автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Аппаратурный метод формирования случайного процесса рандомизацией параметров эквивалентного детерминированного воздействия

белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

На правая рукописи

федосенко владимир алексеевич

аппаратурный метод формирования случайного процесса рандомизацией параметров эквивалентного детерминированного воздействия

Специальность: 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

минск 1994

Работа выполнена е Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники и на Кафедре информатики и вычислительной техники Академии наук Беларуси

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Морозевич А. Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Леусенко А. Е. кандидат технических наук Золотой С.А.

Ведушая организация - Институт электроники АН Беларуси

Защита состоится " /Г " аре 8рал Я 199^' г. в час. на заседании специализированного совета К 056.05.01 Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники по адресу: 220069, Минск, ул. П.Бровки, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института Автореферат разослан йн&аря 199^ г.

Ученый секретарь специализированного О -

совета К056.03.01, к. т. н., доцент А-Пашкевич

общая характеристика работы

Актуальность. Решить важную народно-хозяйственную проблему повышения качества продукции невозможно без проведения испытаний. Поэтому вопросам создания испытательных комплексов посвящен ряд теоретических и практических работ Божко А. Е., Генкина М. Д. . Гетманова А. Г. . Клюева В. Б. , Леусенко А. Е., Мандровского- Со колова Б.Ю. , Морозевича А.Н. , Петровского A.A. , Сумарокова B.D. , Туника А. А., Урецкого Я. С., Чеголнна П. М., Череповца В. Ф. , Ярмолика В. Н. и др., а также ведугах специалистов зарубежных фирм "Hewlett Packard", "Ling Dynamic Systems" ССША), "Derritron", "Shiumberger Instruments" (Великобритания), "Prodera" (Франция), "Bruel and Kjaer" СДания), "Shinken" (Япония) и др. Pix исследования доказали эффективность использования аппаратно-ориентировакных цифровых систем управления на базе ПЭВМ и процессоров программируемых воздействия, архитектура которых ориентирована на конкретный вид испытаний. Однако основной проблемой при производстве таких систем является сложность реализации аппаратных устройств вследствие больших материальных и временных затрат на проектирование, изготовление, наладку и сопровождение оригинальных разработок. Особенно остро эти проблемы встают при автоматизации испытаний на случайные воздействия, характеризующихся высокой удельной трудоемкостью алгоритмов генерации, анализа и коррекции случайного процесса (СП). Постоянно расширяющаяся область применения испытаний на случайные воздействия, наиболее адекватно отражающих реальнув среду эксплуатации изделий, делает актуальной задачу разработки эффективных алгоритмов функционирования и схемотехнических решений устройств формирования случайного процесса, позволяидия уменьшить аппаратные затраты при обеспечении высоких технических характеристик.

Цель работы - упростить формирование случайного процесса с заданными спектральными характеристиками.

Цель работы достигается решением следующих задач: выбрать базовый метод формирования случайного процесса с заданными спектральными характеристиками;

разработать методы формирования случайного процесса а уменьшенной удельной трудоемкость» алгоритма;

разработать аппаратные модули формирования случайного

процесса с упрощенной технической реализацией;

внедрить и исследовать предложенные методы и

схемотехнические решения.

Метод исследования базируется на теории цифровой обработки сигнатов, теории вероятностей и математической статистике. Для подтверждения теоретических исследований использовались методы машинного моделирования и экспериментальные исследования на действующих макетах и рабочих образцах.

Научная новизна. Получены аналитические выражения плотностей распределения амплитуды и фазы рандоыизирущей функции для частного случая метода формирования случайного процесса рандомизацией амплитуд и фаз гармоник, математического ожидания и дисперсии средней мощности в полосе частот для метода рандомизации фаз гармоник.

Метод формирования случайного процесса рандомизацией фаз гармоник эквивалентного воздействия дополнен сглаживанием отрезков реализации демодулирующей функцией и интерполяционным полиномом, контролем мощности вне рабочего диапазона частот и формированием пред- и постиспытательного воздействия.

Разработан критерий плавности сопряжения отрезков реализации.

Метод оценивания случайного процесса на отрезке реализации дополнен определением количества выходов контролируемых параметров за границы доверительного интервала.

Разработаны оригинальные схемотехнические решения аппаратных модулей формирования случайного процесса с упрощенной технической реализацией.

Практическая ценность полученных результатов заключается в том, что они позволяют:

ускорить процесс проектирования операционных устройств системы формирования случайных процессов благодаря упрощению процедуры выбора разрядности и формы представления операндов;

упростить техническую реализацию модулей формирования случайных воздействий.

Диссертационная работа выполнялась в рамках отраслевой программы "Комплекс", Еключенной в план важнейших работ министерства электронной промышленности от 15.01.82 г., N14;

s

республиканской комплексной программы интенсификации производства на основе внедрения достижений научно-технического прогресса на 198S-1S9Q годы С раздел "Фундаментальные и прикладные научно-исследовательские работы в области создания гибких производственных систем", задание 02.04.02), одобренной постановлением ЦК КПБ и Совета Министров БССР от 13 нкня 1988 г. , И 179; межотраслевой программы "Персей-12". утвержденной постановлением Государственной комиссии Совмина СССР, ШГГ и Госплана CCCF от 27.07.80 г., N 293/60/264.

Результаты внедрения. Результаты диссертационных

исследований легли в основу подсистем формирования случайного процесса для автоматизированных систем контроля и испытаний и средств автоматизации разработки, которые внэдрены на предприятиях: МЗЭМ С Майский), НИТИ (Москва), ПКТИ АСУ "Нива" (Минск), и в учебный процесс Минского радиотехнического института. Установочная партия автоматизированной системы управления вибрационными испытаниями АСУ-ВИ выпущена Опытно-конструкторским бюро машиностроения при Майском заводе электронного машиностроения. Основные разработки защищены авторскими свидетельствами на изобретение.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждены на республиканской научно-технической конференции "Проблемы создания гибких автоматизированных производств" (Минск, 1985), Всесоюзном научно-техническом семинаре "Динамические испытания изделий новой техники" (Москва, 1986), Всесоюзном научно-техническом семинаре "Проблемы создания программного обеспечения комплексной автоматизации" СКалинин, 1987), республиканской научно-технической конференции "Перспективы развития и• проблема эффективного использования ЭВМ общего назначения и персональных ЭВМ" (Минск, 1987), V Всесоюзной школе-семинаре молодых ученых и специалистов "Проблемы совершенствования устройств и методов приема и обработки информации" (Москва, 1988), III Всесоюзной конференции "Моделирование отказов и имитация на ЭВМ статистических испытаний ИМС и их элементов" (Суздаль, 1989), XX научно-технической конференции молодых ученых и специалистов НПО "Агат" "Проблемы создания систем управления и средств автоматизации" (Минск, 1989), научно-технической конференции "Цифровые методы в решении задач управления" (Днепропетровск.

ь

1989), Всесоюзном научно-техническом семинаре "Динамические испытания изделий новой техники" (Москва, 1991), научно-методических семинарах Кафедры информатики и вычислительной техники АН Беларуси (1988-1993), кафедр вычислительных методов и программирования и электронных вычислительных машин БГУИР (1993).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ, в том числе 1 статья, 8 авторских свидетельств СССР на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, включает список литературы из 93 наименований-(11 страниц) и -приложение с актами о внедрении результатов НИР (20 страниц). Основное содержание работы изложено на 130 страницах машинописного текста и иллюстрировано 59 рисунками (58 страниц), 32 фотографиями " (20 страниц) и 18 таблицами (17 страниц).

Автор защищает; 1. Оценки вероятностных и спектральных характеристик методов формирования случайного процесса рандомизацией параметров детерминированного воздействия.

2. Критерий плавности . сопряжения отрезков реализации случайного процесса.

3. Метод формирования случайного процесса с заданными спектральными характеристиками сглаживанием отрезков реализации демодулирувщей функцией и интерполяционным полиномом с допусковым контролем и коррекцией параметров формируемого воздействия внутри рабочего диапазона частот в полном цикле испытаний.

4. Оригинальные схемотехнические решения аппаратных модулей формирования случайного процесса.

3. Результаты экспериментальных исследований и внедрения предложенных методов и схемотехнических решений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности проблемы разработки аппаратурных методов формирования случайного процесса с заданными спектральными характеристиками, научную новизну и практическую ценность исследований, структуру работы и результаты, выносимые на защиту.

'В первой главе проведен анализ цифровых методов формирования

СП, выявлены проблемы при изг реализации и определен комплекс задач. На основании результатов анализа произведен выбор базового метода формирования СП.

Анализ цифровых методов формирования СП с заданными спектральными характеристиками показал, что с точки зрения удельной трудоемкости алгоритма предпочтительнее являются методы рандомизации параметров эквивалентного детерминированного воздействия. В основе методоз данной группы лежит непосредственное преобразование, как правило с помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ), спектральных отсчетов заданного спектра во временную область

хр = 8Р е^пкп/Й , п=0.1,... N-1, С1)

п к =о * .

где Б £ - комплексная амплитуда к-той гармоники на р-том отрезке длительностью Т реализаций СП; N - число уровней дискретизации по частоте спектра пртг представлении его вектором Б^-чй^,

,..., Б Совокупность из М отрезков длительностью Т образует случайную решетчатую функцию длиной М*Т. Именно эта функция, подвергнутая цифроаиалоговому преобразованию и низкочастотной фильтрации, представляет собой реализацию СП хСО, спектр ГСч) которой совпадает в идеальном случае с БСи).

Отличительным признаком методов данного класса является принятый способ рандомизации последовательности дискретных отсчетов. На практике чаще всего используются методы на база рандомизации амплитуды и/или фазы спектральных составлявших эквивалентного.детерминированного воздействия:

5 I = |5к | е^к , $ £ = Б . <2)

5 р = е С + \ СЗ)

= ¡Ь' Р| еЧ = рр е-'^к , (4.)

Б I = | е ^ ^ . (5)

31 = I?? 1\ е 5 % = |8к| рР-Р ; 4. , се!

где | - модуль для соотношений С2">, СЗ), СЗ) или сомножитель модуля для соотношений С4), СО) комплексной амплитуды ^, не зависящий от номера отрезка р; р - случайная фаза к.-той составляющей; ч? - групповая, или начальная фаза реализации СП на

отрезке р; рр- сомножитель модуля, зависящий от номера отрезка р.

Относительная простота реализации методов формирования СП на основании преобразования Райса-Пирсона (соотношения (1) и (2) совместно), рандомизации групповой фазы (соотношения (1) и (3) совместно) и амплитуд гармоник (соотношения (1) и (4) совместно) предопределила их широкое распространение.. Однако указанные методы пригодны лишь для формирования коротких реализаций СП. При увеличении длины реализации процессы вырождается в детерминированные.

Метод рандомизации амплитуд и фаз гармоник (соотношения (1) и С 6) совместно) предполагает рандомизацию двух параметров детерминированного процесса и с точки зрения приближения спектра формируемого процесса к заданному кажется более предпочтительным. Однако его непосредственная реализация весьма сложна и требует применения генераторов псевдослучайных чисел с разными законами распределения.

Для сокращения аппаратурных затрат используется

рандомизирующая функция, действительная и мнимая части которой

распределены по равномерному закону. Однако анализ полученных

плотностей вероятности модуля р гп

(р/4)*1 ит ф/(а+{рс05р)гп)*(1+(р5Ш*>)гп)) (7)

о п «<П:

и фазы <р ' .

Н(Я< 1/4)*? Пи рёр/((1+(рсо5!р)гп)«(1+(р51п4р)2П)) (8)

о п<а>

рандомигирующей функции показал, что отличие закона распределения амплитуд гармоник эквивалентного воздействия от нормального и неравномерность распределения фаз приводят к дополнительным погрешностям формирования из-за наличия некоторого преимущественного .значения начальной фазы у отдельно- взятых отрезков реализации СП.

Методам рандомизации . параметров детерминированного воздействия присущи искажения спектра формируемого процесса вследствие разрывов первого рода в точках сопряжения генерируемых независимо друг, от друга отрезков реализации временного процесса. Влияние этих разрывов мсжет оказаться весьма существенным. Например, при вибрационных испытаниях их воздействие (даже сглаженное фильтром нижних частот), как

показала практика, адекватно воздействий ударов. Этот факт стимулировал разработку методов сопряжения отрезков реализации. Получивший наибольшее распространение метод, основанный на взвешивании каждого отрезка реализации весовой последовательностью конечной длины с последуюаим перекрытием отрезков реализации, приводит к возникновению дополнительной погрешности формируемого воздействия (паразитная амплитудная модуляция).

Проведенный анализ методов формирования случайного процеса показал необходимость разработки методов, обладающих меньшей удельной трудоемкостью и устраняющих указанные выше недостатки.

Вторая глава посвящена разработке метода формирования случайного процесса с заданными спектральными характеристиками сглаживанием отрезков реализации демодупирующей функцией я интерполяционным полиномом с допусковвм контролем и коррекцией параметров формируемого воздействия внутри рабочего диапазона частот в полном цикле испытаний.

Выбранный в качестве базового метод рандомизации фаз гармоник эквивалентного воздействия (соотношения (1) и (5) совместно) предполагает равномерное распределение фаз на интервале (0;2п), причем значения фаз гармоник на различных отрезках реализации независимы.

Получены оценки математического ожидания:

аСпО= Е ' ^ I* Г ¿а - <9)

II к =0 -О ,9

и среднего кэадратичесного отклонения ССКОТ мощности непрерывного СП дительнос.тью МхТ в полосе частот (ш- 0,5; га* 0,5):

о-(т) = М~°''сКп!)|М=1 , М>>1. (10)

где ш - номер базовой частоты ВппиТ; |а| < 1; с(п:)|^ - СКО мощности в полосе для непрерывного СП длительностью Т.

Анализ выражений С9) и (10) показал, что метод формирования СП рандомизацией фаз гармоник эквивалентного воздействия обеспечивает сходимость спектральных характеристик в полосе частот к заданным с погрешностью менее 10% для СП, мощности соседних полос частот отличаются друг от друга не более, чем ка 30%. Устройство, реализующее этот метод, защищено авторским свидетельством на изобретение С АС) N 1715509

Сопоставительный анализ методов . сопряжения отрезков реализации С'П весьма затруднен из-за отсутствия критерия, который обеспечил бы комплексную оценку метода сопряжения . и область их эффективного использования. В связи с атим разработан критерий плавность сопряжения отрезков реализации СП на основе анализа производных на отрезках реализации и в точке стыковки. В работе получены выражения для дисперсии приращения процесса внутри отрезка реализации:

о\ = Сх(п+1) - х(пЖх(п+1)~-х(п))* ^„^эт'Спк/Ю. СШ А . и2 ко к

и в точке стыковки:

о? = (х (N-1) - х (0))а - 2 1 . (12)

Р 1 ' цг Г=о к

Анализ выражений (11) и (12) позволяет представить критерий плавности сопряжений отрезков СП в виде коэффицента сглаживания Ка, равного отношению соответствующих дисперсий:

V /а1 - [ч • У{\1 ^15,1пгслк/ю) ■ С13)

С точки зрения данного критерия• вероятность проявления разрывов тем выше, чем ниже частота спектра, воспроизводимого СП. Величина является нижней границей диапазона изменения

средней частоты СП, при выходе за которую разрывы начинают оказывать заметное влияние. Следует отметить, что на практике условие (Гр+ Гд/2, где Г - частота дискретизации, Гв ,ГИ -верхняя « нижняя частота спектра, оказывается невыполнимым, так как, во-первых, для качественного-восстановления сигнала по его дискретным отсчетам стремятся обеспечить Сд/2, а, во-вторых, для многих приложений. Гн-> 0. Это подтверждает необходимость использования и развития методов сопряжения отрезков.

Предложен метод сопряжения отрезков реализации СП, позволяющий уменьшить частотные искажения генерируемого воздействия в результате наложения демодулирующей функции, вид которой однозначно определяется используемой весовой функцией. Так, при использовании весовой функции Хэннинга первого порядка каждые отсчетов выходного сигнала необходимо. перемножать с функцией вида ( У2"'Сз1п (| п + )"'. Устройство, реализующее метод демодулирующей функции, защищено АС N 1462137.

.Для уменьшения удельной трудоемкости алгоритма предложен

метод, основанный ка замене части отрезка хСп) сопрягаю»« отрезком х*Сг.), п-0,1,.,.,1 « Н, порождаемый полиномом 5-ой степени. Результаты экспериментальных исследований показали, ч':'о метод сопряжения отрезков реализации СП интерполяционны)" полиномом устраняет практическое влияние разрывов СП в тем случае, если число узлов интерполирующей функции выбирается из условия

1> 6 Л7 сиз.

При этом удельная трудоемкость метода формирования СЛ уменьшается на 28-44% по сравнению с методом перекрытия отрезков реализации.

Предложен метод контроля параметров испытательного воздействия, предполагающий, что решение о необходимости коррекции параметров СП производится после о - кратного выхода подряд и ¡3 - кратного выхода за время наблюдения оценки параметра за допустимые границы. Его реализация (АС Н 17040СЙ) позволяет сократить цикл коррекции устройства формирования СП на 40-6Оу. .

При вибрационных испытаниях одним из важнейших требований, предъявляемым к устройству формирования воздействий, является гарантированное отсутствие возможности превышения уровня испытательного сигнала на объекте испытаний над максимально допустимым уровнем. Если тракт УСИДУ (Усилитель мощности -БиороСтенд - объект (Изделие) испытаний - вкброЛатчик согласующий Усилитель) нелинейный, то с вероятностью,, стремящейся к единице, выходной процесс будет иметь спектральную плотность мощности, отличную от нуля вне рабочего диапазона частот, что приводит к более. тяжелому режиму испытаний, чем требуется в соответствии с документацией на изделие и может вызвать несанкционированный выход из строя и разрушение дорогостоящих объектов испытаний Искусственное завышение сигнала па выходе тракта УСЗДУ, используемое в известных решениях, в случае превышения мощности сигнала, кэктролирумого во всем диапазоне частот, над допустимым значением приводит к увеличению погрешности воспроизведения параметров СП в результате возникновения переходного процесса коррекции.

Предложен метод коррекции мощности СП, основанный на использовании в цепях формирования и обратной связи басков, коэффициенты передачи которых взаимообратпы. Такое решение позволяет устранить указанные выше недостатки при контроле мощности во всем диапазоне частот и уменьшении аппаратных затрат

на 12-17% по сравнению с известным решением.- Устройство, реализующее данный метод, защищено АС N 1364940.

В развитие предложенного выше решения для обеспечения плавного изменения испытательного воздействия в устройство формирования СП необходимо в цепь формирования коэффициента передачи аттенюатора ввести схему управления плавным изменением испытательного воздействия. Так как плавному изменению значения коэффщиедаа передачи аттенюатора соответствует обратно пропорциональное изменение коэффициента масштабирующего усилителя, то плавное изменение уровня испытательного сигнала на объекте испытаний оказывается неощутимым для контуров коррекции мощности процесса и мощности в полосе частот, что позволяет уменьшить время настройки устройства формирования СП на заданную программу испытаний. Устройство, реализующее данный метод, защищено АС N 1762130.

Третья глава посвящена разработке аппаратных модулей формирования СП.

Ядром устройства формирования СП являются операционные устройства, реализующие арифметические и логические операции. Возможные варианты построения . ОУ определяются требованиями к частотному диапазону воспроизводимых сигналов и применяемой элементной базой. Наиболее ответственной задачей является выбор разрядности и формы представления данных, решающим образом влияющих на.сложность устройства и точность обработки.

Генерацию и анализ СП с точки зрения однородности вычислительных структур и применяемого математического аппарата целесообразно выполнять на базе алгоритма БПФ, трудоемкость которого составляет 50-70У, трудоемкости алгоритма формирования СП. Проведенный в раЙоте анализ оценок погрешности вычислений по алгоритму БПФ показал, что аналитические оценки требуют принятия большого ряда допущений и сделаны в достаточно жестких ограничениях на входной сигнал, в работах приводятся одежи разных величин, даются графики в разных системах координат, что затрудняет адаптации этих исследований к практическому использованию. Получившее наибольшее распространение представление чисел в форме с блочно плавающей запятой не позволяет получить априорную оценку погрешности вследствие существенной зависимости погрешности от входного сигнала. В этом

случав задачу выбора разрядности операционных устройств и формы представления операндов целесообразно решать по результатам имитационного моделирования.

Даны рекомендации по выбору разрядности . и формы представления операндов, основанные на определении разрядности операционных устройств I для представления операндов в форме с фиксированной (<КЗ), плавающей (Г13) и блочно плавающей (ЕПЗ) запятой как функции от допустимой погрешности вычислений 6 и длины выборки Л: - ^ Сс5,№; 1,Г13 = Сг(б, К); Г3С<5, Ю.

Данные зависимости получены по результатам машинного моделирования. В качестве эталонной схемы использовалась форма представления операндов с плавающей запятой с 24-разрядной мантиссой. В отличие от известных моделей учитывалась возможность возникновения двух переполнений в процессе выполнения базовой операции алгоритма БПФ, что характерно для обработки ' действительных последовательностей. Далее определяется величина у/, характеризующая аппаратурные затраты для данной формы представления чисел и ЕЫбранной разрядности: = ^(1^); Фпз = *бпз= сРеДи этих величин выбирается

минимальное значение Уопт= ш!п { Ф^,Фпз, Фйпа ), которое и является критерием для окончательного' выбора разрядности 1от операционных устройств и формы представления операндов.

Результаты исследований показали, что для. обеспечения динамического диапазона представления чисел в 70 дБ разрядность операционных устройств и устройства хранения промежуточных результатов должна быть 28 разрядов для операндов с ФЗ, 22 разряда для операндов с БПЗ и 16 разрядов (мантисса) для операндов с ПЭ. Выбор блочно плавающей формы представления ь этом случае обеспечивает сокращение затрат на реализацию операционных устройств на 25,66% (по сравнению с использованием ПЭ) и на 11,54% (по сравнению с использованием ФЗ).

Одной из основных операций алгоритма БПФ является вычисление адресов операндов в прямом, двоично-инверсном и специальном порядке. Аппаратурная реализация этой операции в виде устройства адресации позволяет уменьшить время выполнения алгоритма БПФ в среднем на 30% . Устройства адресации операндов на база мультиплексоров 4x1 (АС N 1199373) и на основе прогршжрумого коммутатора СЛС N 1691853) позволяют сократить■алпаргтные затраты по сравнению с базовым решением на 44-48% и

соответственно. Использование программируемого коммутатора для выполнения двоично-инверсной перестановки обеспечивает дальнейшее сокращение затрат на реализацию на 35-50% .

Важны« и обязательным "элементом устройства . формирования СП является генератор базовых воздействий (ГБВ), на реализацию которого приходится 5-19% аппаратных затрат. Предложены генератор базовых воздействий, позволяющий, уменьшить аппаратные затраты на 18« по сравнении с известным устройством С АС N 1478307), а также ГОР, обеспечивающий генерацию распределенных по равномерному и нормальному законам псевдослучайных чисел с возможностью обнаружения константной неисправности при сокращении затрат на реализацию схемы контроля на 22-46'/, (устройство внедрено в гвтомйч'изиосваннуи систему, контроля и испытаний "Персей-12").

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований разработанных методов и схемотехнических решений, внедренных в автоматизированные системы контроля и испытаний:

автоматизированную . систему управления1 вибрационными иопыталиями АСУ-БИ' .

систему автоматизации испытаний на случайные воздействия; автоматизированную систеку испытаний на случайную вибрацию; автоматизированную систему контроля и испытаний "Персей-12".

Автоматизированная система ' управления виорационными испытаниями АОУ-ВИ изготавливается на Майском заводе электронного машиностроения (шифр документации АгМ1.130.014). Год разработки - 1У67. Год выпуска установочной партии - 1990. Внедрена в 1991 году з НШ'И (г. Железнодорожный. Московской обл.).

Результаты экспериментальных исследований подтвердили основные, теоретические положения диссертационной работы. Проведенные сравнительные испытания а широко применяемой в отраслях.приборостроения и машиностроения при испытаниях изделий па случайную вибраиию ЗО-канальмой системой задания и анализа широкополосной случайной вибрации фирмы "Liny Dynamic Systems" (США), состоящей из цифрового генератора случайной вибрации FSG-30 и цифрового анализатора RSA-30, показали, что разработанные автоматизированные системы полностью удовлетворяют требованиям государственных и. отраслевых стандартов, обеспечивают технические характеристики, не уступающие характеристикам зарубежным системам, превосходя аналога по точности

воспроизведения среднего квадратического значения виброускорения и средней мощности в полосе частот.

В заключении приводятся основные результаты диссертации:

1. Получены оценки плотности, вероятности распределения модуля и фазы рандомизирующей функции для метода рандомизации амплитуд и фаз гармоник, оценки математического ожидания и дисперсии средней мощности в полосе частот для метода рандомизации фаз гармоник. Показано, что для процессов с гладким спектром при соотношении мощностей в соседних полосах частот, не превышающем 1.3, эффективно с точки зрения удельной трудоемкости алгоритма применение метода рандомизации фаз гармоник, который обеспечивает сходимость спектральных характеристик формируемого процесса к заданным значениям с погрешностью менее 10Х .

2. Разработан критерий плавности сопряжения отрезков, позволяющий определить область эффективного использования методов сопряжения. Показано, что вероятность проявления разрывов между отрезками реализации случайного процесса тем выше, чем ниже частота спектра воспроизводимого процесса. Величина Гд/З является нижней границей диапазона изменения средней частоты случайного процесса, при выходе за которую разрывы начинают оказывать практическое влияние.

3. Разработаны методы формирования случайного процесса рандомизацией параметров эквивалентного детериинироьанного воздействия с сопряжением отрезков реализации случайного процесса демодулирующей функцией (позволяет уменьшить частотные искажения и паразитную амплитудную модуляцию формируемого процесса) и интерполяционным полиномом (позволяет уменьшить удельную трудоемкость алгоритма на 28-44?! и устраняет практическое влияние разрывов случайного процесса в том случае, если число узлов интерполирующей функции выбирается из условия (14)).

Разработаны методы формирования случайного процесса о допусковым контролем параметров генерируемого воздействия (позволяет уменьшить на 40-60% цикл коррекции устройства формирования случайного процесса), с коррекцией мощности случайного процесса в рабочем диапазоне частот (обеспечивает непревышение средней мощности процесса над допустимым уровнем как для объкта испытаний с линейной, так и с нелинейной передаточной характеристикой), с формированием пред- и постислытательного воздействия (позволяет осуществлять плавный выход на заданную

программу испытаний и плавное снятие нагрузки при обеспечении заданной точности воспроизведения параметров случайного процесса и заданного времени выхода ка режим).

4. Разработан, изготовлен и внедрен ряд оригинальных аппаратных модулей, обеспечивших упрощение технической реализации устройств формирования случайного процесса. На уровне изобретений при участии автора осуществлена разработка восьми элементов и устройств формирования случайного процесса.

5. Результаты работы легли в основу автоматизированной системы управления виброиспытаниям)! АСУ-ВИ, установочная партия которой выпущена Опытно-конструкторским бюро машиностроения при Майском заводе электронного машиностроения, а также апробированы при эксплуатации системы автоматизации испытаний на случайные воздействия,. автоматизированной системы испытаний на случайную вибрацию и опытного образца автоматизированной системы контроля и испытаний "Персей-12".

За разработку комплекса аппаратных и программных средств автоматизации научного и технического эксперимента ("Персей-12" и АСУ-ВЮ автор в составе коллектива разработчиков награжден в 1991 году дипломом II степени и серебряной медалью ВДНХ СССР,

Основные публикации:

1. Морозеьич А.И., Величкоьский В. В., Федосенко В. А. Анализ методов формирования случайных процессов генерацией спектра // Весц1 АН Ь'^лар/с1 Сер. -Тэхн. навук, 1992, ¿¡2, - С. 111-116.

2. Федосенко В.А. Программный комплекс для статистических исследований процессора цифровой обработки сигналов // Цифровые методы в задач?* управления: Тез. докл. научно-тех. конф. -Днепропетровск, 1981 - С. 10-11.

3. Мороэевич. А. Н., Федосенко Б. А. , Величковский В. В. Алгоритмы генерации случайного воздействия для микропроцессорной системы автоматизации испытаний // Моделирование отказов и имитация на ЭВМ статистических испытаний ИМС и их элементов: Тез. докл. III Всесоюз. конф. - М. , 1989. - С. 192-193.

4. Морозевич А.Н.. Федосенко В. А , Трибухоесний Б. Б. . Дмитриев А.Н. Методы и микропроцессорные средства генерации и анализа широкополосных случайных воздействий // Цифровые методы в задачах управления: Тез. докл. научно-тея. конф.

Днепропетровск, 1989. - С. 19-20.

5. Шемаров А. И., Федосенко В. А. , Трибуховский Б. Б Микропроцессорная система управления испытаниями на случайные воздействия // Проблемы совершенствования устройств и методов приема, передачи и обработки информации: Тез. докл. межотраслевых научных конференций, совещаний, семинаров.- М. : ВИМИ, 193*?, -С. 169-170.

6. Морозевич А. П., Дмитриев А. Н., Федосенко В. А. Программны? средства мультимикропроцессорной системы управления и обработки результатов стендовых испытаний // Проблемы создания программного обеспечения комплексной автоматизации: Мат. Всесоюз, сем, -Калинин: Центрпрограммсистем, 1987.- С. 142-144.

7. Морозевич А. Н. , Величковский Р. В. , Фйдосенко Б. А, Модифицированный метод формирования широкополосного случайного процесса яа основе генерации спектра // Цифровые методы в зздачах управления: Тез. докл. НТК - Днепропетровск, 198Я. - С. 8.

8. A.c. 1704005 СССР, МКИ" G01M 7/00. Устройство для испытаний на случайные вибрации / А. H Мооозевич, 3.А,Федосенко. 1992. Бюл. N 3.

9. A.c. 1762130 СССР, МКИ9 G01H 17/00. Устройство для испытаний на случайные вибрации / А. Я.Морозевич, В.А.Федосенко. 1992. Бюл. N 34,

10. A.c. 1716509 СССР, MKJP G06F 7/58. Устройство для формирования широкополосного случайного процесса/ Л. Н. Морозевич, В. А. Федосенко, В. В. Веяичковский, А.Н.Дмитриев. 1992. Бюл. N8.

11. A.c. 1691853 СССР, МКИ9 G06F 10/332, Устройство для формирования адресов процессора быстрого преобразования Фурье /

A.Н.Морозевич, В.А.Федосенко, Б.Б,Трибуховский , А.Н.Дмитриев. 1991. Бюл. N 42.

12. A.c. 1462137 СССР, МКИ* 601M 7/00. Устройство управления случайными вибрациями / А.Н. Морозевич, А. И. Кемаров,

B. А. Федосенко. 1989. Бюл. H 8.

13. A.c. 1478307 СССР, МКИ4 НОЗК 3/84. Генератор псевдослучайных чисел /. А. Н. Морозевич, В. А. Федосенко, А. И. Шемаров. 1989. Бюл. N 17.

14. A.c. 1499373 СССР, МКИ4 G06F 15/332. Устройство для формирования адресов процессора быстрого преобразования Фурье / А. И. Шемаров, А. Н. Морозевич, В. А. Федосенко. 1989. Бюл. N. 29.

15. A.c. 1364940 СССР, МКИ4 G01M 7/00. Устройство для

испытаний на случайные вибрации / А.Н.Морозевич, А.Н.Дмитриев, В. Н.Мухаметов, А. И. Шемаров, В. А. Федосенко. 1988. Бюл. N1.

16. Морозевич А. Н. , Дмитриев А. Н. , Мухаметов В. Н. , Шемаров А.И., Федосенко В.А., Трибуховский Б.Б. Мультимикропроцессорная система автоматизации испытаний // Инф. листок N 88-16, -Ми. : БелНШГШ, 1988.

17. Разработать и исследовать методики и стендовую аппаратуру блоков и узлов автоматической системы управления вибрационными электродинамическими установками; Отчет/ Научн. рун. А.Н.Морозевич, отв. исп. А.Н.Дмитриев, исп. В.А.Федосенко и др. - Гсс. N 01830006889, Инв. К 02860039331. - Мн.МРТИ, 1986.

- 62 с.: т.

18. Разработать принципы построения системы автоматизации испытаний на гармонические и случайные воздействия: Отчет/ Научн. рук. А.Н. Морозевич, отв. исп. А.Н.Дмитриев, исп. В. А.Федосенко и др. - Гос. N 01850006889, Инь. N 02870066457, - Мн.: МРТИ, 1987.

- 85 о.: ил.

19. Исследование и разработка микропроцессорных систем управления. Отчет / Научн. рук. А. Н. Морозевич, отв. исп. А.И. Дмитриев, исп. В. А. Федосенко и др. - Гос. N 01880001192, Инв. N 02890031298. - Мн.: АН БССР, 1989. ~ 93 с.: ил.

20. Исследование и разработка микропроцессорных систем управления: Отчет / Каучн. рук. А. Н. Морозевич,, отв. исп. А.Н.Дмитриев, исп. В.А.Федосенко и др. - Гос. N 01880001192, Инв. N 02900032721. - Мн.: АН БССР, 1990. - 64 с.: ил.

. 21. Исследование и разработка микропроцессорных систем управления: Отчет / Научн. рук. А. Н. Морозевич, . отв. исп.

A.Н.Дмитриев, исп. В.А.Федосенко и др. - Гос. N 01990001192. Инв. Н 02910027319. - Мн.': АН БССР, 1991. - 104 е.: ил.

22. Развитие и разработка аппаратных и программных средств профессиональной ориентации для ПЭВМ и методы их проектирования: Отчет / Научн, рук. А. Н. Морозевич, отв. исп. Б. А. Железко, исп,

B. А. Федосенко и др. - Гос. Н 01910007195. Инв. N 029200Г0713. -Мн.: АН Беларуси. 1992. ~ 46 с.: ия.

На правах рукописи

4ЕД0СЕКК0 ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ

АППАРАТУРНЫЙ МЕТОД ФОРМИРОВАНИЯ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА РАНДОМИЗАЦИЕЙ ПАРАМЕТРОВ ЭКВИВАЛЕНТНОГО ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Специальность: 03.13.03 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

одписанс ь печать 06.01.94 Формат бумаги 60x84 1/16

сл. печ. л. 1.0 Уч. изд. л. 1.0 Заказ 5.

ирак 90 экз. Бесплатно

ипечатано на ротапринте БГУИР. 220600, г. Минск, ул. П.Брсвки, 6