Пристрій для слідкувального аналізу активного спектра нестаціонарних процесів

1. Пристрій для слідкувального аналізу активного спектра нестаціонарних процесів, який має 35 каналів одночасного аналізу, кожен з яких містить керований фільтр (КФ), на вході керування якого знаходиться керуючий елемент (КЕ), який відрізняє ться тим, що у кожний канал уведено послідовно з'єднані типовий частотний дискримінатор (ЧД) і стаціонарний згладжуючий фільтр нижніх частот (ЗФНЧ), вихід якого з'єднано зі входом КЕ, а вхід ЧД з'єднано з виходом КФ, який є 3 33179 Хоча ця схема представляє нестаціонарну систему, вона не є слідкувальною, тому не може використовува тися безпосередньо для аналізу активного спектра нестаціонарних процесів, а фільтри другого порядку не можуть забезпечити необхідну вибірковість при потрібній частотній смузі пропускання. Слідкувальними можуть бути ли ше фільтри з оберненим керуванням їх настройкою, а для забезпечення необхідної вибірковості при потрібній частотній смузі пропускання вони повинні бути вище др угого порядку. Відомі слідкувальні фільтри (СФ), які містять керований фільтр (КФ), петля зворотного зв'язку якого містить послідовно з'єднані типовий частотний дискримінатор, стаціонарний згладжуючий фільтр нижніх частот і керуючий елемент, вихід якого з'єднано зі входом керування КФ будь-якого типу, ви ще другого порядку, як поліноміального, так і неполіноміального і не тільки каскадної, але також, наприклад, і багатопетлевої реалізації. [Патент України на корисну модель №23124 від 10.05.2007, Бюл. №6]. Саме таки СФ необхідні для слідкувального аналізу активного спектра нестаціонарних процесів, яким вони адекватні і здатні забезпечувати потрібну вибірковість при певній частотній смузі пропускання. Технічною задачею, яка вирішується корисною моделлю, є задача одержання пристрою для слідкувального аналізу активного спектра нестаціонарних процесів паралельного типу, аналізуючі фільтри яких є слідкувальними і адекватними цим процесам. Ця задача вирішується пристроєм для слідкувального аналізу активного спектра нестаціонарних процесів, який має 3-5 каналів одночасного аналізу активного спектра вхідного сигналу. Кожен з цих каналів містить керований фільтр (КФ), на вході керування якого знаходиться керуючий елемент (КЕ). Відрізняється цей пристрій тим, що у кожний канал уведено послідовно з'єднані типовий частотний дискримінатор (ЧД), і стаціонарний згладжуючий фільтр нижніх частот (ЗФНЧ), ви хід якого з'єднано зі входом КЕ, а вхід ЧД з'єднано з виходом КФ, який є смуговим фільтром, частотна смуга кожного з яких дорівнює активній смузі відповідної складової активного спектру, а їх середня частота початкової настройки, в залежності від потрібного закону розподілу їх на частотному діапазоні аналізу, має певне значення. Відрізняється цей пристрій також і тим, що КФ є фільтрами вище другого порядку як поліноміальні, так і неполіноміальні і не тільки каскадної, але також і, наприклад, багатопетлевої реалізації, ЧД і КЕ мають лінійну статичн у характеристику на частотному інтервалі, який перевищує діапазон зміни середньої частоті активної смуги відповідної складової активного спектру, а часто та переходу ЧД досить точно дорівнює частоті початкової настройки КФ, і ЗФНЧ є фільтром першого чи другого порядку. 4 На кресленні, що додається, наведена структурна електрична схема запропонованого пристрою. Вона включає в себе КФ 1, блок оберненого керування цим фільтром 2, у який входять послідовно з'єднані ЧД 3, ЗФНЧ 4 і КЕ 5. Входом аналізатора є об'єднаний сигнальний вхід усі х КФ 1, ви хід кожного з яких є ви ходом одного з каналів аналізатора. Входом блока 2 є вхід ЧД 3, який з'єднано з виходом КФ 1, а вихід ЧД 3 зв'язано через ЗФНЧ 4 зі входом КЕ 5, вихід якого з'єднано зі входом керування КФ 1. Працює запропонований пристрій таким чином: Нехай напруга, що надходить до сигнального входу КФ 1 запропонованого пристрою, являє собою довільний нестаціонарний процес, який, наприклад, є наслідком роботи деякої машини, чи механізму, чи процес зміни струму в контактному проводі при русі електропоїзда, чи процес гальмування локомотиву, чи інші сигнали в загальному випадку разом з перешкодами. У початковий момент після підключення зазначеної напруги, коли зовнішнє діяння на вході КФ 1 являє собою короткий імпульс, широкосмуговий спектр якого є суцільним і однорідним, а на його виході ще не встигає сформуватися початковий фронт перехідного процесу, тому на виході ЧД 3 відсутня управляюча напруга: відсутні коливання визначеної частоти, значить зворотний зв'язок виявляється відключеним і КФ 1 працює в режимі стаціонарного фільтра. Такий режим буде продовжуватися доти, поки на виході КФ 1 не сформується визначена частина початкового фронту перехідного процесу. У залежності від смуги пропускання КФ 1 кожного каналу і його частоти початкової настройки, він виділить із зазначеного спектра лише відповідну вузьку смугу частот, що саме і визначає певної форми перехідний процес на виході КФ 1. Під час формування на виході КФ 1 початкового фронту перехідного процесу, у визначений момент, в залежності від крутості цього фронту і величини порога спрацьовування ЧД 3, на його виході з'явиться визначеної величини напруга. Ця напруга надходить на вхід ЗФНЧ 4, з ви ходу якого згладжена управляюча напруга надходить на вхід КЕ 5, який перетворює управляючу напругу у керовані чи/і резистивний, чи/і ємнісний, чи/і індуктивний елементи. З цього моменту починається перехідний процес захоплення - самонастроювання тепер вже нестаціонарного КФ 1. Коли на виході КФ 1 почнуть з'являтися перші коливання як вільної, так і усталеної складових перехідного процесу, на виході ЧД 3 з'явиться напруга, пропорційна миттєвої частоті взаємодії (биття) цих коливань. Ця миттєва частота несе повну інформацію не тільки про функцію миттєвої частоти відповідної складової активного спектру вхідного сигналу, але і про особливості СФ кожного каналу. Саме функція цієї миттєвої частоти визначає закон самонастроювання, який по зворотному зв'язку трансформує характеристики СФ так, що поступово КФ 1 кожного з каналів виявляється настроєний на частоту ближчої з середніх частот складових активного спектра, що є наслідком як 5 33179 особливості роботи ЧД 3, так і особливості коливання типу биття, графік якого має максимальну кількість нулів - точок переходу цього графіка через вісь часу. Пропорційно кількості цих нулів одержується напруга на виході ЧД 3, значить - і напруга керування на виході ЗФНЧ 4. Отже, на процес захоплення кожного КФ 1 не можуть суттєво вплинути сусідні активні складові спектру, бо при цих умовах практично відсутнє биття. З часом, в сталих СФ вільна складова перехідного процесу згасає, остається лише усталена складова кожної зі складових активного спектру вхідного для кожного КФ 1 сигналу. Миттєва частота кожної з цих складових утримує у кожний момент КФ 1 настроєним на цю частоту. Пояснюється це тим, що оскільки СФ є лінійним фільтром і в ньому не міститься додаткових джерел коливання іншої частоти, то сигнали на вході і виході КФ 1 у принципі не можуть суттєво відрізнятися один від одного по частоті. Таким чином, КФ 1 кожного каналу виявляється досить точно настроєним на частоту саме відповідної ближчої складової активного спектру вхідного сигналу, що і потрібно. Причому, цей результат, як відомо, не залежить ні від типу КФ 1, ні від його порядку і початкової настройки. Точність настроювання КФ 1 по відношенню до вказаної частоти залежать тільки від особливостей блоків, що входять у петлю оберненого зв'язку. Режим утримання СФ частотою відповідної складової активного спектру вхідного сигналу означає, що при повільної зміни цієї частоти по будь-якому заздалегідь невідомого закону, СФ кожного каналу буде надійно відслідковувати ці зміни на усьому діапазоні за умови, що верхня гранична частота спектру цієї миттєвої частоти не перевищує так звану критичну частоту, ви ще якої СФ, як відомо, збуджується. Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 6 Цілком зрозуміло, що для надійного і неперекрученого виділення однієї з активних складових, КФ 1 повинні мати визначені смугу пропускання і початкову настроєність, а для необхідного згладжування перешкод, наприклад, від сусідніх складових вхідного сигналу, вони повинні мати при цьому і високу вибірковість. Коли одна (номінальна) частота, яка заздалегідь обрана із можливих спектральних частот функції зміни середньої частоти активної складової, збіжиться з частотою початково настроєного КФ 1, слідкування повинне призупинитися. Щоб це відбулося, значення перехідної частоти ЧД 3 повинно досить точно дорівнювати значенню вказаної номінальної частоти, а щоб слідкуванням був о хоплений увесь передбачуваний частотний діапазон зміни частоти вхідного сигналу необхідно, щоб характеристики ЧД 3 і УЕ 5 мали лінійну ділянку, яка перевищує з запасом цей діапазон. При цьому ЗФНЧ 4, як відомо, може бути стаціонарним фільтром першого, або другого порядку. Таким чином, на відміну від відомих аналізаторів випадкових процесів паралельного типу, у запропонованому аналізаторі на виході кожного каналу дійсно, у принципі, виділяються складові активного спектру вузької смуги завдяки тому, що він відслідковує ці складові. Ефективність такого аналізатора тім вище, чим менше частотна смуга вказаних складових по відношенню до величини частотного діапазону переміщення їх. Ці складові у сук упності відображають динамічні особливості реального технічного об'єкта, що дозволяє модернізувати його, у тому числі шляхом використання відповідних додаткових пристроїв автоматичного керування його роботою. Отже, на основі запропонованого пристрою можна значно поліпшувати основні характеристики реальних технічних об'єктів, що визначає практичну корисність його упровадження у науку і те хніку. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601