Устройство для диагностирования автоматических систем

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах диагностирования динамических объектов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит блоки 12 нелинейных преобразователей эталонных сигналов и входных сигналов, группы 3, 9 блоков вычитания, группу 4 блоков возведения в квадрат, блок 5 интеграторов, группу 6 компараторов, блок 7 вычисления коэффициентов формы входного сигнала, группу 8 элементов задержки, компаратор 10, группы 11, 12 ключей, группы 13, 14 элементов ИЛИ, генераторы 32, 33 эталонных сигналов и коэффициентов аппроксимирующих полиномов, блок синхронизации 38, аналого-цифровой преобразователь 39 и блок 40 отображения. Устройство обеспечивает изменение вида аппроксимирующего полинома, за счет чего расширяются возможности устройства по диагностированию различных автоматических систем. 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 06 F 15/46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4727135/24 (22) 07.08.89 (46) 30.07.91. Бюл, М 28 (72) А.И.l1onoyc и С.А. Федотов (53) .621.396 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1030808, кл, G 06 F 15/46, 1982, Киселев Н.В., Сечкин В,А. Техническая диагностика методами нелинейного преобразования. Л.: Энергия, 1980, с. 16, рис. 1. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах диагностирования динамических объектов. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства. Устройство со„„ Ы„„16671О7 А1 держит блоки 1, 2 нелинейных преобразователей эталонных сигналов 1 и входных сигналов, группы 3, 9 блоков вычитания, группу 4 блоков возведения в квадрат, блок 5 интеграторов, группу 6 компараторов, блок 7 вычисления коэффициентов формы входного сигнала, группу 8 элементов задержки, компаратор 10, группы 11, 12 ключей, группы 13, 14 элементов ИЛИ, генераторы 32 и 33 эталонных сигналов и коэффициентов аппроксимирующих полиномов, блок синхронизации 38, аналого-цифровой преобразователь 39 и блок 40 отображения.

Устройство обеспечивает изменение вида аппроксимирующего полинома, за счет чего расширяются возможности устройства по диагностированию различных автоматических систем. 8 ил.

1667107

nph

10 т

Хе(i) (Т-t)k dt о т

f Z (t) 1 dt о

20 ; zl l (т-tl

Фк=

N, Z (t) tk

25 (2) t,=0

X Z()(T-1) (4) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах диагностирования динамических объектов, в частности автоматических систем, Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей устройства.

Работа устройства базируется на опре., делении формы выходного сигнала, основанном на вычислении степенного коэффициента формы сигнала Z(t) и аппрок симирующих полиномов Pn(t) по формуле

С учетом дискретизации аргумента и за1 мены интегрирования суммированием, можно записать коэффициент формы сигна ла k-й степени (1) в виде (Наибольшее количество информации о форме сигнала содержат младшие степени коэффициента формы (1) или (2).

Практически бывает достаточно принять k = 1, тогда получаем выражение к (3)

X 2(т) с=О из которого следует, itU при Ф1 1 функция

Z(t) убывающая, при Ф1 < 1 — возрастающая, а при Ф1 = 1 — периодическая (фиг.8).

Для некоторых видов выходных сигналов ОК линейный коэффициент формы, определяемый по формуле (3), следующий:

2 (t) = Т вЂ” t, Ф1 = 2,0, Z(t) = tÄ

Ф) =0,5;

Z(t) = t, Ф1=0,33;

Z(t) =(Т вЂ” t), Фч =3,0;

Аналогично Bhl÷èoëÿþòñÿ линейные коэффициенты для базиса Якоби (- 1, +1):

1 . к

Pn (t) —.— — > Cn

2 "к ==О

-) - - — — — -- ----)-- — (г:-1)" (т+1) (а + I< + 1) f ф+ n + I< ->- 1) (5) а =1, р-0 Ф1=20, Ф1= 067; а =О, p=1 Ф1=05, Ф1=049; а =2, p=0 Ф< =30, Ф1=20; а =О, p=2 Ф1=033, Ф1=05; а =2, р--2 Ф1=1,0, Для полино- Для функмов Якоби ций Якоби

Следовательно, вычисление коэффициента формы (1) или (2) выходного сигнала (в ходе диагностирования) и аппроксимирующих полиномов (до диагностирования в процессе разработки устройства) позволяет оценить меру сходства сигнала и аппроксимирующего полинома. Тем самым из общего набора функций ортогональных базисов, предусмотренных в устройстве для аппроксимации будет использована та, коэффициент формы которой наиболее близок к коэффициенту формы выходного сигнала объекта контроля Z(t). Практика показывает, что число возможных видов сигналов Z(t) невелико. Это — возрастающие или убывающие, колебательные, сходящиеся и расходящиеся во времени процессы.

Следовательно. аппроксимация этих сигналов возможна с использованием ограниченного числа ортогональных полиномов. В устройстве коэффициент формы (2) выход30 ного сигнала Ф» (Z) сравнивается с коэффициентами формы аппроксимирующих полиномов Фк(Р) и выделяются h разностей этих коэффициентов.

ЛФк = (Фк/Z) — Фк (Р), 1= 1, и (6)

35 и определяется наименьшая из них, после чего используется наилучшая аппроксимация..

На фиг.1 изображена схема устройства; на фиг.2 — схема, раскрытая для одного из

40 каналов, обрабатываю .цих определенную полиномиальную форму; на фиг,3-5 — схемы компаратора. блока вычисления коэффициентов формы входного сигнала и нелинейный преобразователь эталонного

45 сигнала блока 1; на фиг.6 — схема блока управления; на фиг.7 — в реме нн ые диаграммы распределения управляющих импульсов; на фиг.8 — возможные формы входных сигналов устройства.

50 Устройство содержит блок 1 нелинейных преобразователей эталонных сигналов, блбк 2 нелинейных преобразователей входных сигналов, первую группу 3 блоков вычитания, группу 4 блоков возведения в

55 квадрат, блок 5 интеграторов, группу 6 компараторов, блок 7 вычисления коэффициентов формы входного сигнала, группу 8 элементов задержки, вторую группу блоков

9 вычитания, компаратор 10, первую 11 и

1667107

40 зователей 1 и 2

50 вторую 12 группы ключей, первую 13 и вторую 14 группы элементов ИЛИ, каналы 15, обрабатывающие определенные полиномиальные формы (включают блоки 1 — 5, 11-14), составляющие компаратор 10 схемы 16 — 18 сравнения, элементы И 19 — 21, входящие в блок 7 узлы 22 и 23 умножения, накапливающие сумматоры 24 и 25 и узлы вычитания

26 и деления 27, образующие блок 1, узлы

28 — 30 умножения и сумматор 31, генераторы эталонных сигналов 32 и коэффициентов апроксимирующих полиномов 33, а также генератор 34тактовых импульсов, формирователь 35 импульсной последовательности, делитель 36 частоты и распределитель 37 импульсов, входящие в блок 38 синхронизации и аналого-цифровой преобразователь

39 и блок 40 отображения, Сигнал с объекта контроля после дискретизации в АЦП подается на блок 7, например в виде (4), а с его выхода — на первые входы блоков 9 вычитания, на вторые входы которых подаются заранее вычисленные и записанные в генераторе 33 коэффициенты формы Фк (P), например в виде (5), аппроксимирующих полиномов. С выходов блоков

9 на входы компаратора 10 поступают разности коэффициентов (6) ЛФк, i = 1,п, а с одного из его выходов, где разность наименьшая, разрешающий потенциал поступает на управляющий вход одного из ключей (11)...11n) каждого из m каналов 15 преобразования эталонных сигналов

Zni(t)...Znm(t) и на управляющий вход одного из ключей 12ъ..12 каждого из m каналов 15 преобразования выходного сигнала 2®

На фиг.2 раскрыта структура одного )-го канала 15 (j = 1,m) устройства, так как порядок функционирования и структура остальных m — 1 каналов (15ъ..15>-1, 15)+ъ..15m) аналогичны. Обьединение нелинейных преобразователей (1Ii,...,1у-1, 1jj+1...1in) позволяет уменьшить количество блоков с m х и до m, кроме электронных ключей и преобра-

На информационные выходы ключей (11ъ.Д11п) подается набор из и эталонных сигналов, соответствующий идентифицированному i-му типу (i = 1,п) входных сигналов

Z;(t), При наличии разрешающего потенциала на одном из управляющих входов ключей

111...11л один из эталонных сигналов проходит через ключ на соответствующий вход нелинейных преобразователей (11...1n) На входы ключей (121...12 ) подается задержанный группой 8 выходной сигнал

Z(t- т), который при наличии разрешающего потенциала на одном из управляющих входов ключей поступает на вход соответствующего нелинейного преобразователя (2 ь..2п).

8ыходы нелинейных преобразователей (11...1П) эталонных сигналов Znii(t) )-го типа объединены элементами ИЛИ 13, с выхода которых соответствующий преобразованный эталонный сигнал о(2и1) поступает на входы группы блоков вычитания (31...3n)i, Аналогичным образом выходы h нелинейных преобразователей (21...2п)1 выходного сигнала Zi(t)-ro типа объединены элементами ИЛИ 14, с выхода которых преобразованный сигнал у (Z ) поступает на другие входы группы блоков вычитания.

Разность преобразованных эталонного и выходного сигналов i-го типа Лру с выхода группы 3 поступает íà J-й вход группы 4 блоков возведения в квадрат с выхода которого на J-й вход блока 5 интеграторов. С его

J-ro выхода меры близости к J эталонам поступают на группу 6 компараторов, где определяется наименьшее из значений 0ii(I =

=const; J = 1,m). На выходе одного компаратора группы 6 появляется разрешающий потенциал, соответствующий меньшему значению О, когорый засвечивает номер технического состояния обьекта в блоке 40 отображения.

Состав некоторых блоков устройства.

Структура компараторов 6 или 10 отличается лишь числом каналов и может быть реализована набором микросхем, например, серии 561 (561 ИП 2). На фиг,5 представлена схема второго компаратора 10 на три входа и три выхода, содержащего три схемы 16 — 18 сравнения, имеющих по два четы рехразрядных входа и три выхода, и три элемента И 19-21, имеющие по два входа и по одному выходу.

Компаратор . Логика работы схем 1618 построена таким образом, что при

Uexi > Uex2 положительный потенциал поЯвляется на выходе 1, при Uex1= Uex2 на выходе

11 и пРи Uex1< Uex2 на выходе III.

Логика работы компаратора 10допускает решение задачи при фиксации сигналов или на выходах И или этих элементов.

Вследствие этого выходы I u II каждой из схем 16-18 объединены схемой ИЛИ (диодами).

Рассмотрим работу компаратора 10.

Предположим что. на его входе Il значение разности ЛФ (Z) наименьшее, Тогда положительные потенциалы (сигналы "1") появятся на выходе ill схемы 17 (а на выходах I и Il сигналы "0") и на выходе I схемы 16 (на выходах И и И1- сигналы "0"). В ыход I I схемы

17 и выход i схемы 16 соединены с входами

1667107 элемента И 20, вследствие чего на его входе, а следовательно, и на выходе li компаратора

10 поя вится пол ожител ьн ый поте н циал (сигнал "1"), Очевидно, что по крайней мере на одном входе остальных элементов И 19 и 21 при этом действует сигнал "0", что приводит к отсутствию на выходах I u lil компаратора l0 разрешающего потенциала. Таким образом, если минимальный сигнал поступает на первый вход компаратора 10, имеем "1" на выходе I, на второй вход — "1" на выходе II, на третий вход — "1" на выходе III

Блок вычисления коэффициентов формы входного сигнала реализует форму (3), для удобства представленную в виде

X Z qt) " X Z(t) <

Ф1 (Z)— (7)

g z(t) t т =О

Нелинейные преобразователи сигнала, Вид нелинейного преобразователя для каждого вида выходного сигнала и для каждого технического состояния объекта, классифицируемого устройством, определяется заранее в процессе синтеза. Для случая представления нелинейного преобразования степенным рядом принята в устройстве структура блоков нелинейных преобразователей 1 и 2, для примера реализующая степенной ряд, ограниченный тремя членами в виде тр (Z(t)) = Ао+ А1 Z(t)+ А2 Z (t), (8)

Генераторы эталонных сигналов представляют собой (mxn)-канальное запоминающее устройство, например (гпхп) регистров памяти, на каждом из которых постоянно хранятся записанные дискретныее значения одной vi3 эталонных фукн ций.

Генератор 33 коэффициентов аппроксимирующих полиномов представляет собой аналогичный и-канальный запоминающий узел, с выходов которого численные значения коэффициентов формы подаются на входы группы 9 блоков вычитания по сигналам блока 38, Блок 38 синхронизации выдает на свои выходы сигналы, обеспечивающие синхронную работу всех блоков устройства. Начало работы блока 38 определяется моментом ti поступления отклика объекта контроля на тестовое воздействие. Генератор 34 и формирователь 35 импульсной последовательности формируют последовательность импульсов с частотой, определяемой интервалом дискретизации с в блоке 7. Распреде45

Формула изобретения

Устройство для диагностирования автоматических систем, содержащее аналогоцифровой преобразователь. блок нелинейных преобразователей эталонных сигналов, блок нелинейных преобразователей входных сигналов, первую группу блоков вычитания, групйу блоков возведения в квадрат, блок интеграторов, группу компараторов и блок отображения. входы которого соединены с выходами компараторов группы, входы которых связаны с выходами блока интеграторов, информационные входы которых подключены к выходам блоков возведения в квадрат группы, вход аналогоцифрового преобразователя является информационным входом устройства;,о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства лионель 37 формирует временные сигналы, длительность и взаимное расположение которых во времени представлено на фиг,7, где эпюра 1 — последовательность импуль5 сов на выходе формирователя 35 импульсной последовательности; эпюра 2 — начало и интервал диагностирования; эпюра 3— импульс сброса интеграторов блока 5 и сумматоров 24 и 25 блока 7; эпюра 4 — сигнал

10 разрешения на выдачу сигналов генератором 33; эпюра 5 —. сигнал разрешения на выдачу сигналов генератором 32, причем 1— (1 интервал дискретизации, t

ГП

15 Fm — максимальная частота спектра выходного сигнала объекта контроля;

Т вЂ” интервал диагностирования, определяемый постоянной времени самого динамического сигнала туст макс, интервалом

20 ТОрт ортогональности аппроксимирующей функции и инерционностью Т«схемных элементов, зависящей от вида реализации устройства:

Т = tycho макс + Торт + Тин.

25 г1 — время завершения переходных процессов в блоках 1, 2, 3, 4, 5, 7, 11, 12, 13, 14;

Т2 — время задержки сигнала в блоке 7; тз — время задержки сигнала в блоках 7, 9. 10.

Таким образом, сигналами с блока управления задается интервал диагностирования Т (эпюра 2), выдается импульс на сброс интеграторов 5 (эп юра 3), осуществляется запуск и остановка генераторов 32 и 33 (эпюры 4 и 5), дискретизируется информация о текущем времени (эпюра 1), осуществляется сброс сумматоров 24 и 25 в блоке 7 (эпюра 3), чем достигается блокировка выхода блока 7.

1667107

10 путем изменения вида аппроксимирующего полинома, в устройство введены блок вычисления коэффициентов формы входного сигнала, группа элементов задержки, вторая группа блоков вычитания, компаратор, две группы ключей, две группы элементов

ИЛИ, блок синхронизации, генератор эталонных сигналов и генератор коэффициентов аппроксимирующих полиномов, выходы которого соединены с входами вычитаемых блоков вычитания второй группы, входы уменьшаемых которых связаны с выходами блока вычисления коэффициентов формы входного сигнала, а выходы — с группой входов компаратора, группа выходов которого соединена с группами управляющих входов ключей первой и второй групп. информационные входы ключей второй группы связаны с выходами элементов задержки группы, входы которых и первая группа информационных входов блока вычисления коэффициентов формы входного сигнала подключены к информационным выходам аналого-цифрового преобразователя, сигнальный выход окончания преобразования соединен с входом запуска блока синхронизации, выходы

5 которого связаны с второй группой информационных входов блока вычисления коэффициентов формы входного сигнала, с входами запуска генератора коэффициентов аппроксимирующих полиномов и гене10 ратора эталонных сигналов и с входами сброса блока интеграторов, информацион. ные входы ключей первой группы соединены с выходами генератора эталонных сигналов, входы блоков нелинейных нреоб15 разователей эталонных сигналов и входных сигналов связаны соответственно с выходами ключей первой и второй групп, а выходы— соответственно с входами первой и второй групп элементов ИЛИ, выходы которых под20 ключены соответственно к входам вычитаемого и уменьшаемого блоков вычитания первой группы.

1667107

1667107

1667107

Составитель В,Воронков

Редактор С,Лисина Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Л.Бескид

Заказ 2526 Тираж 411 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул,Гагарина, 101