Устройство для определения характеристик случайных процессов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬВРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союэ Советских

Социалистических

Республик

932503

1 (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 24.07.80 (2l ) 2961568/18-24 с присоединением заявки,% (23) Приоритет—

Опубликовано 30.05.82. Бюллетень № 20

Дата опубликования описания 30.05.82 (5 3 ) М. Кд. 06 F 15/36

Икуднрятнвнньй «амнтет

СССР на делам нзабретеннй и втярытнй (53) УДK 681.3 (088.8 ) г - "-Ф, Ф

Ф ф

1 (72) Авторы изобретения

В. Б. Дудыкевич и В. Н. Максимович

-" Р"

g (71) Заявитель ь

) (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК

СЛУЧА ЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к области вы числительной и измерительной техники и может найти применение при определении характеристик стационарного эргодического процесса.

Известно устройство, содержащее вход5 ное устройство, квадратор, усредняюшее устройство и показывающее ипи регистрирующее устройство flj.

Данное устройство не может обеспе10 чить высокой точности опредепения среднеквадратического значения спучайного процесса, так как операция извлечения квадратного корня производится в нем с помощью градуировкн шкапы.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее пентрируюшую схему, двухподупернодный выпрямитепь, диодно-регенеративный компаратор, генератор пинейного напряжения, генератор управляемой частоты, два триггера, два эпемента И, задатчик времени измерения, тактовый генератор, счетчик и кнопку. Устройство позволяет измерять дисперсию стационарного эргодического процесса Х (Ц в соответствии с выражением

«

V„=e m „",„Е X (ò.), (1)

"и 0оп ю где Q — число отдельных выборок;

Т вЂ” период квантования по времени исходного процесса Х(Ц (2J.

Недостатком данного устройства является невозможность измерения им среднеквадратического отклонения случайного сигнала, что сужает его функционапьные возможности.

Uerbsü изобретения — расширение- функционапьных воэможностей за счет определения среднеквадратического отклонения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дпя опредепения характеристик спучайных процессов, содержаШее центрирующий фильтр, вход которого является входом задания стационарного

932503 эргодического процесса, вход задания центрированного процесса соединен с выходом центрирующего фильтра и входом двухполупериодного выпрямителя, выход которого подключен к первому входу компаратора, выход которого соединен с первым входом первого триггера, выход которого подключен к первому входу первого элемента И и через генератор линейного напряжения подключен ко второму 10 входу компаратора, выход первого элемента И соединен с информационным входом первого счетчика, выход второго элемента И подключен ко второму входу первого триггера и ко входу счетчика времени измерения, выход которого соединен с первым входом второго триггера, пусковой вход устройства соединен со вторым входом второго триггера, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора, кведены генератор импульсов; второй счетчик, две группы элементов И, формирователь импульса установки, четыре элемента ИЛИ, третий и четвертый элементы И, третий и четвертый триггеры, элемент задержки и три переключателя, причем переключающий контакт первого перек почателя подключен к выходу второго элемента И и установочному входу первого счетчика, размыкающий контакт первого переключателя соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, а замыкающий контакт первого переключателя подключен к первому входу третье35 го триггера, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом переносе первого счетчика, выходы старших разрядов которого подключены к уп40 равляющим входам элементов И первой группы, информационные входы которых соединены с выходами младших разрядов первого счетчика (—,+ - ) -ый (где ll — разрядность счетчика), выход которого под45 ключен к одному входу второго элемента

ИЛИ, другие входы которого соединены с выходами элементов И первой группы, выход второго элемента ИЛИ подключен к первому входу третьего элемента И, 5 второй вход которого соединен с выходом третьего триггера, а выход подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с замыкающим контактом второго переключателя, ss . переключающий контакт которого через элемент задержки соединен с выходом четвертого элемента И, первый вход которого подключен к выходу третьего элемента ИЛИ и информационному входу второго счетчика и первому входу четве« того триггера, выход которого соединен со вторым входом четвертого элемента второй вход четвертого триггера подключен к выходу четвертого элемента .ИЛИ, один вход которого соединен с 1-ым п+ г выходом (где и — разрядность счетчика) второго счетчика, выходы старших разрядов которого подключены к управляющим входам элементов И второй группы, вы ходы которых соединены с другими входами четвертого элемента ИЛИ, информа-. ционные входы элементов И второй группы подключены к выходам младших разрядов второго счетчика, один установочный вход которого соединен с размыкающим контактом третьего переключателя, другие установочные входы подключены к выходам формирователя импульса установки, вход которого подключен к замыкающему контекту третьего переключателя, переключающий контакт которого соединен со вторым входом второго триггера, выход генератора подключен ко второму входу первого элемента И, На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит центрирующий фильтр 1, двухполупериодный выпрямител

2, диодно-регенеративный компаратор 3, генератор 4 линейного напряжения, генератор 5 импульсов, тактовый генератор

6, триггер 7, элемент И 8, счетчик 9 времени измерения, триггер 10, элемент

И 11» кнопку 12, счетчики 13 и 14, группы 15 и 16 элементов И, элементы ИЛИ 17-20, триггеры 21 и 22, элементы 23 и 24, элемент 25 задержки, формирователь 26 импульса установки и переключатели 27-29.

Устройство работает следующим образом.

Измерение дисперсии D« производится в соответствии с выражением (1 ).

При этом переключатели 27-29 находятся в положении, указанном на чертеже.

Обрабатываемое напряжение И«,{ Ц, моделирующее стационарный эргодический процесс х ф подается через центрирующий фильтр 1 на вход двухполупериодного выпрямителя 2 (если исходный сигнал-процесс центрирован, то он через вход 2 подеется непосредственно на вход выпрямителя 2). Выход выпрямителя 2 подключен к первому входу диоднорегенеративного компаратора 3, на вто9325

"4» г 4 "х(о! =(Рх (1 "о1 (4) 5 рой вход которого подается линейно меняющееся напряжениеЧА4=1п с выхода генератора 4, управляемого триггера 10, Процесс определения 0 )4 начинается с момента нажатия пусковой кнопки 12, переводящей триггер 7 в единичное состояние, при котором импульсы тактового генератора 6 с периодом следованияТ, »сопМ поступают на счетчик 9 времени измерения Ти =ПТо и на уста- 40 новочный вход триггера 10. В нулевое, состояние триггер 10 возвращается выходным импульсом компарвтора 3, появляющимся в каждый такт при достижении равенства (X(Ц I =>)44 (1) . При этом 15 обеспечивается формирование на выходе триггера 10 прямоугольных импульсов с длительностью с„,связанной с текущим значением преобразуемого напряжения

7 х (1 зависимостью

«(4",1=,7Х(о1 (2)

Импульсы генератора 5, частота следования которых J =ÑîÏÌ, через элемент

И 11, управляемый выходными импущ сами триггера 10, поступают на вход счетчика 13. Число импульсов, поступивших на вход счетчика 13 за очередной такт P работы схемы, равно

;,(,„ й; = k,3t = 1 „. ; (4 То) (3), о

Окончательно с учетом соотношения (2) число Й; определяется зависимостью

03 б где М и, — коэффициент пересчета счетчиП), ка 13.

Импульсы с частотой следования f (т,)

4 через элемент ИЛИ 19 поступают на вход счетчика 14 и подсчитываются им.

Частоты 1 г и f „(1), поступающие на входы счетчиков 13 и 14, связаны с числами Н4 (Ц и N< (Ц содержащимися в этих счетчиках, уравнениями:

)) я !6)

dN,)Il dH (t)

1 ъ °

Подставляя значения частот 3 4. и II(Ö из выражений (6) в уравнение (5) и произведя соответствующие преобразования, получим:

3N> (t)» — „й„фаей„Щ

Щ) (7) Число, которое будет содержаться в счетчике 14 после поступления на вход счетчика 13 К „импульсов, т.е. после первого такта работы устройства, определяется следующим образом. Проинтегрировав выражение (7) с учетом пределов изменения переменных, получаем:

Np, М( (dNqII)- J II,) )йЧ,II) Is)

ы) где ))4Р— результат, зафиксированный в счетчике 14 после окончания первого такта работы устройства.

Из уравнения (8) l следует зависимость

Значение оценки дисперсии определя7 I ется путем деления числа 4)(Рп на время

- )" 44 - и Т,, Этв операция при соответствующем подборе числа сводится к простоЯ му пеРеносУ . запятой в общем отсчете.

Измерение среднеквадратического отклонения х производится в. соответствии . выражением

{5) В режиме измерения дисперсии счетчик 14 после нажатия пусковой кнопки

12 устанавливается в нулевое состояние, а счетчик 13 устанавливается в нулевое

40 положение в начале каждого такта работы устройства. Кроме того, триггер 21 устанавливается в единичное состояние в начале первого такта работы устройства.

Управляющие входы элементов И груп45 пы 15 соединены с единичными выходами старших разрядов счетчика 13, в остальные входы подключены к выходам младших разрядов счетчика 13. Таким образом, частота импульсов на выходе элемента ИЛИ 18 определяется числом М1() содержащимся в счетчике 13 и накапливающимся в процессе работы устройства, и частотой f г > поступающей нв вход счетчика 13

Я Я (9) В общем случае, после окончания П тактов работы устройства число Nр)) заР)) фиксированное в счетчике 14, равно

4 и

С учетом выражения (4), имеем

"рп gg - х (4 о) ({о х (" о1

"Ф4 4»4 л»4

932503

Подставпяя,в уравнение (16) значение частоты 11(Ц из выражения (5) име г (((2((М1М Я(H)

Щ1

Частота г связана с числом N„(t) зависимостью (6) а частота 2 (4) связана

1 с числом Й2 (+) уравнением

Подставляя значение частот 1 г и(2(t) из выражений (6) и (18) соответственно в уравнение (17) и произведя очевид-

I ные преобразования, получим

Опредепим чиспо, которое содержится в счетчике 14 после поступпейия на вход счетчика 13 N и м п ул ь(с о в, т.е. после первого такта работы устройства в режиме определения среднеквадратического отклонения. Для этого проинтегрируем выражение (19) с учетом пределов изменения переменных

II

j И ()д))2(Ц= — I Nq(I)dNe(I )p (20) 1 щ

II где (((— результат, зафиксированный в

Р1 счетчике 14 поспе окончания первого такта работы устройства.

Из уравнения (20) следует зависимость

6„=)|D„= ((т (2) к

При этом переключатели 27-29 на- д ходятся в положении, противоположном изображенному.

Число импупьсов и поступаюшее на вход счетчика 13, в каждом такте работы устройства так же как и в режиме измерения дисперсии опредепяется выра- 10 жением (4).

В начале каждого такта работы уст! ройства триггер 21. и счетчик 13 уста. навливаются в нулевое состояние а в счетчик 14 после нажатия кнопкй 12 15 записывается число Й (0).Счетчик 13 осуществляет подсчет входных импульсов.

При достижении чиспа в счетчике 13 величины N„(оl на промежуточном выходе этого счетчика появляется сигнал, устанавпиваюший триггер 21 в единичное состояние. Элемент И 23 при этом открывается и импупьсы с выхода эпемента

ИЛИ 18 поступают на первый вход элемента ИЛИ 19. Частота импупьсов на выходе элемента ИЛИ 18, как и в режиме измерения дисперсии, определяется выражением (5 ).

В режиме определения среднеквадратического отклонения (д)(в работу устройства включаются группа 16 элементов И, элемент ИЛИ 20 и схема вычитания, состоящая из триггера 22, эпемента И 24 и элемента 25 задержки.

Частота импульсов на выходе элемента ИЛИ 19 определяется суммой частот

35 импульсов на ее входах

f,(Ö=1Ä(t) <,(tj (13) гдето (41 - частота импульсов на выходе

40 элемента И 24.

Управляюшие входы элементов И группы 16 соединены с единичными выходами старших разрядов счетчика 14, а сигнальные входы подключены к выходам млад45 ших разрядов счетчика 14, Таким образом частота импульсов на выходе элемента

II

ИЛИ 20 опредепяется чиспом 5 (t)) содержашимся в счетчике 14 и изменяюшимся в процессе работы устройства, и частотой 3 (Ц, поступающей на вход счет50 чика 14 (,()1 (ц () (- (2()) (14) )(Я где N - коэффици ент пересчета сче тчи2 ка 14.

Частота импульсов на выходе схемы вычитания определяется разностью частот импульсов на ее входах

4ю=f2(t) f4(tl (15)

Из выражений (13), (14) и (15) слеует зависимость l

k(Ì = —N,, < (t. (16) dNglIl

I2l) I = (18) gN (t)dX" ф= — И„ЯдИ,(М (») (И ) Nolo) + (И,-N,(o) 1 (21) В общем случае, после окончания tl а 1 тактов работы устройства чиспо ) )p)I зафиксированное в счетчике 1 4, равно (22)

При выборе начапьных состояний счетчиков 13 и 14 согласно уравнения

N,(ol = (o) г Nrn

"Nlq (23) Значение оценки среднеквадратического отклонения определяется тем деле ния числа Нр на величину и Го . Эта операция при соответствуюшем подборе числа П также сводится к переносу запятой в общем отсчете.

Технико-экономическая эффективность 20 от внедрения предлагаемого устройства обусловлена расширением его функциональных возможностей при незначительном усложнении, Определение среднеквадратического отклонения стационарного эргодического процесса с помошью устройства прототипа требует его применения в сочетании с устройством извлечения квадратного корня, что приводит к его значительному 30 усложнению. Кроме того, в этом случае операция извлечения квадратного корня будет происходить со сдвигом во времени по отношению к процессу определения дисперсии, что увеличивает время, необходимое для получения результата. В предлагаемом устройстве операция определения квадратного корня совмешена во времени с процессом получения измерительной информации.

Формула изобретения

Устройство для определения характе- 45 ристик случайных процессов, содержащее центрируюший фильтр, вход которого является входом задания стационарного эргодического процесса, вход задания центрированного процесса соединен с выходом

50 центрируюшего фильтра и входом двухполупериодного выпрямителя, выход которого подключен к первому входу компаратора, выход которого соединен с первым входом первого триггера, выход которого

55 подключен к первому входу первого элемента И и через генератор линейного напряжения подключен к второму входу компаратора, выход первого элемента И сое, уравнение (22) примет вид: (24)

С учетом выражения (4), имеем

932503 динен с информационным входом первого счетчика, выход второго элемента И подключен к второму входу первого триггера и к входу счетчика времени измерения, выход которого соединен с первым входом второго триггера, пусковой вход устройства соединен с вторым входом второго триггера, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора, о т л и ч а ю— ш е е с я тем, что, с целью расширения (2g) функциональных возможностей за счет определения среднеквадратического отклонения, оно содержит генератор импульсов, второй счетчик, две группы элементов И, формирователь импульса установки, четы»ре элемента ИЛИ, третий и четвертый элементы И, третий и четвертый триггеры, элемент задержки .и три переключате ля, причем переключаюший контакт первого переключателя подключен к выходу второго элемента И и установочному входу первого счетчика, размыкаюший контакт первого переключателя соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, Ъ замыкаюший контакт первого переключателя подключен к первому входу третьего триггера, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с. выходом переноса первого счетчика, выходы старших разрядов которого подключены к управляюшим входам элементов И первой группы, информационные входы которых соединены с выходами младших разрядов первого счетчика("+" ) -ый (где rl - разрядг ность счетчика), выход которого подключен к одному входу второго элемента

ИЛИ, другие входы которого соединены с выходами элементов И первой группы, выход второго элемента ИЛИ подключен, к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом третьего триггера, а выход подключен к первому входу третьего элемента

ИЛИ, второй вход которого соединен с замыкающим контактом второго переключателя, переключающий контакт которого через элемент задержки соединен с выходом четвертого элемента И, первый вход которого подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, информационному входу второго счетчика и первому входу четвертого триггера, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента

И, второй вход четвертого триггера подключен к выходу четвертого элемента

ИЛИ, один вход которого соединен с

11 932503 12 (-- -)-ым выходом (где и - разрядность го переключателя, переключаюший коим счетчика) второго счетчика, выходы стар- такт которого соединен с вторым входом

1 ших разрядов которого подключены к уп- второго триггера, выход генератора имравляюшим входам элементов И второй ..пульсов подключен к второму входу пергруппы, выходы которых соединены с вого элемента И. другими входами четвертого элемента Источники информации, ИЛИ, информационные входы элементов принятые во внимание при экспертизе

И второй группы подключены к выходам 1. Мирский Г. Н. Аппаратурное опремладших разрядов второго счетчика, один деление характеристик случайных процесустановочный вход которого соединен о сов. М., "Знергия", 1972, с. 92, с размыкаюшим контактом третьего пе- 2. Карпов Р. Г., Матюхин Ю. Д. и реключателя, другие установочные входы Мещерский Б. Н. 11ифровой измеритель подключены к выходам формирователя дисперсии низкочастотных случайных сигимпульса установки, вход которого под- налов. "Изв. вузов СССР. Приборостроключен к замыкаюшему контакту третье- ение", 1975, М 4, с. 20.

932503

Составитель В. фукалов

Редактор М. Ткач Техред 3. фанта

Корректор М. Коста

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, уп. Проектная, 4

Заказ 3786/70 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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