Устройство для определения среднеймощности и дисперсии случайного про-цесса

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социапистическик

Республик («840925 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (5l)M. Кл. (22) Заявлено 19. 09. 79 (21) 2820760/18-24 с присоединением заявки ¹

G 06 F 15!36

1ооударстеенный комитет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 23. 06. 81, Бюллетень № 23

Дата опубликования описания30.06.81 по делам изобретений и открытий (53) УДК681.3 (088.8) В.Л.Гольденберг, А.Л.Сенявский и С.Л.Внотченко

1

Московский ордена Трудового Красного Знаме и электротехнический институт связи (72) Авторы изобретения (?1) Заявитель (54) УСТРО11СТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕЙ

МОЩНОСТИ И ДИСПЕРСИИ СЛУЧАЙНОГО

ПРОЦЕССА

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначенных для аппаратурного определения характеристик случайных процессов.

Известно устройство для определения средней мощности и дисперсии случайного процесса, содержащее запоминающую ячейку, блок сравнения, триггер, элемент И и счетчик, соединенные последовательно, генератор счетных импульсов, подключенный выходом ко второму входу элемента И и через. делитель частоты — ко .входу первого блока пересчета, кодовые выходы которого соединены со входами линейного цифроаналогового преобразователя и блока управления, выходы которого подключены к третьему входу элемента И со входом сброса счетчика и к управляющему входу генератора счетных импульсов, второго блока пересчета, цифроаналогово-. го преобразователя числа в напряжение, пропорциональное корню квадратному из числа, управляемого блока суммирования, причем выход блока пересчета соединен со входом второго блока пересчета, подключенного импульсным выходом ко входу блока управления и кодовым выходам — ко входам второго цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с одним сигнальным входом управляемого блока суммирования, подключенного другим сигнальным входом к выходу первого цифроаналогового

-реобразователя, управляющим входомк выходу блока управления, и выхо15 дом — ко второму входу блока сравнения 11.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является уст20 ройство для определения средней мощности и дисперсии случайного процесса, содержащее запоминающий элемент, . выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход

3 8409 которого соединен, с выходом блока суммирования, первый и втодой входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, выход бло5 ка сравнения подключен к первому входу элемента И, второй вход которого .соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого под-. ключен к первому входу запоминающе- 1р

ro элемента, второй вход которого является входом устройства, третий вход элемента И объединен .со входом делителя и соединен с выходом генератора счетных импульсов, вход

4 15 которого подключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход которого соединен с третьим входом блока суммирования, выход делителя частоты подключен ко входу первого блока пересчета, информационные вы Г ходы которого соединены с соответствующими входами первого цифроаналогового преобразователя, управляющий выход первого блока пересчета подключен ко входу второго блока пересчета, информационные выходы которого соединены с соответствующими входами первого цифроаналогового преобразователя, управляющий выход первого блока пересчета подключен ко входу второго блока пересчета, ин. формационные выходы которого соединены с соответствующими входами второго цифроаналогового преобразователя, управляющий выход второго блока пересчета подключен ко входу блока управления, пятый выход которого соединен г - с управляющим входом индикатора 2 .

Недостатками известных устройств .являются неодинаковая по динамическому диапазону точность измерений, малый динамический диапазон и большое время измерений.

Цель изобретения — получение одинаковой точности измерений по всему динамическому диапазону и повышение быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, 50 что в устройство введен управляемый масштабирующий накопитель, входы одной группы которого объединены и подключены к выходу элемента И, информационные выходы первого и второго бло55 ков пересчета соединены с соответствующими входами другой группы управляемого масштабирующего накопителя, вход установки в ноль которого под25 4 ключен к шестому выходу блока управления.

Кроме того, управляемый масштабирующий накопитель выполнен в виде двоичного счетчика.

Блок-схема устройства представлена на чертеже.

Устройство содержит генератор 1 счетных импульсов, запоминающий элемент 2, делитель 3 частоты, блок 4сравнения, первый блок 5 пересчета, второй блок 6 пересчета, элемент И 7, первый цифроаналоговый преобразователь 8, второй цифроаналоговый пре-образователь 9, блок 10 суммирования, управляемый масштабирующий накопитель 11, индикатор 12, блок 13 управления.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение реализации x(t) исследуемого процесса подается на вход устройства, которое определяет оценку средней мощности процесса P, выдеТс ляемой на резисторе сопротивлением

1 ом, согласно выражению

P= Y ()

Устройство работает циклически.

За один цикл усредняется N дискретных выборок.

Момент 1„ выборки задается i-м импульсом опроса, поступающим на вход запоминающего элемента 2 с выхода блока 13 управления элемент

) запоминает напряжение x(t-) на вре1 мя длительности периода опроса Т .

В этот момент образцовое напряжение, подаваемое на вход блока 4 сравнения

I равно нулю, и на выходе блока сравнения — разрешающий потенциал, существующий до момента t когда образцовое напряжение становится равным (и в дальнейшем при t)t„. превосходит) напряжению выборки x(t ). Таким образом, блок сравнения формирует прямоугольный стробирующий импульс длительность которого 1,. (Т и р определяется интервалом, разделяющим момент t выборки и момент t. равенI

1 1 ства образцового напряжения напряжению выборки. Этот импульс заполняется импульсами счетной частоты, поступающими на вход элемента И 7 от генератора 1 с частотой F . На выходе элесч мента И 7 образуется пачка импульсов, число которых составляет n,= F

1 СЧ

При наличии на втором входе элемента

5 84092

И 7 разрешающего напряжения, подаваемого с выхода блока управления, пачки импульсов проходят на импульсные входы управляемого масштабирующего наконителя 11, который к началу цикла измерения обнуляется импульсом, посту-! пившим на выход блока управления.

Для определения мощности необходимо, чтобы длительность импульса .„ и соответственно число и„ импульсов в 10 пачке были пропорциональнн квадрату напряжения выборки x(t ). Это достигается при условии, что образцовое напряжение U(t) изменяется пропорционально корню квадратному из време- >5 ни т. е. U(t)=kg Et. Так как в момент у « °

1 „напряжение, И (tÄ ) =О, то, =р0-(„) .

Цо 0(-Ь )=Х(1,)=Х(1„.), а 1. = Сч г д Зо

Следовательно, "; = 2 X (a,)=1 Х („)

Напряжение U(t) принятое в качестве образцового, обладает непостоянством погрешности дискретности, мерои которой может служить отношение приращения образцового напряжения Ь Ц„, отнесенное к числу счетных импульсов и;, прошедших через элемент И 7 за время, в течение которого образцовое напряжение изменилось от О до U„, т.е. на величину ЛО„. образцовое напряжение "медленно растет и поэтому для измерения больших уровней входной величины время измерения будет больше.

Указанные недостатки устраняются (и 1 35 за счет изменения масштаба (сжатие ) по оси абсцисс. Изменение масштаба получается за счет того, что с ростом образцового напряжения счетные импульсы заносятся на старшие разря40 ды масштабирующего накопителя 11, который выполнен в виде двоичного счетчика, счетные импульсы в который могут заноситься как на первый, так и в старшие разряды. Правило, по ко45 торому заносятся импульсы на различные разряды, обеспечивает постоянство при любых 1ипропорцидо

rl i ональность числа на накопителе п .

1 квадрату выборки, т,е. п„.=к х („)

В описываемом устройстве в качестве образцового напряжения исполь.зуется ступенчатое напряжение, образуемое двумя видами ступеней, мелких и крупных, которые с требуемой точностью аппроксимируют напряжение U().

5 6

Формирователь ступенчатого напря жения состоит из генератора 1 счетных импульсов и делителя 3 частоты, представляющих источник сигналов, который задает шаг дискретности— длительности мелкой ступеньки,первого блока пересчета 5 и первого цифроаналогового преобразователя

8, образующих блок формирования мелких ступеней, пересчетного блока

6 и цифроаналогового преобразователя 9, выполняющих функцию формирования крупных ступеней, и управляемого блока 10 суммирования, осуществляющего суммирование напряжений ступеней обеих видов.

Работа формирователя начинается с момента поступления на вход генератора 1 счетных импульсов сигнала с выхода блока управления. С этим сигналом синхронизированы первый импульс опроса, поступающий на первый вход запоминающей ячейки блока управления и разрешающего потенциала на вход элемента И 7, определяющего продолжительность цикла измерения (усреднения).

Счетные импульсы с периодом F < подаются с выхода генератора в делитель 3 частоты с коэффициентом деления g. На выходе делителя образуются импульсы с периодом следования Т= ", задающим шаг дискретности — длительность мелких ступеней. Эти импульсы поступают в первый блок 5 пересчета, представляющий собой счетчик емкостью m< импульсов.

Следовательно, после каждых щ импульсов, поступающих на вход блока

5, на его управляющем выходе появляется один импульс. На информационных выходах первого блока 5 пересчета образуется кодовая комбинация, соответствующая числу импульсов, зафиксированных в этом блоке и преобразуемая цифроаналоговым преобразователем 8 в напряжение мелких ступеней. Для достижения необходимой точности аппроксимации образцового напряжения ступенчатым, закон изменения высоты мелких ступеней с

m+1 такта линейный, но на первых

m тактах, когда аппроксимируется начальный участок, такой закон не удовлетворяет и выбран в соответствии с изложенным выше к >итерием достижимого постоянства и на

Ь

И1 этих же m начальных тактах. кодо} : }1: hA:

=0:1:2:2:4:4:8 .8:8

15 и счетные импульсы подаются за время существования первой мелкой сту- пеньки . — на первый разряд управляемого м;."штабирующего накопителя:; второй и третьей — на второй; четвертой, пятой, шестой — на третий; седьмой, восьмой, девятой — на.четвертый.

С управляющего выхода блока 5 пересчета импульсы подаются на вход второго блока 6 пересчета, период следования которых равен m

6 пересчета, а значит и кодовые комбинации на его информационных выходах изменяются в сп„ раз реже, чем в первом блоке. Кодовая комбинация подается с выхода цифроаналоо гового преобразователя 9, который преобразует числов напряжение, пропорциональное корню квадратному.

Выходы второго блока пересчета также управляют масштабированием накопителя 11.

25

35

Напряжение мелких ступенек с выхода первого цифроаналогового преобразователя и грубых ступеней с выхода второго цифроаналогового преобра- 45 зователя подаются на входы управляемого блока 10 суммирования. На выходе этого блока получается напряжение, представляющее сумму напряжений крупных и мелких ступеней. С каждой новой крупной ступенью должен изменяться наклон огибающей мелких ступеней. Для осуществления этого импульса с управляющего выхода второго блока пересчета (емкость этого блока ш импульсов) поступают на вход блока управления.

Последний формирует сигналы-команды, подаваемые с выхода на вход блока 10I суммирования, управляющие весами, с

7 . 8409 вая комбинация íà выходах первого блока 5 пересчета подается,ыа вхо.— ды 14 управляемого масштабирующего накопителя 11, где используется для управления масштабом т.е. определяет, на . какой разряд управ ляемого.масштабирующего накопите.ля 11 подаются счетные импульсы с выхода элемента И 7. В проверен ° ной реализации описываемого устройства п1„=10 отношение высот мелких ступенек за первые 10 тактов определяются соотношением

8 которыми выходное напряжение первого цифроаналогового .преобразователя сумяируется с выхбдным напряжением второго цифроаналогового преобразователя. В результате ко входу блока

4 сравнения подводится напряжение, которое состоит из p=m m мелких сту 1 пеней, изменяющихся с тактом AT. С этим напряжением, аппроксимирующим образцовое напряжение u(e)=kÄ 1:, сравнивается запомненное напряжение. Рациональным выбором чисел m< и m можно уменьшить погрешность айпроксимации до необходимой величины.

За N выборок (опросов) в накопителе 11 накапливается число

Н 1 } р.- я () где P — оценка средней мощности слуХ чайного процесса (или оценка дисперсии при центрировано ном процессе x(t)

} =

Количество выборок N (продолжительность цикла усреднения) задается блоком управления и число, накопленное за цикл усреднения-, сигналом, поступающим на вход индикатора переносит1 ся на последний из накопителей.

Если выбрать числа k > и N так, чтобы k N=10 о}(а — целое число), то

p =8 10"с и устройство получается прямопоказывающим.

Преимущество предлагаемого устройства по сравнению с известным заключается в том, что по всему динамическому диапазону получается постоянной погрешность измерения (величина ее зависит от числа ступеней p=m- m ), увеличивается динамический диапазон измеряемых величин и сокращается время измерения ° Устройство, за исключением запоминающей ячейки и частично управляемого блока суммирования, выполняется на цифровых интегральных схемах, что существенно уменьшает аппаратурную погрешность определения средней мощности и дисперсии случайного процесса, повышает метрологическую надежность, а следовательно, эффективность использования устройства в системах автоматического управления, передачи информации, производственного контроля, информационно-измерительных системах, в технике связи.

Формула изобретения

84092

Устройство для определения средней мощности и дисперсии случайного процесса, содержащее запоминающий

5 элемент, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока суммирования, первый и второй входы которого соединены .соответствен-1О но с выходами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, выход блока сравнения подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к первому входу запоминающего элемента, второй вход ко торого является входом устройства, третий вход элемента И объединен со входом делителя и соединен с выходом генератора счетных импульсов, вход которого подключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход которого соединен с третьим р входом блока суммирования, выход делителя частоты подключен ко входу первого блока пересчета, информационные выходы которого соединены с соответствующими входами первого циф- ЗО роаналогового преобразователя, управляющий выход первого блока пересче5 l0 та подключен ко входу второго блока пересчета, информационные выходы которого соединены с соответствующими входами второго цифроаналогового преобразователя, управляющий выход второго блока пересчета подключен ко входу блока управления, пятый выход которого соединен с управляющим входом индикатора, о т л и ч а ю щ е— е с я тем,что, с целью получения одинаковой точности измерений по всему динамическому диапазону и повышения быстродействия, в устройство введен управляемый масштабирующий нако.питель, входы одной группы которого объединены и подключены к выходу элемента И, информационные выходы первого и второго блоков пересчета соеДинены с соответствующими входами другой группы управляемого масштабирующего накопителя, вход установки в ноль которого подключен к .шестому выходу блока управления °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 11- 2457807/18-24, кл. G 06 F 15/36, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2721558/18-24, кл. G 06 F 15/36, 1979.