Анализатор функций распределения экстремумов

 

АНАЛИЗАТОР ФУНКЦИЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСТРЕМУМОВ, содержащий регистры , блок сравнения, аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом анализатора, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу блока сравнения и информа1 онному входу первого регистра, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения и информационным входом второго, регистра , запоминающий блок, первый и второй триггеры, формирователи импульсов , первый элемент ИЛИ, первый элемент И, первый счетчик, счетный вход которого подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого соединен с прямым выходом второго триггера, выходы блока сравнения подключены соответственно к входам первого триггера, выходы которого через соответствующие формирователи импульсов соединены с соответствующим входом первого .элемента ИЛИ, выход (.(% -..,;:- . которого подключен к входу установки в 1 второго триггера, причем информационный вход запоминающего блока соединен с информационным выходом второго регистра, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены элемент И-НЕ, элементы И, третий триггер, ключ, второй элемент ИЛИ, второй счетчик, дешифратор, элемент ШШ-НЕ, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход когторого соединен с выходом запоминающего блока, вькод второго элемента И подключен к счетному входу второго § счетчика, выходы которого соединены (Л с входами дешифратора, первый выход которого подключен к входу элемента с ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с управляющимвходом аналого-цифрового а преобразователя, первый выход дешифс ратора подключен к первому входу первого элемента И-НЕ, второй вход СО которого соединен с прямым выходом второго триггера, второй выход дешифратора подключен к управляющему входу блока сравнения, третий выход шифратора соединен с вторым входом 05 первого элемента И и первым входом, второго элемента И-НЕ, четвертый выход дешифратора подключен к первому входу третьего элемента И, пятый выход дешифратора соединен с управляю ( чим входом первого регистра, выход второго элемента ИЛИ соединен с входом установки 8 О первого счетчика и входом установки в 1 третьего триггера, входы второго элемента ИЛИ подключены к выходу первого элемента ИЛИ и выходу первого счетчика, соеди

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) g(51) G 06 F 15/36

ОПИСАНИК ИЭОБРКт НИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4)-.-.) ..: о, -, .-;

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3517153/18 — 24 (22) 01. 12.82 (46) 07.05.84. Бюл. Ф 17 (72) С.С.Едыгенов, С.M.Капариха и Л.А.Торгонский (7 1) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (53) 687.333 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

1(р 506889, кл . G 06 F 15/36, 1976., 2. Авторское свидетельство СССР

Ф 746545, кл. С 06 Р 15/36, 1980 (прототип). (54) (57) АНАЛИЗАТОР ФУНКЦИЙ РАСЛРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСТРЕМУМОВ, содержащий регистры, блок сравнения, аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом анализатора, выход. аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу блока сравнения и информационному входу первого регистра, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения и информационным входом второго. регистра, запоминающий блок, первый и второй триггеры, формирователи импульсов, первый элемент ИЛИ, первый элемент И, первый счетчик, счетный вход которого подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого соединен с прямым выходом второ- го триггера, выходы блока сравнения подключены соответственно к входам первого триггера, выходы которого

I через соответствующие формирователи импульсов соединены с соответствующим входом первого, элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу установки

tt в 1 второго триггера, причем информационный вход запоминающего блока соединен с информационным выходом второго регистра, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены элемент

И-НЕ, элементы И, третий триггер, ключ, второй элемент ИЛИ, второй счетчик, дешифратор, элемент ИЛИ-НЕ, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход ко-. торого соединен с выходом запоминающего блока, выход второго элемента

И подключен к счетному входу второго д счетчика, выходы которого соединены о входами деаиератора, первый выход Q) которого подключен к входу элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с управляющим- входом аналого-цифрового преобразователя, первый выход дешифратора подключен к первому входу первого элемента И-НЕ, второй вход ( которого соединен с прямым выходом второго триггера, второй выход дешифратора подключен к управляющему входу блока сравнения, третий выход дешифратора соединен с вторым входом ! первого элемента И и первым входом, второго элемента И-НЕ, четвертый выход дешифратора подключен к первому входу третьего элемента И, пятый выход дешифратора соединен с управляющим входом первого регистра, выход второго элемента ИЛИ соединен с входом установки s "0" первого счетчика и входом установки в "1" третьего триггера, входы второго элемента ИЛИ подключены к выходу первого элемента

ИЛИ и выходу первого счетчика, соеди1091176 ненного с входом установки в "О" второго .триггера и первым входом третьего элемента И-НЕ, выход которого подключен к .второму входу второго элемента И-HE выход которого соединен с вторым входом первого элемента

И-HE и первыми входами четвертого и пятого элементов И-НЕ, вторые входы четвертого и пятого элементов И-НЕ подключены к выходам ключа, прямой и инверсный выходы первого триггера соединены с третьими входами четвертого и пятого элементов И-НЕ, выходы которых соединены с входами четвертого элемента И, выход которого подключен к управляющему входу запоминающего блока, выход первого эле мента И-НЕ соединен с входом установки в О" третьего триггера, прямой выход которого подключен к входу третьего элемента И, выход которого соединен с управляющим входом второго регистра .

1 2

Изобретение относится к автомати- ключателя подключен к входу блока ке и вычислительной технике и может элементов И С1 3. быть использовано в системах экстре- Недостатком дан ног о а нали затора мал ьн or о р е гул ир ов ания . является низкая точность вследствие

Известен анапизатор экстремумов, того, что он регистрирует ложные содержащий синхронизатор, аналого- экстремумы, что является источником цифровой преобразователь, блок эле- погрешности. ментов И, регистр „многоканальный ре- Наиболее близким по технической гистратор, блок сравнения кодов, два сущности к предлагаемому является переключателя, триггер., причем пер- 1G анализатор функций распределения алый вход аналого-цифрового преобразо- экстремумов, содержащий формировавателя подключен к входу анализато- тель входных сигналов, аналого-цифра, второй вход — к первому выходу ровой преобразователь, первый ресинхронизатора, разрядные выходы гистр, блок сравнения кодов, второй анино":о-цифрового преобразователя ñî- 15 регистр, многокан;льный регистратор, единень с разрядными входами блока триггер знака производной, коммутаэлементов И, разрядные выходы которо- тор, синхронизатор, два блока опрего подключены к входам регистра, вы- деления экстремумов, каждый из котохоцы которого соединены с входами рых содеряй;.." два формирователя, эле-многоканальногo регистратора и второй gQ мент И, триггер, элемент ИЛИ и группой блоков сравнения кодов, пер- счетчик, причем первый выход синхро вая группа входов которого соединена низатора подключен к первому вхоцу с разрядными выходами аналого-цифро аналого-цифрового преобразователя, ного преобразователя, вь ходы блоков . второй вхо которого соединен с вхосравнения кодов подключены к входам 2 дом формирователя вхоцных сигналов

9 триггера, выходы последнего подключе- вход которсго является входом ананы к первому и второму входам второ- лизатора„выход аналого-цифрового го пер ключа Геля третий и четвертый преобразователя подключен к перв >1м входы которого соединены с четвертым входам первого регистра и блока выходом синхронизатора, выход второго 38 сравнения кодов, второй вход которопереключатепя ".îcäëíåí с управлгющим го объединен с первь1м входом второго входом многоканального регистратора, регистра и соединен с выходом первотретий выход синхронизатора соединен го регистра, выход второго р гистра с входом бло,а сравнения, первым подключен к первому входу многока,и вторьм входами первого переключа- ., дального регистратора выход которо55

Э теля, ".ретий и четвертый входы ко- го соединен с входом синхронизатора,, -,орого соединены с выходами блока второй, третий и четвертый выходы сравнения кодов„ вьход первого лер"=- которого подключены соответстве. но

3 ioe < к вторым sxenaM второго и первого регистров и третьему входу блока сравнения кодов, первый и второй выходы сложения и вычитания которого соединены с единичным и нулевым входами триггера знака производной, 5 единичный и нулевой выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами блоков определения экстремумов, первые входы которых соединены с пятым выходом синхронизатора, выходы блоков определения экстремумов соединены с соответствующими входами коммутатора, выход которого подключен к второму входу многоканального регистратора, первый вход элемента И является первым входом блока определения экстремума, выход элемента И подключен к счетному входу счетчика, вход установки

tf II 20 в 0 которого. объединен с входом установки в "0" триггера и соединен с выходом элемента .ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом счетчика и является выходом блока определения экстремумов, второй вход элемен25 та И подключен к единичному выходу триггера, единичный вход которого соединен с выходом первого формирова теля, вход которого является вторьм фо входом блока определения экстг. емума, -О второй вход элемента ИЛИ подклю™-"".r к выходу второго формирователя, вход которого является третьим входом блока определения экстремума L2 J.

Недостатком известного анализато- Ç5 ра является его низкая точность, поскольку в момент записи в многоканальный регистратор значений кода с второго р" ãèñòðà в нем записан код следующего за экстремумом значения с аналого-цифрового преобразователя, ч о приводит к неточной о".енке pftQTности распределения.

Цель изобретения — повышение точности регистрации экстремумов.

Поставленная цель достигается тем, что в анализатор, содержащий регистры, блок сравнения, аналогоцифровой преобразователь, вход которого является входом анализатора, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу блока. сравнения ч информационному входу . первого регистра, вьг од которого саедичен с вторым входом блока сравне- 55 иия и информационным входом второго регистра, запоминающий блок, первый и второй триггеры, формирователи

76 4 импульсов, первый элемент ИЛИ, первый элемент И, первый счетчик, счетный вход которого подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого соединен с прямым выходом второго триггера, выходы блока сравнения подключены соответственно к входам первого триггера, выходы которого через соответствующие формирователи импульсов соединены с соответствующим входом первого элемента

ИЛИ, выход которого подключен к входу установки в "1" второго триггера, причем информационный вход запоминающего блока соединен с информационным выходом второго регистра, вве.дены элемент И-НЕ, элементы И, тре-, тий триггер, ключ, второй элемент

ИЛИ, второй счетчик, дешифратор, элемент .ИЛИ-НЕ, генератор .тактовых импульсов, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом запоминающего блока, выход второго элемента И подключен.к счетному входу второго счетчика, выходы которого соединены с входаьж дешифратора, первый выход которого паклю;.ен к входу элемента ИЛИ -НЕ, выход K< горого соединен с управляющим входом аналого-ц фрозого преобразова":=:è ., первый выход дешифратора подключен к г ервому входу первого элемента И-НЕ, второй, вход которого саед;.нен с прлмыч выходом второго триггера„ второй выход дешпфратара подключен к управляющему входу блока сравнения. третий выход дешифратора соеднне.>, с вторы входом первого элемента И и первым входом второго элеме:- та И".КЕ, четвертый выход. дешифра",ора подключен к первому входу третьего "-.леиента N, алтый выход дешифр тора соединен с управляюцчм входом первого регистра, íii,.од в.„-орого элемента ИЛИ соединен с входом установ-. ки в "Э" первого с-:.етчика и входом установки в 1" третьего триггера, входы второго элементе ИЛИ подключа.:л к выходу перво-о элемента ИЛИ и выходу перво о счетчика, соединенного с входом установки в "0" второго триггера и первым входом третьего элемента И-НЕ, выход которого подключен к второму входу второго элемента И-ЯЕ, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И-НЕ и первыми входами четвертого и пятого элементов И-НЕ, вторые входы

5 109 1 четвертого и пятого элементов И-НЕ подключены к выходам ключа, прямой и инверсный выходы первого триггера соединены с третьими входами четвер t того и пятого элементов И-НЕ выхоЭ

5 ды которых соединены с входами чет- вертого элемента И, выход которого подключен к управляющему входу запоминающего блока, выход первого элемента И-НЕ соединен с входом установки в «О« третьего триггера,. прямой выход которого подключен к входу третьего элемента И, выход которого соединен с управляющим входом второго регистра.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого анализатора; на Фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Анализатор (фиг,1) содержит аналого-цифровой преобразоватль f, блок 2 сравнения, регистры 3 и 4, запоминающий блок 5, триггеры 6-8, формирователи 9 и 10 импульсов, элементы ИЛИ 11 и 12, элементы И 13-16, элементы И-НЕ 17-21, элементы ИЛИ-НЕ

22, генератор 23 тактовых импульсов, счетчики 24 и 25, дешифратор

26 и ключ 27, вход которого заземпен.

На фиг. 2 показано напряжение 28

30 на входе устройства, импульсы 29 с первого выхода дешифратора 26,,импульсы 30 с второго выхода дешифратора 26, импульсы 31 с третьего выхода дешифратора 26, импульсы 32 с четвертого выхода дешифратора 26, импульсы 33 с пятого выхода дешифратора 26,. импульсы 34 с выхода элемента .ИЛИ-НЕ 22, уровни напряжения

35 на прямом выходе триггера 6, уровни напряжения 36 на инверсном выходе триггера 6, импульсы 37 с выхода формирователя 9, импульсы 38 с выхода формирователя 10, уровни напряжения 39.с прямого выхода триггера 7, импульсы 40 с выхода элемента И 13, импульсы 41 с выхода элемента ИЛИ 12 импульсы 42 с выхода счетчика 25, импульсы 43 с рыхода элемента И-НЕ 17, импульсы 44 с выхода элемента И-НЕ 18, импульсы 45 с выхода элемента И-НЕ 20, 0 импульсы 46 с выхода элемента И-НЕ 21, импульсы 47 с выхода элемента И 14, импульсы 48 с выхода элемента И-НЕ 19, импульсы 49 с прямого выхода триггера 8 и импульсы 50 с выхода элемента И 16.

Анализатор работает следующим образом.

176 6

Напряжение исследуемого процесса с частотой выборки преобразуется аналого-цифровым преобразователем 1 в параллельный код. На блок. 2 сравнения с аналого-цифрового преобразователя 1 поступает код текущего значения исследуемого сигнала, а с регистра 3 — значение, измеренное в предыдущем такте. В. случае, если текущее значение больше предыдущего, то блок 2 сравнения выдает сигнал по шине +, а если меньше, то по

«« шине — . В исходном состоянии счетчик 5 обнулен,, а триггер 6 находится в нулевом состоянии.

Рассмотрим процесс выделения максимума. При,монотонном возрастании входного напряжения блок сравнения выдает сигнал по нише «+« до момента с„ (фиг.2, 28), а следовательно,, триггер 6 находится в единичном состоянии (фиг.2,35). В момент й„ происходит изменение знака производной входного напряжения, текущее значение кода аналого-цифрового преобразователя 1 становится меньше предыдущего, хранящегося в регистре 3, поэтому в момент прихода импульса с второго выхода дешифратора 26 (фиг.2,30) на выходе блока

2 сравнения появляется сигнал по ши« ll не — и триггер 6 переходит в нулевое состояние (фиг.2,35) . В этот момент запускается формирователь 9, импульсом которого (фиг.2,37) триггер 7 устанавливается в единичное состояние (фиг.2,39), а счетчик 25 обнуляется. Триггер 7 разрешает прохождение тактовых импульсов с третьего выхода дешифратора 26 (фиг.2,31) через элемент И 13 на счетный вход счетчика 25 (фиг.2,40), коэффициент пересчета которого равен трем. Если счетчик 25 зафиксирует три импульса до момента следующего изменения знака первой производной входного напря 1жения, то импульс переполнения будет являться признаком появления максимума (фиг.2,42), истинное значение которого записано в регистре 4. Так как импульс переполнения устанавливает триггер 7 в нулевое состояние и через элемент ИЛИ 12 обнуляет счетчик 25, его длительность будет равна времени переходных процессов в счетчике 25, поэтому для надежной работы анализатора вводят схему типа защелки на элементах И-НЕ 17 и 18, которые растягивают импульс перепол1176 8

В случае попадания исслудемого процесса в зону нечувствительности аналого-цифрового преобразователя, т.е. на границу двух дифференциальных коридоров (интервал времени фиг.2,28), аналого-цифровой преобра2 3 зователь 1 может выдавать значения ложных экстремумов. В момент

2 наблюдается изменение знака производной. При приходе импульса с третьего выхода дешифратора 26 (фиг.2,31) блок 2 сравнения выдает сигнал по

11 И шине —, в результате чего срабатывает триггер 6 (фиг.2,35) и запускается формирователь 9 (фиг.2,37), импульсом которого счетчик 25 сбрасывается в нулевое .состояние (фиг.2,41) °

Счетчик 25 начинает счет, но уже после второго такта происходит изменение знака производной.и импульсом второго формирователя 10 (фиг.2,38) счетчик 25 обнуляется, в результате чего импульс, характеризующий момент. ложного экстр мума, не выделяется, так как счетчик 25 за время двух тактов не переполняется.

;Выделенные экстремальные. значения накапливаются в запоминающем блоке 5. П .После того, как в нем будет зафикси ровано число импульсов, равное заданному объему выборки, элемент И 15 отключит генератор 23 тактовых импульсов. В запоминающем блоке 5 накапливается информация о плотности распределения максимумов и минимумов или тех и других вместе (определяется ключом 27) .

При применении изобретения исключается ошибка определения значения экстремума вследствие фиксации неэкстремального значения, что позволяет увеличивать интервал наблюдения достоверного поведения функции путем изменения коэффициента пересчета счетчика. Это дает возможность не только исключить любые погрешности

У определяемые зоной нечувствительности компаратора, но и отфильтровывать помехи, наложенные на функциональную зависимость, что, в свою очередь, повышает точность определения экстремумов.

Аналогично определяются импульсы минимумов. В этом случае срабатывает формирователь 10 (фиг.2,38).

Сигнал о появлении минимума поступает с выхода элемента И-НЕ 20 (фиг.2,45) через элемент И 14 на 50 вход запоминающего блока 5.

7 109 нения до длительности импульса с третьего выхода дешифратора 26 (фиг.2,44) . Данный импульс поступает на входы элементов И-НЕ 20 и 21.

Ключ 27 определяет запись в запоминающий блок 5 значений минимумов или максимумов, или тех и других одновременно. В режиме определения максимумов, прн совпадении единичного уровня с инверсного выхода триггера 10

6 и импульса признака появления. экстремума на выходе элемента И-НЕ

2 1 формируется импульс 46 и через элемент И 14 поступает на вход запоминающего блока 5, разрешая запись значения максимума из регистра 4. !

При последовательной перезаписи текущей информации из аналого-цифрового преобразователя 1 в регистры 3 и 4 в момент переполнения счетчика

25 в регистре 4 оказывается значение

20 выборки следующей за экстремумом, так как переключение триггера 5 происходит в тот момент времени, когда анализируется следующая за экстремумом выборка. Для выделения в ре25 гистре 4 истинного экстремума в.момент переполнения счетчика 25 элемент И-НЕ 19 и триггер 8 формируют импульс 49, запрещающий прохождение импульса 32 с выхода элемента.

И-НЕ 17-через элемент И 16 на запись входной информации в регистр 4. Передний фронт импульса 49 формируется элементом И-НЕ 19 при совпадении импульса 29 с выхода элемента 17 и разрешающего уровня 39 с выхода триггера 7, который появляется в момент переключения триггера 6. При этом триггер 8 устанавливается в нулевое-состояние. Задний фронт им- 40 пульса 49 формируется триггером 8 при наличии импульсов 41 с выхода элемента ИЛИ 12.

1091176

Составитель И.Мухин

Редактор М.Рачкулинец Техред C.Ìèãóíîâà

Корректор Ю.Макаренко

Заказ 4062 Тираж 699

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул . Проектная, 4