Устройство для классификации полных циклов

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСК РЕСПУБЛИК 19) (11) 306(51)4 С 06 Р 1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ сфс 1 ).;э)1ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е- жит напряжений выптия очередногое обнаружения ио экстремума вобнаружения иикла и исключен няется ческ тсчет а осле(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КЛАССИФИКАЦИИПОЛНЬИ ЦИКЛОВ(57) Изобретение относится к вычислительной технике для статистических,исследований, в частности к обработкеслучайных сигналов механических напряжений усталостных повреждений деталей машин. Целью изобретения является повышение быстродействия при выэмерения алиэ ации лишь пос очередно или посл ииистра из по еполног топараметры полного х циклов осуществ по числу операций -лы, 10 ил. е определяют Поиск полн к- тпося оптимальнымсобом. 2 з.п..В;Ахматова, Ш.Ю.Исмаилов,влов, Б.П.Подборонов и М.И.Р81.3(088.8)атент Великобритании107, кл. С 01 М 7/00, 1974.ент франции В 2225789,06 М 3/00, 1974. соких требованиях к точности опРеяления параметров. Устройство содердатчик 15 механических напряжений,усилитель 16, аналого-цифровой преобразователь 17, блок 18 выделения экстремумов, блок 22 выделения полныхциклов, генератор 19 тактовых импульсов, блок 23 регистрации, введеныблок 21 реверсивных регистров сдвигаи управляющий автомат 20. Поиск полных циклов в реализации сигнала мехаовательности экстремумов теИзобретение относится к вычислительной технике для статистическихисследований, в частности к обработкеслучайных сигналов механических на 1пряжений в деталях машин.Целью изобретения является повышение быстродействия устройства при высоких требованиях к точности определения параметров. 10На фиг.1 представлена блок-схемаалгоритма функционирования устройства, на фиг.2 - пример процесса поискаполных циклов при реализации сигнала(график) в форме гладкой кривойф на 1фиг,3 - структурная схема устройства,на фиг.4 - функциональная схема блокавыделения экстремумов 1 на фиг.5,то же, блока выделения полных циклов,на фиг.6 - то же, блока регистрации, 20на фиг.7 - автоматный граф блока управления, на фиг.8 - функциональнаясхема блока управления, на фиг,9блок-схема алгоритма функционированияблока вьделения полных циклов на 25фиг.10 в .процесс поиска (определения)полных циклов в реализации сигналамеханических напряжений с помощьюданного устройства.На фиг.1 позициями с 1 по 14 обозначены соответствующая последовательность операций. Схема устройства(фиг.3) содержит датчик 15 механических напряжений, усилитель 16, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 17, З 5блок 18 вьделения экстремумов, генератор 19 тактовых импульсов, блок 20управления, блок 21 реверсивных регистров сдвига, блок 22 выделения полных циклов, блок 23 памяти регистрации, выходы 24-29 блока управления,30-41 - входы и выходы различных узлов схемы.Блок 18 выделения экстремумов(фиг.4) содержит регистры 42, элемент 43 запрета, регистр 44, схему 45сравнения, элемент И 46, элемент ИЛИ47, регистр 48, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ 49,Блок 22 вьделения полных циклов(фиг.5) содержит схему 50 сравнения,элементы ИЛИ 51-53, элементы И 54-56,элемент НЕ 57.Для регистрации может быть использована схема (фиг.6), содержащая дешифраторы 58-59, элементы И 60-62,счетчики 63-65.Позициями 66-76 обозначены вершиныграфа (фиг.7).Блок 2 управления (фиг.8) содержит элементы И 77-91, элементы ИЛИ 92-96, триггеры 97-100, дешифратор 101, элемент НЕ 102, позиции 102-122 обозначают жгутовые соединения между элементами схемы. На фиг.9 приняты позиции 123-133. Устройство работает следующим образом.Блок 18 выделения экстремумов предназначен для нахождения экстремумальных значений в последовательности и-разрядных кодовых комбинаций, поступающих с информационного выхода АЦП 17 и для формирования двух вспомогательных сигналов; сигнала "Признак экстремума" в случае нахождения экстремального значения и сигнала "Тип экстремума", характеризующего тип найденного экстремума (минимум он или максимум).Работа блока 18 основана на следующем принципе.Пусть х; , х; - и-разрядные кодовые комбинации, являющиеся отсчетами АЦП 17, полученными в результате аналого-цифрового преобразования выходного сигнала х,(й) усилителя 16 в моменты е 1Ф е 1. Пусть о;., и к 1 показатели наклона изменения сигнала х(С) в моменты с и й причем1, прих. с х, о;= о при х, = хО, при хх, или формальносс;=сх; сх;)ЧаЛс х;, х;, где с р) - логическая функция, принимающая значение "1" при выполнении условия р и значение 0 при невыполнении,Ч и Л - знаки логических операций дизъюнкции и конъюнкции соответственно.Отсчет х будет экстремумом, когдас о = 1 или М, = 0 м;.= 0 оС;. = 1ь причем, если М;, = О, то х;, будет минимумом, а если м;, = 1, то х;, будет максимумом.Из этого следует, что значения вспомогательных сигналов блока вьделения экстремумов "Признак экстремума" и "Тип экстремума" можно определить соответственно как значение фун" кцийоС; Ч 1 о;., ЛоС Ч 1 оС,И ГЪ 1 фон, 1В самом начале работы всего устройства триггеры регистров 42, 44, 48 сбрасываются в нуль по сигналу, поступающему с выхода 26 "Начальная установка" блока 20 управления. Затем осуществляется подготовка к приему 30 блоком 18 выделения экстремумов очередного счета АЦП 17. Для этого по сигналу с выхода 25 блока 20 управления осуществляется запись выходного сигнала элемента ИЛИ 47 в регистр 48 и перепись с небольшой задержкой, оп 35 ределяемой элементом 43 задержки, содержимого регистра 42 в регистр 44. Длительность задержки сигнала с выхода 25 в элементе 43 должна быть та 40 кой, чтобы обеспечить правильную запись в регистр 48. 313306 где 1 - знак, означающий логическоеотрицание.Тогда ца;ичию максимума у = х будет соответствовать присутствие снгналов логической единицы на выходах "Признак экстремума" и Тип экстремума , т.е.11,10 а наличие минимума у = х . - присутствие сигналов,= о.Регистры 42 и 44 предназначены для 15 хранения п-разрядных кодовых комбинаций х, и х соответственно, а регистр 48 - для хранения одноразрядного кода м Схема 45 сравнения кодов и элемент И 46, используя содержимое регистра 48, формируют на выходе элемента ИЛИ 47 код г; нового направления изменения сигнала х(с). Сигнал "Конец преобразования", поступающий с выхода 30 АЦП, производит45 запись новой кодовой комбинации х1 сформированной на информационном выходе 31 АЦП, в регистре 42. По окончанию переходных процессов, связанных с выполнением перечисленных операций,иф на выходе 32 Признак экстремума" и выходе 33 "Тип экстремума" блока 18 устанавливаются одноразрядные кодыи, которые определяют, является ли кодовая комбинация х при 55 сутствующая на выходе 34 "Значение экстремума", экстремумом у , и если да, то каким экстремумом: минимумом ипи максимумом. 364Далее снова поступает сигнал с выхода 25 блока 20 и анализируется следующий отсчет АЦП 17,Генератор 19 тактовых импульсовформирует на своих прямом 40 и инверсном 41 выходах последовательностипрямоугольных импульсов Т и Т, имеющих равную частоту следования, ноосдвинутых по. фазе на 180Период следования импульсов Т и Тдолжен быть больше не менее, чем в2 раза, наибольшего из следующих интервалов времени: длительности АЦП 17и длительности переходных процессовв блоках 18, 20 вместе взятых, суммарной длительности переходных процессов в блоках 21, 20 и 22, суммарной длительности переходных процессовв блоке 20.Блок 21 реверсивных регистров сдвига явЛяется своеобразным блоком памяти, состоящим из (2 - 1) секций,где п - разрядность АЦП 17. Каждаясекция состоит из (п+2)-х одноразрядных ячеек памяти. Параллельные информационные входы первой секции блока21 подключены к выходам блока 18,причем к информационному входу первойячейки памяти подключен выход 32"Признак экстремума", к информационному входу второй ячейки памяти подключен выход 33 "Тип экстремума", ана параллельные информационные входы3 (п+2)-х ячеек подается и-разряднаякодовая комбинация с выхода 34 "Значение экстремума" блока 18.По сигналу с выхода 27 "Положительный сдвиг" блока 20 осуществляется положительный сдвиг информации вблоке 21, в первую секцию записываются выходные сигналы блока 18, а содержимое 2, 3, 4, , (2"-2)-й секций переписывается соответственно в3, 4, 5, , (2" - 1)-ю секции. Посигналу с выхода 28 "Отрицательный сдвиг" блока 20 в блоке 21осуществляется отрицательный сдвигинформации: содержимое 2, 3, 4,(2" -1)-й секций переписывается соответственно в 1, 2, 3, , (2 -2)-юсекции, а содержимое .(2 -1)-й секции обнуляется,Таким образом, в процессе работыблока 21 в первой ячейке памяти его1-й секции (1 = 1,2 2"-1) содержится код-1, во второй ячейкекод 3; -1, в 3 - (п+2) -й ячейкезначейие экстремума у, - 1, сформиро 5 13ванные блоком 18 выделения экстремумов.Выход 35 блока 21 реверсивных регистров сдвига подключен к параллельным выходам ячеек 3-(и+2)- й первойсекции, т.е. на выходе 35 формируетсяи-разрядный код у, . Выходы 36 и 37блока 21 являются соответственно выходами первой и второй ячеек памятивторой секции, т.е. на 36 и 37 выхода формируются коды . и 31.Выход 38 блока 21 является параллельными входами 3-(п+2) ячеек памятивторой секции, т.е. на 35 выходе формируется код уБлок 21 реверсивным регистровсдвига может быть реализован, например, на интегральных микросхемах 555ТМ 2, 555 ЛАЗ. В этом случае связьмежду ячейками секций может быть организована путем объединения на тактовом входе триггеров по "ИЛИ" сигналов "Положительный сдвиг" и "Отрицательный сдвиг поступающих с выходов27 и 28 блока 20.Блок 22 вьщеления полных циклов предназначен для формирования сигналаналичия полного цикла в последовательности экстремумов у У 1,У 1-Сигнал= 1, если число экстремумов в последовательности, проверяемой на наличие полных циклов, не меньше трех, т.е. ,= О, и если при этом у не меньше (не больше), чем у , в случае, если экстремумы у , у являются максимумами (минимумами). Таким образом, блок 22 обнаружения полных циклов реализует логическую функциюМ=.1 " ( - " У. - У Ч 1 . УУ 1-2Электрический сигнал, пропорциональный механическому напряжению контролируемого элемента конструкции, с выхода датчика 15 поступает на вход усилителя 16, а с его выхода - на информацлонный вход и-разрядного АЦП 17.После включения устройства осуществляется начальная установка элементов памяти блока 18 выделения экстремумов, блока 21 реверсивных регистров сдвига и блока 23 памяти регистрации. Для этого импульс, поступающий с выхода 26 блока 20 управления на управляющле входы блоков 18, 21 и 23, обнуляет их.Очередной импульс управления формируется на выходе 25 блока 20 и, по 30636ступая на первый управляющий входблока 18, осуществляет подготовку кприему очередного отсчета АЦП 17.Следующий импульс с вьжода 24 блока 20 поступает на вход "Запуск" АЦП7. По окончанию аналого-цифровогопреобразования на информационном выходе АЦП 17 устанавливается код х(С; )а на управляющем выходе 31 "Конец10преобразованияАЦП 17 формируется11импульс, который записывает х(С; ) вблок 18, и далее в нем определяетсяпоказатель направления изменения сиг 15нала х(С) в момент взятия отсчетах(,), а также формируются сигналы,на выходе 32 "Признак экстремума" -одноразрядный кодна выходе 33"Тип экстремума" - одноразрядный кодна выходе 34 "Значение экстрему 20 йма - и-разрядный код у " х., Причем, если экстремум не обнаружен, тоО. Если экстремум обнаружен, то1, причем если найден максимум,то= 1, а если минимум, тоО.Код, поступающий с выхода 32блока 18 на первый вход блока 20, определяет дальнейшее функционированиеустройства,ЕслиО, т.е. экстремум не об 30наружен, то последовательно сначала на выходе 25, а затем на выходе 24 блока 20 формируются импульсы. В результате в АЦП 17 и в блоке 18 последовательно осуществляется описаннымспособом подготовка к приему новогоотсчета АЦП 17, запуск АЦП 17, поискнового экстремума и формирование сигналов "Признак экстремума" и нТипэкстремума".40Если= 1, так как экстремум обнаружен, дальнейшее функционированиеустройства определяется значениемсигнала 1 "Признак наличия полногоцикла", поступающим с выхода 39 блока 455 22 вьщеления полных циклов на четвертый вход блока 20.Сигнал 1 1, если в последовательности ранее выделенных экстремумов у;у у; содержится полныйцикл, т.е. 1 = 1 в том случае, еслипоследовательность ранее вьщеленных экстремумов содержит не менее трех экстремумов ( ;0) ипри этом у не меньше (не больше)у , если оба сравниваемые экстремумы являются максимумами (минимумами).В противном случае = О.1330 бЕсли экстремум обнаружен и полныйцикл не выделен= о,то на выходе 27 блока 20 формируетсяимпульс, осуществляющий положительныйсдвиг информации в блоке 21, причемв его первую секцию записываются присутствующие на выходах 32, 33, 34блока 18 значения кодов.Далее осуществляется подготовка кприему очередного отсчета АЦП 17, запуск АЦП 17, поиск экстремума и полного цикла описанным способом.Если экстремум обнаружен и полныйцикл выделен, то на выходах 29, 28блока 20 формируется три импульса,Первый импульс с выхода 29 поступаетна управляющий вход блока 23, в котором при этом осуществляется регистрация полного цикла, значения параметров поступают соответственно на первый и второй входы блока 23 с выходов38 и 35 блока 21. Второй и третий 25импульсы с выхода 28 блока 20 поступают на соответствующий управляющийвход блока 21 и осуществляют отрицательный сдвиг информации в блоке 21на две позиции.Далее вновь осуществляется описанным способом поиск полных цикловв новой последовательности экстрему"мов с выхода 31 блока 18, выходов 35и 38 блока 21 соответственно.На фиг.9 представлен алгоритмфункционирования устройства для выделения полных циклов (механическихнапряжений): прямоугольники и ромбыизображают операции и проверки соот 40ветствующих условий. 15 35 формула изобретения 1. Устройство для классификации45 полных циклов, содержащее блок вьщеления полных циклов, генератор тактовых импульсов, блок управления, аналого-цифровой преобразователь, блок выделения экстремумов, усилитель и 50 датчик механических напряжений, выход которого через усилитель соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, информационный выход и выход конца преобразования55 которого подключены соответственно к информационному и первому тактовому входам блока вьщеления экстремумов, отличающееся тем, что, с 36целью повышения быстродействия, в него введены блок реверсивных регистров сдвига, первый информационный вход которого объединен с первым входом задания режима блока управления и подключен к выходу признака экстремума блока выделения экстремумов, первый и второй тактовые входы и второй вход задания режима блока управления подключены соответственно к прямому и инверсному выходам генератора так,товых импульсов и к выходу блока выделения полных циклов, первый и второй выходы блока управления соединены соответственно с входом запуска аналого-цифрового преобразователя и вторым тактовым входом блока вьщеления экстремумов, вход начальной установки которого объединен с одноименным входом блока реверсивных регистров сдвига и подключен к третьему выходу блока управления, четвертый, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами задания признака сдвига блока реверсивных регистров сдвига, первая группа информационных выходов которого является выходом предпоследнего значения экстремума устройства, первый информационный выход блока реверсивных регистров сдвига соединен с первым информационным входом блока выделения полных циклов, второй информационный вход которого соединен с вторым информационным выходом блока реверсивных регистров сдвига, вторая группа информационных выходов которого соединена с первой группой информационных входов блока выделения полных циклов и является выходом значения экстремума устройства, второй информационный вход блока реверсивных регистров сдвига соединен с выходом типа экстремума блока вьщеления экстремумов, группа выходов значения экстремума которого соединена с второй группой информационных входов и группой информационных входов соответственно блока вьщеления полных циклов и блока реверсивных регистров сдвига.2. Устройство по п.1, о т д и ч вю щ е е с я тем, что блок выделения экстремумов содержит первый, второй и третий регистры, элемент задержки, схему сравнения, элемент И, элемент ИЛИ и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого является выходом признака10 3 б Р Г Е Г ЗЭ Г о О бго 700 ЮгГ Гоаооо Г оггоО з ОР 13306 экстремума блока, первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ объсдинан с первым входом элемента И, подключен к выходу перного регистра и является выходом.1 типа экстремума блока, информационный вход первого регистра объединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с ныхо дом элемента И, второй вход - с выходом вРавно" схемы сравнения, выход "Меньше" которой подключен к второму входу элемента И, первый вход схемы сравнения соединен с выходом второго 1 Б регистра и является группой выходов "Значение экстремума" блока, второй вход схемы сравнения объединен с информационным входом второго регистра и подключен к выходу третьего регист- р ра, информационный вход которого является информационным входом блока, тактовый вход третьего регистра является первым тактовым входом блока, а входы сброса всех регистроВ объеди- б иены и являются входом сброса блока, тактовый вход второго регистра соединен с выходом элемента задержки, вход которого объединен с тактоным входом первого регистра и является вторым тактовым входом блока. 3. Устройстго по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тм, что блок выделения полных циклсу содержит три элемента И, три элемента ИЛИ, элемент НЕ и, схему сравнения кодов первая и вторая группы входов которой являются соответственно первой и второй группами информационных входов блока, выходы "Больше , "Равнои вМеньше" схемы сравнения соединены соответственно с первым входом первого элемента ИЛИ, с вторым входом первого и первым нходом второго элемента ИЛИ и с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход котэрого подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, выход которого является выходом блока, а второй вход второго элемента И является первым информационным входом блока, второй вход третьего элемента ИЛИ соединен с выходом третьего элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход третьего элемента И объединен с входом элемента НЕ и является вторым информационным входом блока. О I 2 3 4 х слы 4 ДХюяЕ ГО ОООО Го ОРОО Г О 0000 Г 00000 5 О ОГОО 0Г 0 000 У 010 Г 00 ООГОО 0 Г О ОО 0 О