Цифровой автокоррелятор

 

Изобретение относится к специализирован йым цифровым устройствам и может быть использовано в измерительной и вычислительной аппаратуре . Применение автокоррелятора позволяет определять вид корреляционной функдии, что дает возможность получать оперативную информацию о состоянии размольного механизма. В случае неизношенных валков размольного стола процесс колебания нижней прижимной рамы будет носить случайный характер, близкий к нормальному, и его корреляционная функция имеет соответствующий вид. При неравномерном износе валков, наличии выбоин , трещин в случайном процессе появляется периодическая составляющая, которая приводит к колебательной корреляционной функции соответствующего вида, что позволяет установить S (Л оо 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (д1) 4 G 06 F 15/336

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3892129/24-24 (22) 05.05.85 (46) 30.01.87, Бюл. ¹ 4 (71) Сызранский турбостроительный завод и Филиал Куйбышевского политехнического института в г. Сызрани (72) В.П. Сухинин, А.Е. Спектор, Д.П. Гришин и С.Ф. Платонов (53) 681.33(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 832560, кл. С 06 F 15/336, 1980 °

Авторское свидетельство СССР

¹ 1022167, кл. G 06 F 15/336, 1981. (54) ЦИФРОВОЙ АВТОКОРРЕЛЯТОР (57) Изобретение относится к специа лизированным цифровым устройствам и может быть использовано и измериÄÄSUÄÄ 12873 78 А 1 тельной и вычислительной аппаратуре. Применение автокоррелятора позволяет определять вид корреляционной функции, что дает возможность получать оперативную информацию о состоянии размольного механизма. В случае неизношенных валков размольного стола процесс колебания нижней прижимной рамы будет носить случайный характер, близкий к нормальному, и его корреляционная функция имеет соответствующий вид. При неравномерном износе валков, наличии выбоин, трещин в случайном процессе появляется периодическая составляющая, которая приводит к колебательной корреляционной функции соответствующего вида, что позволяет установить Я

1287178 факт износа мелющих органов, причем значение параметров моделей характеризует степень износа. Автокоррелятор позволяет определять значения оценки нормированной корреляционной функции, классифицировать стационарные случайные процессы и измерять максимальный интервал корреляции.

Цель изобретения — расширение класса решаемых задач за счет возможности определения интервала автокорреляции, а также вида аналитического выражения для оценки автокорреляционной функции. Возможность классификации случайных процессов достигается за счет определения первой производной функции блоками 6 и

18 и сравнением полученного значения с граничным значением в блоке

7 сравнения, а также фиксацией перехода значений оценки нормирован1

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для оперативного определения корреляционных характеристик текущего стационарного случайного процесса. Применение автокоррелятора позволяет определять вид корреляционной функции, что дает возможность получать оператив ую информацию о состоянии раэмольного механизма. Своевременное прогнозирование состояния объекта позволяет учитывать текущую производительность мельницы.

Цель изобретения — расширение класса решаемых задач за счет возможности определения интервала автокорреляции, а также вида аналитическаго выражения для оценки автокорреляционной функции.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого цифрового автокоррелятора.

Автокоррелятор содержит квантователь 1, блок 2 памяти, первый блок 3 умножения, второй сумматор 4, второй блок 5 умножения, первый сумматор 6, второй блок 7 сравнения, второй регистр 8, делитель 9 частоты, первый блок 10 сравнения, генератор, 11

"Старт-стоп" сигнала, генератор 12 ной корреляционной функции через нулевое значение генератором 11

"Старт-стоп" сигнала. На выходе 21 автокоррелятора формируется код аналитического выражения. Повышение быстродействия при:исследовании колебательных процессов достигается за счет .повторного запуска автокоррелятора, связанного с максимальным интервалом корреляции. Для этого в блоке 10 сравнения сравниваются значения оценки нормированной корреляционной функции с пороговым значением, и результат сравнения воздействует на регистр 16. Выход сигнал поспоследнего через блок 17 элементов

ИЛИ производит повторный запуск автокоррелятора. Код, пропорциональный „„„,, хранится в регистре 15 и поступает на первый выход 22 автокоррелятора. 1 ил. тактовых импульсов, счетчик 13, бло

14 управления, выполненный на постоянном запоминающем устройстве, первый регистр 15, третий регистр 16, блок элементов ИЛИ 17, третий блок

18 умножения, информационный вход 1

1 .выход 20 текущего значения нормированной оценки автокорреляционной функции, выход 21 классификации про1О цесса по виду автокорреляционной функции, выход 22 оценки максимального интервала автокорреляции °

Цифровой автокоррелятор работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчик 13 находится в нулевом состоянии и при поступлении на его вход сигналов от генератора 12 он начинает заполняться, тем самым выбирая из блока 14

20 соответствующие коды, определяющие последовательность обработки информации и константы, участвующие в работе устройства.

Поступающая на вход 19 центрированная и нормированная реализация случайного процесса X(1:) дискретизируется квантователем 1. В блок 2 памяти записываются полученные дискретные значения разрядности N„ (ор,— но. слово). При считывании из блока! 287178

f5

Ч„=X (шм), нал

25 (3) Чз (10) (11) (12) (13) 0;

О. (5) + Км).

2 памяти на его выход. параллельно поступают два слова, каждое разрядности И9. Адрес каждого слова определяется кодом, поступающим с выхода блока 14 на адресный вход блока 2 памяти, а режимы записи по одному слову и считывания по два задаются сигналами, поступающими на управляющий вход блока 2 памяти с соответствующего выхода блока 14 (сигналы разрешения записи-считывания).

На один вход блока 3 умножения поступают дискретные отсчеты а на другой — сдвинуть)е на вепичину

К di отсчеты

Ч = Х (mhi, + К«), (2) С выхода блока 3 умножения сигпоступает на сумматор 4. При изменении m на единицу на вход сумматора поступают новые значения V, по- 30 ка не просмотрена вся реализация.

На выходе сумматора 4 формируется значение, равное и

Ч = Х (m<> ) Х (ma< +К«),(4) 35

m=1 которое поступает на один из входов блока 5 умножения, на второй вход которого с соответствующего выхода блока 14 выдается код, равный 40

1/N. На выходе блока 5 умножения происходит усреднение полученной информации за время просмотра одной реализации, и на выходе формируется сигнал 45

Н

Ч =- — Х (тм) Х (шм+

5 Я

Затем изменяется значение К .м и заново просматривается реализация процесса. Можно показать, что (5) является оценкой автокорреляционной функции. 55

После каждого просмотра реализации сумматор 4 обнуляется входным импульсом сброса. поступающим в этот момент с соответствующего выхода блока !4. Перед обнулением сумматора 4 импульс, поступающий на вход управления блока 5 умножения с соответствующего выхода блока 14, разрешает прием информации с выхода сумматора 4. В это время из блока 14 на вход второго сомножителя блока 5 умножения приходит код, пропорциональный 1/N, и на выходе 20 устанавливается текущее значение нормированной оценки корреляционной функции.

Большой класс случайных процессов характеризуется корреляционными функциями вида

РхР) = ехр (Л1 ) (6)

Р, (7) = ехр {. — (QI>l ) ); (7)

Р (с) =ехр (-A Г I) (cos и1, т—

sinu) 11! ) (8)

d о У о

P„(i) .=åõð (- 3 I i I ) (cos d, . +

Л

+ - — sinu)o { т1 ) . (9)

Значения первой производной в нуле для моделей (6) — (9) следующие:

Однако в связи с тем, что происходит дифференцирование оценок корреляционной функции, значения производных (10) -(13) отличаются от ожидаемых и находятся в пределах p,« (9 ) для моделей (11), (13) и в пределах

> P x (>) для моделей (10), (12) .

Вначение P„, (t) для конкретного процесса определяется как 1n IEf. Р

99 где Р < — верхняя граничная частота спектра сигнала; à — сколь угодно малая положительная величина, на практике принимаемая равной 0,05.

В блоке 7 сравнения значение производной, полученное в блоках 6 и 18 сравнивается с сигналом, пропорциональным граничному значению y „ „ ().

Код граничного значения j „„ (L) поступает с соответствующего выхода блока 14. Если

5 12871

:то на выходе блока 7 сравнения формируется логический "0". Если условие (14) не выполняется, то с выхода блоI ка. 7 сравнения поступает логическая

"1". Уровень логического "0" или "1" фиксируется в старшем разряде регистра 8.

Модели (6) и (7) — монотонные, а (8) и (9) — колебательные. Если значение нормированной корреляционной 1р функции проходит через ноль, то делается заключение, что модель.колебательная.

С выхода блока 5 умножения на вход генератора 11 поступает только знаковый разряд нормированной корреляционной функции. Если знаковый разряд изменяет свое значение, что свидетельствует о переходе нормированной корреляционной функции через нулевое значение, то генератор 11 формирует импульс, который поступает на вход младшего разряда регистра 8 и устанавливает триггер младшего разряда. Если нормированная 25 корреляционная функция в течение всего интервала корреляции не изменила свой знак, то триггер младшего разряда регистра 8 остается в нулевом состоянии. 30

Таким образом, если код на выходе регистра 8 равен 00, то процесс относится к классу вида (7), код 01 соответствует модели (9), код 10 соответствует модели (6), код 11 соответствует модели (8). Это является основанием для классификации процесса по виду корреляционной функции.

Максимальный интервал корреля- 40 ции определяется в соответствии с соотношением!

Р (" макс1 °

45 где „(c) — значение нормированной корреляционной функции исследуемого процесса;

7 — максимальный интервал к макс корреляции, наиболее полно характеризующий случайный процесс, Текущее значение нормировайной оценки корреляционной функции (без знакового разряда) поступает на вход первого числа блока 10 сравнения, на вход второго числа с соответствующего выхода блока 14 подается код уровня l l

78 6

При выполнении условия lg, () — Е!> 0 сигнал с выхода блока 10 сравнения разрешает прием содержимого счетчика 13 в регистр 15. Этот же сигнал служит для установки регистра

16 в нулевое состояние.

При выполнении условия I5„(, ) — !< 0 сигнал с выхода блока 10 запрещает прием информации с выхода счетчика 13 в регистр 15. При каждом изменении знака нормированной корреляционной функции (переходе через ноль) генератор 11 вырабатывает импульс, который поступает на последовательный вход регистра 16. Для колебательного процесса сигнал с выхода регистра 16 свидетельствует об окончании цикла работы автокоррелятора. В этот момент содержимое регистра 15, которое поступает на выход 22 автокоррелятора, пропорционально 1

Формула и з обретения

Цифровой автокоррелятор, содержащий квантователь, блок памяти, первый блок умножения, первый блок сравнения, первый регистр, генератор тактовых импульсов и Счетчик, информационный вход квантователя является информационным входом автокоррелятора, выход квантователя соединен с информационным входом блока памяти, выход первого регистра яв-ляется выходом оценки максимального интервала автокорреляции автокоррелятора, отличающийся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет воэможности определения интервала автокорреляции, а также вида аналитического выражения для оценки автокорреляционной функции, в него введены первый и второй сумматоры, второй и третий блоки умножения, второй блок сравнения, второй и третий регистры, генератор Старт-стоп" сигнала, делитель частоты,.блок управления, выполненный в виде постоянного запоминающего устройства, блок элементов ИЛИ, выход которого соединен с входами установки в начальное состояние счетчика, второго регистра и первого сумматора, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом квантователя и с информационным входом делителя частоты, выход которого соединен с так12В717О

Составитель E. Ефимова

Редактор С. Лисина Техред А.Кравчук Корректор M. Демчик

Заказ 7719/53 Тираж 694 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР па делам. изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 тавыми входами первого и второго блоков умножения, первогд и второго сумматоров, с первого по третий регистров и со счетным входом счетчика, выходы разрядов которого соединены с адресным входом блока управления, с информационным входом первого регистра и с первой группой входов блока элементов ИЛИ, вторая группа входов которого соединена с группой выходов третьего регистра, первый ивторой информационные выходы блока памяти соединены соответ-. ственно с первым и вторым входами первого блока умножения, выход которого соединен с информационным входом второго сумматора, выход которого соединен с первым входам второго блока умножения, второй вход которого соединен с выходом задания первой константы блока управления, выход установки в начальное сосI таяние которого соединен с одноименным входом второго сумматора, выход второго блока умножения соединен с информационным входом первого сумматора и первым информационным входом первого блока сравнения, входом генератора "Старт-стоп" сигнала и является выходом текущего значения нормированной оценки автокорреляционной функции, вход констанI ты третьего блока умножения соединен с выходом задания второй константы блока управления, выход задания третьей константы которого соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом третьего блока умножения, информационный вход которого соединен с выходом первого сумматора, выход второго блока сравнения соединен с входом старшего разряда второго регистра, выход генератора "Старт-стоп" сигнала соединен с информационным входом третьего регистра и с входом младших разрядов второго регистра, выход которого является выходом классификации процесса па виду автокорреляционной функции автокоррелятора, выход задания четвертой константы блока управления соединен с вторым информационным входом первого блока сравнения, выход которого соединен с входами разрешения записи первого и третьего регистров, первый синхровыход блока управления соединен с входом разрешения работы второго блока умножения, адресный выход блока управления соединен с адресным входом блока памяти, вход разрешения записи-считывания которого соединен с вто-, рым синхровыходом блока управления.