Система полунатурного моделирования динамических систем

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при полунатурном моделирова НИИ сложньк динамических систем, тех - нологических процессов и т.п. совместно с системами управления. Целью изобретения является повышение точности моделирования. В соответствии с изобретением динамический стенд выполнен в виде шестистепенного манипулятора для имитации полного пространственного перемещения объекта, а для формирования тестирующего сигнала в виде белого гауссова шума введены цифроаналоговый преобразователь и рекуррентный цифровой фильтр. , Введенный рекуррентный цифровой фильтр, помимо фильтрующих функций, управляет работой генератора случайные чисел манипулятора и реальной аппаратуры. 4 ил. . W

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1. (191 (11) (51)4 G 06 F 15 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4123339/24-24 (22) 26.06.86 (46) 30.09.88. Бюл. Р 36 (72) А.Н.Белюнов, К.А,Пупков, Е.М.Овчинников и Н.В.Лукьянова

- (53) 681.3 (088.8) (56) Патент США У 4081858, кл. 364-559, 1978.

Белянин П.Н. Промьпппенные роботы.

М.: Машиностроение, 1975, с. 159.

Авторское свидетельство СССР

11! 1121681, кл. G 06 F 7/48, 1982. (54) СИСТЕМА ПОЛУНАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при полунатурном моделировании сложных динамических систем, тех нологических процессов и т.п, совместно с системами управления. Целью изобретения является повышение точности моделирования. В соответствии с изобретением динамический стенд выполнен в виде шестистепенного манипулятора для имитации полного пространственного перемещения объекта, а для формирования тестирующего сигнала в виде белого гауссова шума введены цифроаналоговый преобразователь и рекуррентный цифровой фильтр.

Введенный рекуррентный цифровой фильтр, помимо фильтрующих-функций, управляет работой генератора случайньг< чисел манипулятора и реальной аппаратуры. 4 ил.

1427377

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при полунатурном моделировании сложных динамических систем, технологических процессов и т.п. сов-. местно с системами управления.

Цель изобретения — повышение точности моделирования, На фиг. 1 представлена блок-схема системы; на фиг. 2, 3 — схема рекуррентного цифрового фильтра; на фиг.4— временная диаграмма работы, Система (фиг.1) содержит исследуемую аппаратуру. 1, аналого-цифровой 15 преобразователь (АЦП) 2, блок Э вычисления взаимной корреляционной функ1t ции, генератор 4 случайных чисел, рекуррентный цифровой фильтр 5, динамический стенд 6, выполненный в виде 2р манипулятора с шестью степенями свободы,цифроаналоговый преобразователь

7, установочный вход 8, связи 9-11 между элементами устройства, вход

12 запуска, выход 13. В состав рекур- 25 рентного цифрового фильтра 5 входят связи 14-22 между элементами, генера тор 23 тактовых импульсов, второй элемент ИЛИ 24, третий элемент И 25, триггер 26, первый элемент И 27, вто- 3g рой элемент И 28, первый 29 и второй

30 распределители импульсов, блок 31 задания исходных данных, третий элемент ИЛИ 32, счетчик 33 импульсов, схема 34 сравнения, первый блок 35 умножения, первый элемент ИЛИ Зб,сумматор 37, второй блок 38 умножения, первый 39 и второй 40 коммутаторы.

В качестве блока вычисления взаимной корреляционной. функции может быть 4р использовано любое устройство, решающее данную задачу.

В качестве манипулятора 6 может быть использован, например, робот фирмы Юнимейт, имеющий шесть осей 45 движения и работающий в сферической системе координат, включающий пять

Гидравлических приводов, выходы которых кинематически связаны с входами исполнительного механизма.

В системе производится идентификация блоков исследуемой аппаратуры 1.

В качестве тестирующего воздействия на аппаратуру 1, а также входного воздействия на стенд 6 выбирается белый гауссов процесс, который вырабатывается генератором 4.

Для получения ограниченной полосы тестирующего сигнала гауссов процесс пропускается через фильтр 5, который также осуществляет управляющие функции модуля.

Система работает следующим образом.

Перед началом работы сигналом, поступающим с входа 8, устанавливается исходное состояние. Затем сигналом с входа 12 запускается генератор 23 тактовых импульсов, который вырабатывает и вьщает тактовые импульсы в течение времени, определяемом длительностью сигнала запуска.

Тактовые импульсы генератора 23 поступают через элемент И 27 на запуск распределителя 29 и через элемент

И 28 на запуск распределителя 30, которые формируют сигналы, управляющие работой системы. Причем при формировании и выдаче фильтром 5 кода одного слова (числа Х,1,) распределитель

29 проходит один период своей работы, а распределитель 30 — р периодов.

Поэтому при выдаче N слов длительность сигнала запуска должны быть

Т=ИС (7+ Зр), где t — период повторения частоты генератора 23 тактовых импульсов.

Первоначально выходной сигнал триггера 26 является разрешающим для, запуска распределителя 29 и запрещающим для запуска распределителя

30. Распределитель 29 поочередно формирует первые три сигнала на своих выходах. Сигналом с четвертого выхода запускается триггер 26, который блокирует дальнейший запуск распределителя 29 и разрешает запуск распределителя ЭО, который последовательно проходит р циклов. Число циклов фиксируется счетчиком 33 и при достижении значения р срабатывает схема сравнения. Сигналом с ее выхода обнуляется триггер .26, блокирующий запуск .распределителя 30 и разрешающий дальнейший запуск распределителя 29.

Сигналом СИ 1 запускается генератор

4, формирующий гауссов процесс X который обрабатывается рекуррентным циф. ровым фильтром 5 по закону: где Х вЂ” номер дискрета; — параметр фильтра, 0 2 (1;

377 з 1427

Х,р(Т)- отфильтрованньп1 гауссов про. — цесс>

Х(1) — цифровой гауссов процесс;

N — число дискретов тестирующего воздействия.

Блок 38 производит умножение (4-1) на X (I-1), а блок 35 — íà X (I-1) .

Значения, (1 в ) и р-разрядности слов X и Х задаются датчиком 31.

Временная диаграмма работы приведена на фиг. 4, назначения сигналов приведены в табл. 1 и 2, Коммутатор 40 управляется сигналом

СИ 4 и на время его действия пропуска-: ет выходной код блока 38 на вход сумматора 37.

Аналогично коммутатор 39 управляется сигналом СИ 5.

Отфильтрованный гауссов процесс 2О поступает на манипулятор динамического стенда и отрабатывается его следящими системами.

С помощью манипулятора гмитируется пространственное перемещение исследу- 25 емой аппаратуры 1, реакция которой на белый шум поступает в блок 3.

Результатом идентификации является рассчитанный набор ядер Винера, которые-представляют собой взаимокорреля- ЗО ционные функции соответствующих порядков.

Эффективным средством сглаживания характеристик наряду с построением регуляризаторов является низкочастотная фильтрация тестирующего сигнала.

Параметры фильтра выбираются в соответствии с полосой пропускания исследуемого объекта, поскольку входной гауссов процесс только тогда для си- 4< стемы является белым шумом, когда его частотный диапазон полностью перекрывает полосу пропускания системы, а он сам в пределах этой полосы обладает постоянной спектральной, плотностью.

С целью определения оптимального частотного диапазона тестирующего сиг" нала, необходимого для построения гладких ядер, используется рекуррентньгй фильтр с приведенным выше уравне- 50 нием.

Задача выбора частного диапазона тестирующего сигнала сводится к выбору таких параметров рекуррентного фильтра, при изменении которых дисперсия реакции модели практически не изменяется. Следовательно, полученггыв таким образом параметры фильтра обеспечивают идеальный белый шум на входе исследуемой реальной аппаратуры, а значит процедура идентификации становится корректной.

Таким. образом, роботизация системы с введением рекуррентного цифрового фильтра, выполняющего также функ ции управления имитации движения, повышают точность результатов моделирования °

Формула изобр етения

Система полунатурного моделирования динамических систем, содержащая. генератор случайных чисел, вход останова работы которого является установочным входом системы, динамический стенд, управляющий вьгход которого кинематически связан с исследует мой аппаратурой, выходы которой через аналого-цифровой преобразователь подключены к первой группе информационных входов, блока вычисления взаимной корреляционной функции, выход которого является выходом системы, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности моделирования, она дополнительно содержит цифроаналоговый преобразователь и рекуррентный цифровой фильтр, состоящий иэ генератора тактовых импульсов, двух распределителей импульсов, счетчика импульсов, схемы сравнения, триггера, трех элементов И, трех элементов ИЛИ, сумматора двух ксммутаторов, двух блоков умножения и блока задания исходных значений, причем в рекуррентном цифровом фильтре выход генератора тактовьгх импульсов соединен с прямым входом первого элемента И и первым входом второго элемента И, выходы которых подключены к тактовым входам соответственно первого и второго распределителей импульсов, первый выход первого распределителя импульсов подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом разрешения суммирования сумматора, второй вход первого элемента ИЛИ, пер-. вые входы второго и третьего элементов ИЛИ и установочный вход первого распределителя импульсов объединены и подключены к установочному входу системы, выход второго элемента ИЛИ соединен с инверсным входом второго элемента И, нулевым входом триггера и установочным входом второго распре27377

Назначение сигнала

Наименован нала РИ 29

Установка в "0" блоков 35, 38 и сумматора 37

СИ 0

Запуск генератора 4

Запись в АЛУ 38 значений (1- () и Х (Т-1) СИ 1

Запись в АЛУ 35 значений (Z) и Хч,(Т-1)

Запуск распределителя 30 импульсов

СИ 3

Запись содержимого блока 38 в сумматор 37

Обнуление счетчика 33

Запись содержимого блока 35

СИ 4

СИ 5

Сигнал, стробирующий выходной код фильтра 5

СИ 6

5 14 делителя импульсов, первый выход кото рого соединен с входами записи мноимаго первого и второго блоков умножения, входы сдвига множителя которых подключены к второму выходу второго распределителя импульсов, третий выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов, раз-. рядные выходы которого подключены соответственно к информационным входам первой группы схемы сравнения, информационные входы второй группы которой подключены соответственно к выходам первой группы блока задания исходных значений, выходы второй и третьей групп которого подключены соответственно к информационным входам первой группы соответственно первого и второго блоков умножения, выходы которых соединены с информационными входами соответственно первого и второго коммутаторов, выходы которых соединены с информационными входами соответственно первой и вто рой групп сумматоров, выходы которого подключены соответственно к информационным входам второй группы первого блока умножения, установочные входы первого и второго блоков умножения подключены к выходу первого элемента ИЛИ, а информационные входы ! второй, группы второго блока умножения соединены соответственно с выхо-, .дами генератора случайных чисел, второй выход первого распределителя им-. пульсов подключен к входу запуска генератора случайных чисел, третий выход первого распределителя импульсов соединен с входами записи информации первого и второго блоков умножения, четвертый выход первого распределителя импульсов подключен к прямому входу третьего элемента И, выход которого соединен с единичным входом триггера, прямой выход которого подключен к инверсному входу первого элемента И и второму входу второго элемента И, четвертый выход первого распределителя импульсов соединен с управляющим входом второго коммутатора и вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к установочному входу счетчика импульсов, шестой выход первого распределителя импульсов соединен с управляю2р щим входом первого коммутатора, выход

"Равно" схемы сравнения подключен. к второму входу второго элемента ИЛИ, а выходы сумматора подключены соответственно к информационным входам

25 цифроаналогового преобразователя и блока вычисления взаимной корреляционной функции, выход цифроаналогового преобразоватеЛя подключен к информационному входу исследуемой аппарату30 ры, вход запуска генератора тактовых импульсов является входом запуска системы, синхронизирующие входы дина,мического стенда подключены к седьмому выходу первого распределителя им35 пульсов Рекуррентного цифрового фильтра, выход сумматора которого соединен с управляющим входом динамического стенда.

1 Таблица 1

Таблица 2

1427377

Назначение сигнала

Наименование сигнала РИ 30

С 2

+ 1 счетчика 33

f7

ro 9

19

Фиг. Z

Запись множимого в блоки 35, 38

Сдвиг на .1 разряд регистра множителя

1427377

1Рие. J

Мпнюистр

ТГ 23

Фие. Ф

Редактор О.Спесивых

Тираж 704 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4853/45

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Тр. N

PH N

Схем сра5ниния Л r Pèé

Составитель И.Дубинина

Техред Л.Сердюкова Корректор Н.Король