Аналоговый вычислитель статистических моментов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 06.1V.1970 (№ 1419700/18-24) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 19.Х.1971. Бюллетень № 31

Дата опубликования описания 12.1.1972

МПК G 061 15/36

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 681.332(088.8) Авторы Ю. О. Штеренберг, Ю. А, Бутко, О. H. Виноградов, T. С. Григорьева, изобретения Б. И. Гурин, Б. В. Козловский, Б. П. Марков и Е. Ф. Пузако

Заявитель

АНАЛОГОВЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ СТАТИСТИЧЕСКИХ МОМЕНТОВ

Предлагаемое устройство относится к области определения комплексных математических характеристик и может быть использовано для широкого круга задач исследования иестационарных случайных процессов.

Известны аналоговые устройства для вычисления экспоненциально-взвешенных статических моментов, состоящие из масштабного усилителя, блоков умножения и апериодических усредняющих усилителей. Устройства такого типа эффективны при исследовании стационарных случайных процессов. Однако изза ограниченности динамического диапазона, определяемой главным образом точностью выполнения аналоговой операции умножения (квадрирования), эти устройства мало пригодны для исследования нестационарных случайных процессов. Действительно, если оценить точность операции.

Умножения в 1% от шкалы, то динамический диапазон входного сигнала при вычислении момента второго порядка (дисперсии) ограничен до 20 дб, а при вычислении момента четвертого порядка динамический диапазон сужается до 10 дб (до 3 раз).

Поэтому при исследовании нестационарных случайных процессов возникает задача расширения динамического диапазона путем поддержания определенного уровня сигнала на входах блоков умножения (квадрироваиия).

В предлагаемом устройстве поддержание определенного уровня сигнала на входах нелинейных блоков реализуется с помощью дискретного автоматического регулятора мас5 штабов (APM) .

АРМ через заданный интервал времени производит оценку значения усредненного квадрата сигнала и при выходе этого значения за установленные границы дискретно из10 меняет коэффициент усиления масштабного усилителя. Фактический коэффициент усиления, при котором производилось вычисление моментов на последнем временном интервале, фиксируется одновременно с вычисленны15 ми моментами.

Предлагаемое устройство включает в себя схему исключения переходных процессов на выходах апериодических усредняющих усилителей, вызванных скачкообразным изменением

"-0 сигналов на их входах при коммутации коэффициента усиления. Наличие этой схемы существенно повышает точность и быстродействие устройства.

На фиг. 1 и 2 приведены соответственно блок-схема и упрощенная функциональная схема вычислителя момента второго порядка и основного контура устройства.

Устройство содержит масштабный усилитель 1, квадраторы 2, 8, блок умножения 4, 30 усредняющие усилители 5 — 8, автоматический

3t8033 регулятор масштаба 9, схему сравнения 10, реверсивный шаговый искатель 11, индикатор масштаба 12, блок исключения переходного процесса 13, усилитель 14, диоды 15, Iб, лампы 17, 18, поляризованное реле 19 и реле

20 — 25.

Выход масштабного усилителя l подключен ко входам усредняющего усилителя 5, квадратора 2 и блока умножения 4. Выход квадратора 2 подключен ко входам усредняющего усилителя б и квадратора 8, а также ко второму входу блока умножения 4. Выход усредняющего усилителя б соединен с двухпороговой схемой сравнения 10, выполненной на операционном усилителе 14, выход которого через диоды 15, Iб и неоновые лампы 17, 18 поступает на обмотки поляризованного реле 19. Реле 19 через реле 20 и 21 коммутирует обмотки реверсивного шагового искателя (РШИ) 11. На ламели одного поля РШИ выведены сопротивления обратной связи масштабного усилителя, на ламели другого — сопротивления индикатора масштаба 12, а ламелями третьего соединены по циклической схеме три реле 21, 23 и 24 блока исключения переходного процесса 13. Помимо реле блок исключения переходного процесса включает в себя для каждого усредняющего усилителя делитель напряжения, состоящий из трех сопротивлений, и три конденсатора.

Работает устройство следующим образом.

Сигнал с выхода усилителя 1 после квадрирования на квадраторе 2 и усреднения на усилителе б в виде дисперсии у поступает на нормально замкнутый контакт реле 25. Реле

25 срабатывает через заданные интервалы времени от внешнего импульса управления

U и подключает сигнал у вместе с опорным

v напряжением U,„íà вход схемы сравнения.

При значениях у, лежащих в заданных пределах, модуль напряжения на выходе усилителя U,„.,ð (U„,, где U„, — потенциал зажигания неоновых ламп, Есла же у переходит верхний или нижний порог, то зажигается неоновая лампа 17 или 18, и последовательно срабатывают реле 19, 20 и 21 и РШИ 11. Причем после снятия U РШИ делает шаг в таком направлении, при котором в случае превышения у верхнего порога коэффициент усиления усилителя 1 уменьшается, а в случае перехода нижнего — увеличивается. Индикатор масштаба 12 показывает значение коэффициента усиления «К», при котором будет иметь место обработка сигнала на следующем временном интервале. Напряжение, пропорциональное «К», выдается устройством также для записи.

В момент изменения коэффициента усиления на входе усредняющего усилителя происходит скачкообразное изменение напряжения.

Если не предпринимать никаких мер, то следом за этим моментом на выходе усилителя будет иметь место переходной процесс, длитсльиость которого составляет 3 —:4 Т (где

Т вЂ” постоянная времени усреднения). Так, если

Т=5 сек, то правильные отсчеты можно делать только через 15 — 20 сек, после переключения усиления. В противном случае отсчеты содержат значительную методическую погрешность. Очевидно, что такое устройство будет не только не точным, но и весьма медленно действующим, так как интервал между переключениями усиления должен быть больr0 ше3,4Т.

В предлагаемом вычислителе применена оригинальная схема исключения переходного процесса на выходе апериодического усредняющего усилителя при скачкообразном изме15 пении уровня сигнала на входе в определен«гое число раз. К выходу каждого усредняющего усилителя подключен делитель, состоящий из трех сопротивлений. Сопротивления подбираются так,. чтобы напряжения, снимаемые

m с делителя, находились в таком же отношении, как и напряжения на входе данного усилителя при изменении коэффициента усиления м асшта бного усилителя.

Так, например, если при одном шаге РШИ коэффициент усиления изменяется в V 2 раз,. то напряжения, снимаемые с соседних точек делителя усредняющего усилителя для момента первого порядка, должны различаться в

) 2 раз для момента второго порядка эти з напряжения должны отличаться в 2 раза, для момента третьего порядка — в 2F 2 раза и для момента четвертого порядка — в 4 раза.

С помощью контактов реле 22 — 24 к трем точкам делителя подключаются три одинаковых конденсатора, причем контактами этих реле конденсаторы, подключенные к крайним точкам делителя, другим концом подсоединяются к корпусу, а конденсатор, связанный со сред40 ней точкой делителя — к сетке усилителя. Такое подключение конденсаторов имеет место при любом включенном реле 22, 28 и 24. Последовательность включения реле такова, что в случае увеличения коэффициента усиления

45 к средней точке делителя и к сетке подключается тот конденсатор,. напряжение на котором выше, а в случае уменьшения — конденсатор, напряжение на котором ниже напряжения средней точки делителя, 50 Указанная последовательность включения реле реализуется в устройстве циклической схемой с помощью поля РШИ. При движении

РШИ в направлении увеличения коэффициента усиления последовательно включаются ре55 ле 22, 28, 24, 22.... При этом каждый раз конденсатор с высоким напряжением подключается к средней точке делителя, со средним — к нижней точке, а с низким — к верхней точке. При движении РШИ в направле60 нии уменьшения коэффициента усиления имеет место обратная последовательность т. е. (22, 24, 28, 22...), и каждый раз конденсатор с низким напряжением подключается и средней точке, со средним — к верхней точ65 кс, а с высоким — к нижней точке делителя.

318033

В результате использования такой схемы в момент изменения коэффициента усиления напряжение на выходе усредняющего усилителя соответствует новому значению напряжения на его входе, и переходный процесс не возникает.

Причем, так как постоянная времени перезаряда конденсаторов,. подключаемых к кор пусу, значительно меньше, постоянной времени усреднения, то предлагаемая схема обладает высоким быстродействием, и интервал времени между переключениями коэффициента усиления может быть существенно меньше, чем постоянная времени усреднения.

Предмет изобретения

1. Лналоговый вычислитель статистических моментов, содержащий масштабный усилитель,. подключенный выходом непосредственно ко входу усредняющего усилителя первого порядка, через квадратор — ко входу усилителя второго порядка и через первый вход бл ка умножения — к усредняющему усилителю момента третьего порядка, выход квадратора второго порядка подключен ко второму входу блока умножения и через квадратор четверб того порядка — к усредняющему усилител)о момента четвертого порядка, отличающийся тем, что, с целью повышения точности вычисления, он содержит автоматический регуля5 тор масштаба дискретного действия, состоящий из двухпороговой схемы сравнения, вход которой подключен к выходу усредняющего усилителя момента второго порядка, а выхо соединен со входом реверсивного шагового ис1о кателя, причем один выход реверсивного шагового искателя соединен со входом множительного устройства, а другой выход подключен к индикатору масштаба.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, 15 что с целью увеличения быстродействия, оно содержит блок исключения переходного процесса, вход которого соединен с выходом реверсивного шагового искателя, а выход подключен ко входу усредняющих усилителей.

20 3. Устройство по п.п. 1, 2, отличающееся. тем, что блок исключения переходного процесса содержит делитель напряжения, к двум выводам которого через поляризованное реле подключены конденсаторы, третий вывод де25 лителя напряжения подключен через поляризованное реле и конденсатор к выходной шине блока исключения переходного процесса.

Редактор Л. Утехина

Составитель Э. Сечина

Техред Е. Борисова

Корректоры Л. Царькова и Т. Миронова

Заказ 5817 Изд. № 1357 Тираж 473 Подписное

Ц11ИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Ыиппстров ССС!

Москва, Ж-35, Раугпская иаб., д. 4/5

Загорская типография