Анализатор экстремумов

 

Изобретение относится к области вычислительной техники и автоматики. Цель изобретения - повышение точноети определения значения и момента повышения экстремума. Для достижения цели анализатор содержит два пороговых элемента, сумматор, аналогоцифровой преобразователь, аналоговый сумматор, блоки ключей считывания, дополнительные триггер и элемент И, элемент задержки, соответственно соединенные с другими узлами схемы. Данное изобретение обеспечивает повышение точности определения место положения экстремума типа максимум и может использоваться для слежения в реальном масштабе времени за процессами химического производства, температурными режимами и испытаниями материалов на растяжение, сжатие в различных режимах в системах экстремального регулирования. 2 ил. с & (Л 00 W) :«:)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (1И (5!! 4 С 06 Г 15 36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 \ ъ,.

И А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Эв

° и

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA (21 ) 3762867/24-24 (22) 28.06.84 (46) 23.05.86. Бюл. М 19 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) С.С.Едыгенов и Л.А.Торгонский (53) 681.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 746545, кл. G 06 F !5/36, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Р 1091176, кл. С 06 F 15/36; 1982. (54) АНАЛИЗАТОР ЭКСТРЕИУИОВ (57) Изобретение относится к области вычислительной техники и автоматики.

Цель изобретения — повышение точнос-. ти определений значения и момента повышения экстремума, Для достижения цели- анализатор содержит два пороговых элемента, сумматор, аналогоцифровой преобразователь, аналоговый сумматор, блоки ключей считывания, дополни гельные триггер и элемент И, элемент задержки, соответственно соединенные с другими узлами схемы.

Данное изобретение обеспечивает повышение точности определения место"

11 II положения экстремума типа максимум и может использоваться для слежения в реальном масштабе времени за процессами химического производства, температурными режимами и испытаниями материалов на растяжение, сжатие в различных режимах в системах экстремального регулирования. 2 ил.

Изобретение относится к автома.тике и вычислительной технике, в частности к устройствам для обработки цифровых данных, и может быть использовано в системах экстремального регулирования.

Цель изобретения — повышение точности определения значения и момента появления экстремума.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 графики исследуемых зависимостей.

Устройство содержит (фиг.l) ключ элемент НЕ 2, аналого- цифровой преобразователь 3, аналоговый сумматор 4, генератор 5 тактовых импуль- сов, первый и второй счетчики 6 и 7 соответственно, дешифратор 8, резисторы 9 и 10, сумматор ll, пороговые элементы 12-13, триггеры 14-17, цифроаналоговый преобразователь !8„ первый и второй блоки ключей (считывания} 19-20, элементы И 21-25, элементы ИЛИ 26-27, элементы И-НЕ

28-32, формирователь 33 импульсов, элемент 34 задержки.

Блоки ключей 19-20 считывания могут быть выполнены, например, на элементах И, первые входы которых объединены и образуют управляющий вход блока, а вторые входы образуют информационный вход блока.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение исследуемого проце.сса через ключ 1 подается на вход аналого-цифрового преобразователя 3 и преобразуется в параллельный код с частотой выборки, определяемой блоком управления, выполненным на генераторе 5, счетчике 6, дешифраторе 8 и элементе НЕ 2. Параллельный код находится на выходе аналого-цифрового преобразователя 3 в течение последних четырех тактов из семи, задаваемых дешифратором 8, третий такт дешифратора 8 является синхроимпульсом для записи информации в регистр 10 и стробирования сумматора 11, четвертый такт дешифратора 8 стробирует схему вьделения импульса экстремума, на элементах ИЛИ 27,, И 25, И-НЕ 31 и 32, счетчика 7, пятый такт дешифратора 8 разрешает запись информации в регистр 9. На первый вход сумматора 11 с аналогоцифрового преобразователя 3 поступает текущее значение исследуемого сигнала в прямом коде, а на второй

331, 3 и вход сумматора 11 — значение, измеренное н предьдущем такте в дополнительном коде, так как с вторым входом сумматора 11 соединен инверсный выход регистра 9, а вход переноса младшего разряда сумматора 11 соединен с уровнем логической

Когда значение кода числа, поступающего с аналого-цифрового нреобраэо10 вателя 3, больше или равно значению кода, хранящегося в данный момент в регистре 9,. уровень логического нуля появляется на инверсном выходе переноса старшего разряда сумматора

15 11, Таким образом, на сумматоре 11 складывается предьдущий отсчет в дополнительном коде и последующий отсчет в прямом коде. Начало последовательности импульсов на инверсН0М выходе переноса сумматора. 11 сигнализирует о том, что предыдущий отсчет является локальным минимумом, а конец последовательности — соответствующий отсчет является локаль25 ным максимумом. Выделение сигнала о минимуме производится с помощью элемента И-НЕ 28 на прямом выходе триггера 16, а сигнала,о максимуме на инверсном выходе триггера 16. !

ЗО

В:исходном состоянии счетчик 7, триггеры 16-17 обнулены, а триггеры

1ч-15 находятся в единичном состоянии, пороговый элемент 12 построен так, что, оН выдает сигнал при превышении входной информации значения, близкого к верхнему пределу измерения аналого-цифрового преобразователя 3, пороговый элемент 13 настроен так, что выдает сигнач при значении разности последующего и предьдущего отсчетов аналого-цифрового преобразователя, равном значению, близкому к величине зоны нечувствительности аналого-цифрового преобразователя.

На выходе элемента И-НЕ 30 уровень логической единицы.

Рассмотрим процесс выделения максимума для зависимостей с большой скоростью изменения производной.

5Î

При монстонном возрастании входного напряжения на инверсном выходе переноса сумматора 11 вьделяются отрицательные импульсы с частотой и периодом, совпадающими с импульсами синхронизации сумматора 11, которые вырабатываются с третьего выхода дешифратора 8 и через элемент И 22 подаются на управляющий вход сумматора

331!

11 и вход элемента И-HE 28, на другой вход которого подаются импульсы обратной полярности с выхода переноса сумматора 11. На вход установки в единичное состояние триггера )6 в этом случае импульсы не проходят в триггер 16 по первому импульсу с выхода переноса сумматора установится в нулевое состояние. Пороговый элемент 13 не срабатывает, так как для крутых зависимостей приращение функции больше величины срабатывания.

При изменении знака производной входного напряжения, импульсы с выхода переноса сумматора прекращаются и. устанавливается уровень логической единицы, который разрешает прохождение импульсов синхронизации через элемент И-НЕ 28 на вход установки в единичное состояние триггера 16, формирователь 33 выдает импульс на переключение триггера 16 из нуля в единицу, сигнализирующий о наличии максимума, и через элемент И 23 включит блок 20 ключей считывания, в результате чего на его выходе появится значение максимума, записанное в предыдущем цикле измерения в. регистре 9.

При анализе зависимостей, у которых приращение функции за период дискретизации соизмеримо с величинсй зоны нечувствительности аналого-цифрового преобразователя, сработает пороговый элемент 13 и переключит триггер 15 в нулевое состояние. При этом нулевой уровень с прямого выхода триггера 15 запретит работу порогового элемента 13, элемента И 21 и элемента И 23. Импульоы записи ин—

1 формации в регистр 10 не будут проходить с третьего выхода дешифратора

8 через элемент И 2! и в регистре 10 запомнится значение входного напря-. жения (fx,, фиг.2) в момент переключения триггера 15. Единичный уровень с инверсного выхода триггера 15 включит элемент И 24, пороговый элемент

12 и переключит ключ 1 так, что на вход аналого-цифрового преобразователя 3 будет подаваться напряжение с выхода вычитающего усилителя 4, На его минусовом входе зафиксируется аналоговый уровень, с выхода цифроаналогового преобразователя 18 эквивалентный цифровому коду в регистре 10. На плюсовой вход подается входное напряжение исследуемой зависимости. Изменение разницы этих двух

5 !

О

55 с; .:1алоэ усиленной в K )-аз, будет повторять форму входного сигнала, при этом приращение функции за период дискретизации увеличится в К раз и анализатор будет продолжать работу как для зависимостей с большой скоростью изменения производной, рассмотренной ранее. При подходе к зоне нечувствительности аналого-цифрового преобразователя 3 уже. на втором пределе, возможно случайное изменение разности кодов на выходе сумматора 11 как в положительную, так и в отрицательную область. Это вызовет переключение триггера 16, но в этом режиме импульс с формирователя 33 не пройдет через элемент И 23 на блок ключей 20 считывания, а обнулит счетчик 7 и включит триггер 17, который разрешит прохождение тактовых импульсов с четвертого выхода дешифратора 8 через элемент И 25 на счетный вход счетчика 7, коэффициент пересчета которого равен трем. Если счетчик 7 зафиксирует три импульса до момента следующего изменения знака первой производной входного напряжения, то импульс переполнения будет являться признаком появления максимума. Так как импульс переполнения устанавливает триггер 17 в нулевсе состояние и через элемент ИЛИ 27 обнуляет счетчик 7, его длительность будет равна времени переходных процессов в счетчике 7, поэтому для надежной работы устройства применяется схема типа защелки на элементах И-НЕ 31 и 32, которая растягиt вает импульс переполнения до длительности импульса с четвертого выхода дешифратора 8. Данный импульс проходит через элемент И 24, так как на другой его вход поступает единичный уровень с выхода триггера 15, и через элемент ИЛИ 26 и элемент 34 задержки переключает триггер 14 и триггер 15, который возвращает в первоначальное состояние элементы устройства, а именно: включает элементы И 21 и 23 пороговый элемент 13; выключает элемент И 24 пороговый элемент 12 и переключает ключом вход аналогоцифрового преобразователя на вход устройства. Нулевой уровень с инверсного выхода триггера 14 через элементы И-НЕ 29 разрешает происхождение импульса с третьего выхода дешифратора 8 через элемент И-НЕ 30 на управляющий вход блока !9 ключей

1233173 считывания, на выходе которого появится цифровой код с выхода аналогоцифрового преобразователя 3, соответствующий измеренному входному напряжению, близкому к истинному максимуму.

Так как импульс с выхода И-НЕ 30 выделяется отрицательной полярности, а импульс с третьего выхода дешиф- 1О ратора 8 приходит на вход элемента

И 22 положительной полярности, то он на выход элемента И 22 не пройдет, тем самым исключается из анализа сумматора 11 первая после переключения разность двух отсчетов, которая не несет информации об истинном характере изменения зависимости и может принести к сбою устройства. Пороговый элемент !2 может включаться только на втором пределе измерения в случае, когда пологий участок имеет длительную протяженность, и за зто время исследуемая функция (f,(х),фиг .2) приблизится к пределу 2 измерения аналого-цифрового преобразователя 3. В этом случае через элемент ИЛИ 26 и элемент 34 задержки переключится триггер 15 на первый предел, в регистре 10 запишется новый код и, если скорость приращения функции не изменится, то пороговый элемент 13 снова переключит триггер

15 на второй предел и процесс анализа повторится до тех пор, пока не бу35 дет выделен максимум. формула изобретения

Анализатор экстремумов, содержащий ключ, генератор тактовых импульсов, четыре элемента И, три триггера, два элемента ИЛИ, пять элементов И-НЕ, элемент НЕ, первый и второй счетчики, выход первого из которых соединен с входом дешифратора, 45 первый выход которого через элемент НЕ соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к информационному входу первого регист59 ра, тактовый вход которого соединен с вторым выходом дешифратора, третий выход которого подключен к первым входам первого элемента H и первого элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом. второго элемента И-НЕ, выход которого подключен к второму входу первого элемента И-НЕ, а второй вход объединен с нулевым входом первого триггера, первым вхсдом первого элемента ИЛИ и подключен к инверсному вьгходу второго счетчика, счетный вход и вход сброса которого соединены соответственно с выходами первого элемента И и первого элемента ИЛИ, второй вход которого объединен с единичным входом первого триггера, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, инверсный выход второго триггера подключен к входу формирователя импульсов, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности определения значения и момента появления экстремума, в него введены два пороговых элемента, сумматор, цифроаналоговый преобразо-. ватель, вычитающий усилитель, два блока ключей считывания, четвертый триггер, элемент задержки и пятый элемент И, при этом выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом первого счетчика, а первый информационный вход ключа объединен с первым входом аналогового сумматора и является входом анализатора,, второй информационный вход ключа соецинен с выходом аналОгового сумматора, а выход подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к информационным входам первого порогового элемента, второго регистра, первого блока ключей считывания, Входам первого слагаемого сумматора, вхоц второго слагаемого которого подключен к инверсному выхо-, ду первого регистра, прямой выход которого соединен с информационным входом второго блока ключей считывания, выход которого является выходом предыдущего значения максимума анализатора, вход перекоса младшего разряда сумматора подключен к шине логической единицы, синхровход сумматора объединен с первым входом третьего элемента И-HE и соединен с выходом третьего элемента И, первый вход которого объединен с нулевым входом третьего триггера, первцм входом четвертого и выходом пятого элементов И-HE и управляющим входом первого блока ключей считывания, выход которого является выходом

1истинного максимума анализатора, выход суммы сумматора подключен к

7.!

233!73

t0 информационному входу второго порогового элемента, управляющий вход которого объединен с первыми входами . первого и четвертого элементов И и подключен к прямому выходу четвертого триггера, инверсный выход которого соединен с управляющими входами пер вого порогового элемента ключа и первым входом пятого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И-НЕ, а выходк первому входу второго элемента ИЛИ и к единичному входу третьего триггера, при этом выход формирователя им- !5

;пульсов соединен с единичным входом второго триггера и вторым входом четвертого элемента И, выход которого подключен к управляющему входу второго блока ключей считывания, yg выход второго порогового элемента соединен с нулевым входом четвертого а триггера, единичный вход которого через элемент задержки подключен к выходу второго элемента ИЛИ, второй 25 вход которого сеединен с выходом первого порогового элемента, инверсный выход переноса старшего разряда сумматора подключен к второму входу третьего элемента И-НЕ и нулевому входу первого триггера, единичный вход которого соединен с выходом третьего элемента И-НЕ, выход второго регистра подключен к информационному входу цифроаналогового преобразователя, выход которого соеди- нен с вторым входом аналогового сумматора, второй вход третьего элемента И подключен к четвертому выходу . девифратора, второму входу первого элемента И и к первому входу пятого элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу третьего триггера, пятый выход дешифратора соединен со стробирующим входом первого порогового элемента.

1233173 р Хт Kr Xmg

Составитель Э.Сечина

Техред М.Ходанич

Корректор С.Черни

Редактор С.Патрушева

Заказ 2773/52

Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная,4

/(х)

fm

Ул хо

Тираж 671 о Подписное

ВНИИПИ Г осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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