - к второму входу первого сумматора - третий выход синхронизатора - к третьему входу первого сумматора, выход первого сумматоРа - к втоРому входу . третьего блока деления и к первому входу восьмого блока умножения, выход третьего блока деления - к первому входу регистратора, к входу четвертого элемента И-НЕ и к первому входу элемента ИЛИ, Выход четвертогоэлемента,И-НЕ подключен к первому входу второго запоминающего блока,. выход первого квадратора - к первому входу второго сумматора, выход второго квадратора - к входу второго 65 элемента И-НЕ, выход которого подключен ко второму входу второго сумматора, выход второго сумматора - к входу первого масштабного блока, выход третьего. блока умножения - к.входу второго масштабного блока, выход первого масштабного блока - к первым входам четвертого и пятого блоков умножения, выход второго масштабного блока - к первому входу шестого блока умножения. второй вход четвертого блока умножения подключен к выходутретьего квадратора, вторЬй вход пятого блока умножения - к выходу третье- го элемента И-НЕ. Вход третьего элемента И-НЕ подключен к выходу четвертого квадратора, второй вход шестого блока умножения - к первому выходу первого блока деления, выход шестого блока умножения - к первому входу седьмого блока умножения, второй вход седьмого блока умножения - к выходу второго блока деления, выход четвертого блока умножения - к первому входу третьего сумматора, выход пятого блока умножения - к второму входу третьего сумматора, выход седьмого блока умножения к третьему входу третьего сумматора, четвертый вход третьего сумматора - к второму .входу элемейта ИЛИ и к второму входу чет-, вертого блока деления, выход элемента ИЛИ - к третьему входу синхронизатора, вторые входы восьмого идесятого блоков умножения подключены к первому выходу второго запоминающего блока, выход восьмого блока умножения - к первому входу четвертого сумматора, выход четвертого суюатора - к первому входу четвертого блока деления, выход четвертого блока деления - к второму .входу Регистратора и ко входу пятого элемента И-НЕ, выход которого подключен к второму входу второго запоминающего блока, выход регистратора - к четвертому входу синхронизатора, второй выход первого блока деления подключен ко второму входу девятого блока умножения и к входу шестого квадратора. Выход девятого блока Умножения подключен к первому входу десятого блока умножения, выход десятого блока умножения - к первому входу пятого сумматора, выход шестого квадратора - к первому входу одиннадцатого блока умножения, второй вход одиннадцатого блока умножения к второму выходу второго запоминающего блока, выход одиннадцатого блока умножения - к первому входу двенад-. цатого блока умножения, второй, вход двенадцатого блока умножения - к вы" ходу пятого квадратора, выход пятого сумматора соединен с третьим входом блока регистрации.Однако данное устройство также имеет низкую точность идентификациимодели объекта, так какможет идентифицировать:.только динамическиехарактеристики линейных объеКтов,Цель изобретения - повьыение точности идентификации модели динамического объекта путем выделения экстремальной характеристики параболичес-кого типа.Указанная цель достигается тем,что в устройство дополнительно введены последовательносоединенные третий 10анализатор спектра и третий коммутатор, а также последовательно соединенные четвертый анализатор спектра и четвертый коммутатор, причемпервые входы третьего и четвертого 15анализаторов спектра подсоединенык первому выходу блока определениячастоты, второй вход третьего анализатора спектра - к третьему выходупервого запоминающего блока, второйвход четвертого анализатора спектрак четвертому выходу первого запоминающего блока, вторые входы третьего и четвертого коммутаторовк второму выходу синхронизатора, 25первый выход третьего коммутаторак первому входу первого блока умножения к входу первого квадратораи к первому входу третьего блокаумножения, второй выход третьего коммутатора - к первому входу второгоблока умножения, к входу второгоквадратора и к второму входу третвего блока умножения, третий выходтретьего коммутатора - к первомувходу девятого блока умножения35и к входу пятого квадратора, первыйвыход четвертого коммутатора - квторому входу пятого сумматора, второй выход четвертого коммутатора -к первому входу третьего блока деления и ко второму входу четвертогосумматора.На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.Устройство содержит коррелятоР 451, первый запоминающий блок 2, блокопределения частоты 3, первый анализатор спектра 4, первый коммутатор5, второй анализатор спектра б,второй коммутатор 7, синхронизатор8, нуль-орган 9, первый 10 и второй11 блоки деления, элемент И-НЕ 12,первый блок умножения 13, третийквадратор 14, регистратор 15, второй блок умножения 16, четвертыйквадратор 17, первый сумматор 18,третий блок деления 19, восьмой блокумножения 20, четвертый элементИ-НЕ 21, элемент ИЛИ 22, второй за"поминающий блок 23, первый квадратор24, второй сумматор 25, второй квадратор 26, второй элемент И-НЕ 27,первый масштабный блок 28, третийблок умножения 29, второй масштабныйблок 30, четвертый 31, пятый 32 ишестой 33 блоки умножения, третий 65 элемент, И-НЕ 34, седьмой блок умножения 35, третий сумматор 36, четвертый блок деления 37, десятый блок умножения 38, четвертый сумматор 39,пятый элемент И-НЕ 40, девятый блокумножения 41, шестой квадратор 42,пятый сумматор 43, одиннадцатыйблок умножения 44, двенадцатыйблок умножения 45, пятый квадратор46, третий анализатор спектра 47,третий коммутатор 48, четвертыйанализатор спектра 49, четвертыйкоммутатор 50,Устройство работает следующимобразом.На входы коорелятора 1 поступаютвходнойХ(И и выходной Х 8) сигналыобъекта управления (ВУ). Коррелятор 1 вычисляет корреляционную функцию входного процесса 1 хЖ и взаимокорреляционную функцию Язх Ь) выходно".го и входного процессов ОУ. ЗначениеК-х (Г) подается на вход блока определения частоты 3, Блок 3 измеряетдлительность взаимнокорреляционнойФункции 1 коропределяет частоту первой7 Г.гармоники разложения в ряд фурье(фГои задает ее анализаторам спектра 4,6,47 и 49. Значения Х,2(О, ЙХ Юи Р,х (Т) записывается в запоминающем блоблоке 2. По окончании процесса блокопределения частоты 3 выдает сигнална синхронизатор 8, который разрешает подачу значений ХЮРх Ю Йтх7соответственно, на вторые входыанализаторов спектра 47,6, 3 и 49.Так как ФункцияРХ(6) четная, ее раз-,ложение в ряд фурье содержит толькокосинусы и свободный член Разложение же функций х(т),Х1 Й) в ряд фурье с частотой первойгармоники В содержит коэффициентыкак при косинусах, так и синусахх(с)= +1 е со 58 ц),Т5 со 5 Ыр(а) у.х й ее е-. ед, к кхв)= 2+ Е д со 56 ат мечиОщ+,(ъ)е= е е= ещ к к2(Ц=Е ФЕСОИФ 1+7 щЕЭ 1 и 8 Щ 1. (4)е е " .еЛинейная часть объекта управленияхарактеризуется амплитудно-фазо-частотной характеристикой Ж(ф(Ц,а экстре-, мальная часть - статической характеристикой параболического вида Г(У)= =Со+ С.У+ СУ . Тогда выходной сигнал ОУ ЕЦ,) связан с выходнымсигналом 1 И) рядом Вольтера с сепарабельным ядромумножения 13 подается сигнал с первого выхода блока деления 10, соответствующий Ри)= - , а на второй входблока умножения 16 - сигнал с выхода блока деления 11, соответству 6ющий О(Ю,)=, Таким образом,она выходах блоков умножения 13, 16и 29 квадраторов 24 и 26 сформированы сигналы, равные величинам Р 1(и)Яв,)и, йИ, дД и ,соответственно. Сигналы с выходов блоков умножения 13 и 16 подаются на входысумматора 18, выход которого подключен в этот момент к второму входублока деления 19, на первый входкоторого подается сигнал с второговыхода коммутатора 50, соответствующий коэффициенту разложения в ряд 20ФурьеНа выходе блока деления19 получаем сигнал, соответствующийкоэффициенту экстремальной характе,ристики динамического объекта С,Этот сигнал поступает на вход элемента И-НЕ 21, а с элемента 21на первый вход запоминающего блока23, Таким образом, в блоке 23 запоми.нается значение - С, а выход блокаделения 19 соединен с первым входом 30ф регистратора 15, которое отмечает вычислительное значение коэффициен.та СА,Сигнал с выхода квадратора 26 35 поступает на вход элемента схемы И-НЕ 27, с выхода элемента 27на второй вход сумматора 25. На первый вход сумматора 25 поступает сигнал с выхода квадратора 24, вы О ход сумматора 25 подключен к входу масштабного блока 28, осуществляющего деление сигнала на два, выход блока умножения 29 - на вход масштабного блока 30, осуществляющего 45 удвоение сигнала. Выход масштабного блока 28 подключен к первым входам блоков умножения 31 и 32, выход масштабного блока 30 - к первому входу блока умножения 33; На второй вход блока умножения 31 подается сигнал с выхода квадратора 14, на вход которого - сигнал с первого выхода блока деления 10, на второй вход блока умножения 33 - также сигнал с первого выхода блока деления 10, на второй вход блока умножения 32 подается сигнал с выхода элемента И-НЕ 34, на вход элемента 34 - сигнал с выхода квадратора 17, вход квадратора 17 и второй вход блока 60 умножения 35 подключены к выходу блока деления 11, на первый вход блока умножения 35 подается сигнал с выхода блдка умножения 33, Таким образом, на выходах блоков умноже ния 31,32 и 35 сформированы сигналы, соответствующие величинам- Р а), - " - 6 (ж) ЫР(в)Цв,). Эти сигналы поступают на входы сумматора 36, с выхода которого подается сигнал на первый вход элемента ИЛИ 22, а на второй вход элемента 22сигнал с выхода блока деления 19. По завершении процесса установления сигналов на выходах сумматора 36 и блока деления 19 на третий вход синхронизатора 8 подается сигнал, отмечающий, что закончен первый такт работы устройства.При поступлении сигнала с элемента ИЛИ 22 синхронизатор 8 подключает к входу нуль.-органа 9 через коммутатор 7 сигнал, соответствующий коэффициенту разложения в ряд ФурьеО к первому, входу блока деления 10 и входу элемента 12, через коммутатор 5 - сигналы, равные Ь 2 и 6 соответственно. В этот же момент выход сумматора 18 отключается от входа блока деления 19 и подключается к первому входу блока умножения 20, второй выход коммутатора 50 отключается от входа блока деления 19 и подключается к второму входу сумматора 39, первый выход запоминающего блока 23, содержащий значение коэффициента - С, подключается к второму входу блока умножения 20, синхронизатор 8 подключает к входам блоков умножения 13 и 16 через коммутатор 48 сигналы, соответствующие коэффициентам разложения в ряд Фурье входного процессами и )1, при этом выходы коммутатора 48 отключаются от квадраторов 24,26 и входов блока умножения 29, а выход сумматора 36 подключается к второму входу блока деления 37, входы квадраторов 14 и 17 отключаются.Таким образом, на выходах блоков деления 10 и 11 получаем сигналыРРщ )= - ; СЮЖ)=- - г 1соответственно, Сигнал Р(ю) подается на второй вход блока умножения 13, а О фщ)- на второй вход блока умножения 16, а на первый вход блока умножения 13 - сигнал с первого выхода коммутатора 48, соответствующий коэффициенту д разложения Х)в ряд Фурье, на второй вход блока умножения 16 - сигнал с второго выхода коммутатора 48, соответствующий коэффициенту И раз" ложения Х) в ряд Фурье, С выходов блока умножения 13 и 16 сигналы подаются на входы сумматора 18, на выходе которого сформирован сигнал,соответствующий выражению РЫщ)Дгнйиг). Этот сигнал поступает йа первый вход блока умножения 20, а на второйвход его поступает сигнал с первого выхода запоминающего блока 28. Сигнал с выхода блока 20 поступает на первый вход сумматора 39, на второй вход сумматора 39 по сигналу с синхронизатора 8 подается сигнал с второго выхода коммутатора 50, соответствующий коэффициентуразложения в ряд Фурье выходного 2 Ю сигнала ОУ. Таким образом на выходе сумматора 39 сформирован сигнал, 1 О соответствующий ч ислителю выражения 416).:. Выход сумматора 39 подключен к первому входу блока деления 37, на второй вход блока 37 по сигналу. с синхронизатора 8 подключен выход 15 сумматора 36. При этом Формируется сигнал, соответствующий знаменателю выражения ( 16). На выходе блока 37 получаем сигнал, соответствующий коэффициенту экстремальной характеристики динамического объекта С, Сигнал с выхода блока 37 подается на вход схемы И-НЕ 40, с выхода которой - на второй вход запоминающего блека 23, выход блока 37 подключен также к второму входу регистратора 15, в котором отмечается значение С. Заканчивается второй такт работы устройства.В этот момент регистратор 15 выдает сигнал на синхронизатор 6, который для синхронной работы анализаторов спектра 4,6,47 и 49 подключает их выходы, содержащие значения коэффициентов разложения в ряды фурье соответственноао Ь дПри этом коэффициенты разложенияЬои - подключаются к входам нуль-органа 9 и блока деления 10. Если -10, 40 то нуль-орган 9 пропускает это значение. на блок деления 10, на выходе которого получаем аначение вещественной частотной характеристики ОУЬна частоте а =О,Р(о): - й Значение коэфЦфициента разложения в ряд Фурье по сигналу с синхронизатора 8 подключается к первому входу блока 41 и входу квадратора 46. Значение коэффициента разложенияподаетвя всхему с третьего выхода коммутатора 48. При этом также первый выход комматора 50, содержащий значение коэффициента разложения вв ряд фурье процессами.(1)подключается к третьему входу сумматора 43, второй выход блан ка 10, содержащий значение Р(о)подключается к второму входу блока 41 и входу, квадратора 42. По сигналу с синхронизатора 8. в третий такт работы устройства второй выход запоминающего блока 23, содержащий значение коэффициента экстремальной характеристикиподключается к второму входу бло ка умножения 44, а первый выход блока 23, содержащий значений коэффициента экстремальной характеристики - С подключается к второму входу блока умножения 38, Сигнал с выхода квадратора 42 подается на первый вход блока 44, выход блока 44 подключен к перво" му входу блока умножения 45, на втое рой вход блока 45 подается сигнал с выхода квадратора 46, На выходе блока 45 сФормирован сигнал, соответствуюащий -С Р (о) , этот сигнал подается на второй вход сумматора 43, Выход блока 41 подключен к первому входу блока 38, а на его выходе формируется сигнал, соответствующий -СР(о)ао На выходе сумматора 43 получаем коэф фициент экстремальной характеристики С , который подается на третий вход регистратора 15 и отмечается этим устройством. Заканчивается третий ( последний ) такт работы устройства.Таким образом, работу устройства можно разделить на три такта. Количество тактов работы к=3 вводитсяв синхронизатор до начала работы устройства. Значение коэффициентов Со, С и С позволяет составить аналйтическое описание экстремальной характеристики динамического объекта управления в ходе нормальной эксплуатации, Если Со:С 1=С 2:о(или Са, С,Снеопределенны, что получается при Оо= О= О 2:о), то делается. вывод о линейности объекта управления, При этом изменяется число тактов К работы синхронизатора В, Значение К вводится в синхронизатор В на.основе априорных сведений о форме 1 (Г). При этом первые входы третьего и четвертого анализаторов спектра .47 и 49 отключаются от первого выхода блока определения частоты 3, второй вход анализатора спектра 47 - от третьего выхода запоминающего блока 2, второй вход анализатора спектра 49 - от четвертого выхода запоминающего блока 2, поэтому на выходы блоков 13,16,24, 26,46 и 29 не поступают никакие сигналы. Вторые выходы блоков 10 и 11 подключаются к четвертому и пятому входам регистратора 15. Как только пара значений РЩщ) и Я(0 ц,) отмечается регистратором 15, сигнал выдается на. синхронизатор 8, который подключается к входам блоков 9,10 и 12 через коммутаторы 5 и 7, Если а =О, то нуль-орган 9 выдает сигнал на синхронизатор б, который, несмотря на отсутствие выгнала регистратора 15, осуществляет подключение выходов анализаторов спектра 4 и б, содержащихОр)15 в+ ЬР+1 к входам блоков