Анализатор случайных процессов

 

ОЛ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскнх

Соцнаянстнческнх

Республнк (11) 608167

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТВЛЬСТЬУ (61) Дополнительное к авт. свил-sy(Щ Заявлеио16.07.75 (23) 2156349/24 (6)) ф. Кл.2 06 Г 15/36 с ирисоединеиием заявки _#_s(23) Приоритет (43) Опубликовано 25.05,78Бюллетень 34 19 (46) Дата опубликования описаниями.тто. 3.

Гюсудврстввннмй нюмнтет

6ювютв Мнннютрюв СССР ню двявм нзюбрвтвннй н ютнрмтнй (бЗ) УДК 681.3 (088. 8) {72) Автор изобретении

С. Н. Селивановский (Ò3) Заявитель (54) АНАЛИЗАТОР СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к области статистической обработки случайных процессов, например процессов изменения напряжений, деформаций, усилий, а также других неэлектрических величин, представленных в виде поопорционального им электрического сигнала.

Известен анализатор случайных процессов для определения величины размахов, их ассиметрин и числа циклов, содержащий блоки сравнения, дешифратор, счетчик, триггеры (lJ.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является анализатор случайных процессов„содержащий преобразователь непрерывного сигнала в последовательность чисел, вход которого является входом устройства, блок формирования пар чисел, блок фильтрации экстремумов, элементы ИЛИ, дешифраторы, блоки разделения экстремумов, счетчики, блок элементов ИЛИ, блок элементов И (2).

Однако с помощью этих устройств невозможно обрабатывать процесс по. методу полных циклов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей анализатора путем введения оборудования, позволяющего обрабатывать процесс методом полных циклов.

Это достигается тем, что первый выход блока преобразования непрерывного сигнала в по2 следовательность чисел через блок фильтрации экстремумов соединен с первым входом первого блока разделения экстремумов, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами первого дешифратора, тре тнй вход которого подключен к второму входу первого блока-разделения экстремумов и к второму выходу преобразователя непрерывного сигнала в последовательность чисел, а третий и четвертый выходы первого блока разделения

10 экстремумов через первый элемент ИЛИ соединены с первым входом второго лона разделения экстремумов, второй вход которого подключен к выходу первого дешнфратора и к первому входу второго дешифратора, второй и третин входы которого соединены соответственно с

П первым и вторым выходами второго блока разделения экстремумов, третий и четвертый выходы которого через второй элемент ИЛИ подключены к первому входу третьего блока разделения экстремумов, второй вход которого соединен с выходом второго дешифратора, а первый и второй выходы через блок формирования пар чисел соединены соответственно с первым и вторым входами блока элементов

ИЛИ, другие входы которого соединены соответственно с пятым и шестым выходами пер25 вого и второго блоков. разделения экстремумов

60816 и с третьим и четвертым выходами третьего блока разделения экстремумов, выходы блока элементов ИЛИ через блок элементов И подключены к входам соответствующих счетчиков; блок разделения экстремумов содержит три последовательно соединенных запоминающих

5, регистра, вход первого из которых соединен с первым входом блока и первым входом узла управления, второй вход которого соединен с выходом схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом первого запоминаю- >о щего регистра, второй вход — с выходом третьего запоминающего регистра, первыми входами первого и второго ключей, выходы которых являются четвертым и пятым выходами блока, первый и второй выходы узла управле-. ния соединены соответственно с вторыми входами третьего и второго ключей и являются первым и вторым выходами блока, третий выход узла управления соединен с вторыми входами четвертого и первого ключей, вторые входы третьего и четвертого ключей соединены с выходом второго запоминающего регистра, при этом выход третьего ключа является третьим входом устройства, выход четвертого ключа является шестым выходом блока.

Предлагаемый анализатор может быть ис пользован для определения величины размахов, их асимметрии и числа циклов случайного;процесса при прогнозировании долговечности деталей машин, работающих в условиях случайного нагружения.

На фиг. 1 дана схема анализатора для обработки процесса в три этапа; на фиг. 2— схема блока разделения экстремумов; на фиг. 3 показаны кривые, отражающие весь диапазон изменения исследуемого параметра, Схема анализатора выделяет экстремальные точки процесса, отфильтровывает ложные экстремумы, последовательно сравнивает величины двух соседних максимумов или двух соседних минимумов процесса, определяет знаки разности и их изменение, сравнивает знаки и производит считывание в счетчики промежуточных и основных размахов.

Анализатор состоит из следующих основных узлов: блок 1 преобразования непрерывного сигнала в последовательность чисел, блок 2 фильтрации экстремумов, блок 3 разделения экстремумов, элемент ИЛИ! 4, дешифратор 5, 45 блок 6 разделения экстремумов, элемент ИЛИ 7, дешифратор 8, блок 9 разделения экстремумов, блок 10 формирования чисел, блок 11 элементов ИЛИ, блок 12 элементов И, счетчики 13.

Весь диапазон изменения исследуемого параметра разбит на ряд интервалов прямыми, параллельными оси времени (см, фиг. За).

Цифры на кривой означают величйну уровнч, соответствующего данному экстремуму. Максимумы с соседними минимумами образуют размах, например, «1 — 4», «2 — 4», «2 — 8» и т.д., у два одинаковых размаха составляют цикл.

Схематизация процесса по полным циклам связана с разделением прсцесса на основные и промежуточные циклы (на фиг, 3 а, б, в промежуточные циклы заштрихованы). Это деление условно, так. как оснсвные циклы могут быть в свою очередь промежуточными, если они наложены на циклы, состоящие из размахов большей величины. Промежуточным, например, является цикл, образованный размахами «6 — 7», являющийся частью основного цикла «5 — 8»,, который, в свою очередь, будет промежуточным по отношению к основному циклу, образованному размахом «I 10», В целом, реализацию случайного процесса, изображенную на фиг. За, можно представить в виде схематизированного процесса, состоящего из циклов «2 — 4», «6 — 7», «4 — 6», «5 — 6», «3 — 7», «5 — 8», «3 — 8», «2 — 9» и «1 — 10».

Разделение процесса на промежуточные и основные циклы осуществляется на каждом этапе обработки процесса. Это достигается тем, что в процессе обработки последовательно определяют знаки разности между величинами каждых последующего и предыдущего максимумов в каждых последующего и предыдущего минимума.

Операции,- связанные с разделением цикла, выполняются согласно следующим условиям: . 1. Размах, образованный предыдущим максимумом и минимумом, расположенным между сравниваемыми максимумами при положительной их разности и размах, образованный предыдущим минимумом и максимумом, расположенным между сравниваемыми минимумами при отрицательной их разности регистрируют в качестве промежуточных размахов. Исключение составляют те размахи, максимумы или минимумы которых являются максимумами или минимумами основных циклов.

2. В качестве максимумов основных размахов принимают максимум, расположенный между сравниваемыми минимумами и предыдущий из сравниваемых максимумов при изменении их разностей с «+ » на « †».

3. В качестве минимумов основных размахов принимают минимум, расположенный между сравниваемыми максймумами и предыдущий из сравниваемых минимумов при изменении знаков их разностей с « — » на «+».

Алгоритм работы анализатора поясняется табл. 1, 2 и 3, составленными для обработки реализации случайного процесса, изображенного на фиг. 3.

Во втором столбце табл. 1 помещены цифры, представляющие величины экстремальных точек процесса. Для удобства сравнения соседних максимумов и соседних минимумов в столбцах «3» и «4» записаны числа, представляющие исходный процесс, сдвинутый, соответственно, на один и два такта. Знак разности между соседними максимумами и соседними минимумами записан в столбце «5». В столбце «6» приведены знаки «+» и « †», условно принятые для обозначения сравниваемых экстремальных точек случайного процесса, Знак «+» соответствует сравнению максимумов, знак « — » — . сравнению минимумов. Изменение знака разности, имеющего место, например, в строках

7, 8, 9, 12, 14, 16, 19, 20 зафиксировано в столбце «7» знаками «+» и « — », если имеет место, соответственно, изменение знака -разности с « — » на «+» и с «1» на « —.». Совпаде608167

25 ние знаков в столбцах «5» и «6» соответствует условию I, при котором должны быть выделены промежуточные размахи. Совпадение знаков в столбцах «6» н «7» означает, что следует выделить минимум илн максимум основного цикла, причем они находятся между сравниваемыми числами в столбце «3». В том случае, если знаки не совпадают, экстремум основного цикла находится в столбце «4».

Работа анализатора происходит следующим образом. Исследуемый сигнал поступает на вход блока 1 преобразования непрерывного сигнала в последовательность чисел. С его первого выхода через блок

2 фильтрации экстремумов на первый вход первого блока 3 разделения экстремумов поступают последовательно числа, пропорциональные величине экстремумов. Блок фильтрации задерживает числа, соответствующие ложным экстремумам и препятствует заполнению запоминающих регистров информацией, нарушающей работу блока разделения экстремумов, если исследуемый параметр колеблется около одного определенного уровня.

Со второго выхода блока 1 на второй вход первого блока разделения экстремумов 3 и на первый вход первого дешифратора 5 поступает сигнал, соответствующий моментам появления максимумов. Этот сигнал вырабатывается в моменты времени, соответствующие знаку «+» столбца 6 (см. табл. 1) и необходим для формирования импульсов считывания экстремумов промежуточных и основных циклов, а также для формирования новых сигналов, соответствующих максимумам в первом дешифраторе 5, которые используются при разделении циклов во втором блоке разделения экстремумов 6 (см. табл. 2), С пятого и шестого выходов первого блока 3 разделения экстремумов через блок 11 элементов ИЛИ и блок 12 элементов И на счетчики 13 поступают пары чисел, соответствующие промежуточным циклам, регистрируемым на данном этапе обработки процесса, С третьего и четвертого выходов блока через элемент ИЛИ 4 на первый вход второго блока 6 разделения экстремумов поступают числа, представляющие оставшуюся последовательность экстремумов после выделения экстремумов промежуточных циклов в первом блоке 3 разделения экстремумов. Второй 6 и третий 9 блоки разделения экстремумов и дешифраторы 5 и 8 работают аналогичным образом. С третьего и четвертого выходов блока 9 разделения экстремумов последовательность чисел, представляющих величины экстремумов основных циклов (см. фиг. 3 д), поступает на входы бло- . ка 10 формирования пар чисел, где формируются пары чисел, соответствующие основным размахам, которые через блок 11 элементов

ИЛИ н блок 12 элементов И подаются иа счетчики 13.

В блок разделения экстремумов входят запоминающие регистры 14, 15, 16, схема сравнения 17, узел управления 18 и ключи 19, 2Î, 21 и 22. Работа первого блока разделения экстремумов происходит в соответствии с табл. 1. Наличие сигналов в схеме блока соответствует знаку «+» в столбцах 5, 6 и 7 табл. 1, отсутствие сигнала — знак «---».

С выхода блока фильтрации 2 поступают последовательно ч исл а, п ропорционал ьиые величинам экстремумов процесса. Таким образом, в первом регистре 14 и в третьем регистре 16 находятся поочередно числа, пропорциональные либо максимумам либо минимумам процесса (столбцы 2 и 4 табл. 1). Схема сравнения

l 7 выдает сигнал «1» на третий вход, узла управления 18 в том случае, когда число в регистре 14 больше или равно числу в регистре 16..

На второй вход блока со старого выхода блока 1 преобразования непрерывного сигнала в последовательность чисел поступают сигналы в моменты времени, когда в регистрах 14 и 16 находятся числа, соответствующие максимумам процесса. Одновременно с поступлением чисел в первый регистр 14 на первый вход блока подаются импульсы опроса. Импульсы считывания на выходах схемы управления появятся в момент прихода на ее первый вход импульсов опроса в зависимости от соотношения сигналов на втором и третьем входах и от характера изменения сигнала на третьем входе. Первое из одинаковых состояний на выходе схемы сравнения 17, соответствующее моментам изменения знака разности между каждым последующим и каждым предыдущим максимумами и каждым последующим и предыдущим минимумами (столбец 7 табл. 1) является состоянием, при котором с первого или со второго выходов поступают импульсы на вторые входы третьего или второго ключей для считывания чисел, пропорциональных экстремумам основных циклов. Так, при любой смене сигнала (с «1» на «О» или с «0» на «1») на выходе .схемы сравнения 17, соединенным с третьим входом узла управления 18 н прн совпадении его с сигналом на втором входе на первом выходе узла управления 18 вырабатывается импульс, который, поступая на второй вход третьего ключа 19, считывает число из второго регистра 15 (строки 7, 8, 9, 12Ä 16 и 19 табл. 1) .

При любой смене сигнала и при несовпадении его с сигналом на втором входе на втором выходе узла управления 18 вырабатывается им-. пульс, который; поступая на второй вход второго ключа 22, считывает число нз третьего регистра 16 (строка 14 табл. I). При совпадении сигналов на втором и третьем входах узла управления 18 кроме случаев смены сигналов на вторые входы первого и четвертого ключей

20 н 21 с третьего ее выхода поступают два импульса. сдвинутые во времени, с помощью которых происходит одновременное считывание чисел из регистроа 15 и 16 н передача их через . блок 11 элементов ИЛИ и блок 12 элементов И в соответствующие счетчики 13. Таким образом, полный цикл регистрируется в счетчике . как два размаха. Последовательность чисел, поступающая с третьего и четвертого выхбдов первого блока разделения экстремумов, представляет из себя последовательность, отличающуюся от исходной отсутствием чисел, выделен. ных как характеристики промежуточных цик608167 лов. Эта последовательность (столбцы 8 и 9 вход следующего блока разделения экстремутабл. 1} с третьего и четвертого выходов бло- мов, где обрабатывается аналогичным обрака поступает через элемент ИЛИ 4 на первый зом.

Анализатор случайных процессов

Таблица 1

608167

Таблица 2

Таблица 3

Формула изобретекия

1. Анализатор случайных процессов, содержащий преобразователь непрерывного сигнала в последовательность чисел, вход которого является входом устройства, блок формирования пар чисел, блок фильтрации экстремумов, элементы ИЛИ, дешифраторы, блоки разделения экстремумов, счетчики, блок элементов

ИЛИ, блок элементов И, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей анализатора, первый выход блока преобразовании непрерывного сигнала в последовательность чисел через блок фильтрации экстремумов, соединен с первым входом первого блока разделения экстремумов, первый и второй выходы которого соединены с первым н вторым входами первого дешифратора, третий вход которого подключен ко второму входу первого блэка разделения экстремумов и ко второму выходу преобразователя непрерывного сигнала в последовательность чисел, а третий и четвертый выходы первого блока разделеипя экстремумов через первый элемент ИЛИ соединены с первым входом второго блока

4@ разделения экстремумов, второй вход которого подключен к выходу первого дешифратора и к первпму входу второго дешифратора, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами вто4э рого блока разделения экстремумов, третий и четвертый выходы которого через второй элемент ИЛИ подключены к первому входу третьего блока разделения экстремумов, второй вход которого соединен с выходом второго дешифратора, а первый и второй выходы через блок формирования пар чисел соединены соответственно с первым и вторым входами блока элементов ИЛИ, другие входы которого соединены соответственно с пятым и шестым выходами первого и второго блоков разделения экстремумов и с третьим и четвертым выходами третьего блока разделения экстремумов, выходы блока элементов ИЛИ через блок элементов И подключены к входам соответствующих счетчиков.

2. Анализатор по п. 1, отличающийся тем, что блок разделения экстремумов содержит

12 а

У а

Ф

2 г

Составитель Э. Сечина

Техред О. Луговая Корректор H. Гокснч

Тираж 826 Подписное

Редактор Е. Гончар

Заказ 2802 33

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делан изобретений и открытий

I l 3035, Москва, Ж35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент». г. Ужгород, ул. Проектная, 4 три последовательно соединенных запоминающих регистра, вход первого из которых соединен с первым входом блока и первым входом узла управления, второй вход которого соединен с выходом схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом первого запоминающего регистра, второй вход — с выходом третьего запоминающего регистра, первыми входами первого и второго ключей, выходы которых являются четвертым и пятым выходами блока, первый и второй выходы узла управления соединены соответственно со вторыми входами третьего и второго ключей и являются первым и вторым выходами блока, третий выход узла управления соединен с вторыми входами четвертого и первого ключей, вторые входы третьего н четвертого ключей соединены с выходом второго запоминающего регистра, при этом выход третьего ключа является третьим выходом устройства, выход четвертого ключа является шестым выходом блока.

Источники информацин, принятые во внимание при экспертизе: тв l. Авторское свидетельство СССР № 4l7793, кл. G 06 F 15/36, 1972.

2, Авторское свидетельство СССР № 4l9898, кл. б 06 F 15/36, 1972.