Идентификационный компаратор

Размещено на http://www.allbest.ru/

Идентификационный компаратор

Омск 2007

Аннотация

Описаны структура, принцип действия и пример применения идентификационного компаратора, с помощью которого устанавливается степень эквивалентности двух сравниваемых сигналов. Компаратор реализован в среде LabVIEW-7.1 и может встраиваться в различные виртуальные системы управления, измерения, контроля и диагностики.

Функциональное назначение и область применения. Функциональное назначение -- сравнение сигналов и их характеристик с целью установления степени их эквивалентности.

Область применения -- интеллектуальные системы измерения, управления, контроля и диагностики, работающие в режимах интерактивного и автоматического распознавания и идентификации сложных сигналов.

Используемые технические средства. Включают персональный компьютер типа Celeron-1700 и выше с 64 МБ (и выше) оперативной памяти.

Специальные условия применения. Определяются конкретной предметной областью применения и оговариваются в техническом задании.

Условия передачи документации. Техническая документация передается заказчику на договорной основе с заявителем.

Техническое описание. Операция сравнения является важнейшей измерительной и информационной процедурой, реализуемой на аппаратном уровне с помощью специальных устройств, называемых компараторами. Принцип действия компаратора может быть описан уравнением (1):

, (1)

где U1(t), U2(t) - входные сравниваемые сигналы, Um - уровень условной логической единицы, Sign[..] - символ операции определения знака, Uout - уровень выходного сигнала компаратора. В соответствии с данным соотношением следует, что компаратор определяет знак мгновенной разности входных сигналов и, поэтому его нельзя непосредственно использовать для сравнения формы сигналов или их характеристик.

Для расширения функциональных возможностей сравнения сигналов по их форме предлагается модернизировать уравнение (1) следующим образом:

, (2)

где Id{..} - символ операции идентификации соответствующего сигнала U1(t) или U2(t), в результате выполнения которой формируется идентификационное число S1 или S2.

Основным свойством идентификационного числа S является его масштабная инвариантность, в соответствии с которой:

, (3)

где A, B, C - некоторые константы, определяющие, соответственно, размах, временное смещение и постоянную составляющую сигнала U(t). Другими словами, идентификационное число измеряет только форму и нечувствительно к линейным преобразованиям функции U(t). В дальнейшем, компаратор, обладающий данным свойством, будем называть идентификационным компаратором (IdC).

Анализ уравнения (2) с учетом свойства (3) позволяет обобщить принцип эквивалентности сигналов и сформулировать его следующим образом.

Принцип эквивалентности сигналов. Любые сравниваемые сигналы эквивалентны в идентификационном смысле, если они имеют равные идентификационные числа:

«Если S1 = Id{U1(t)} и S2 = Id{U2(t)},

то при условии S1 = S2 следует U1(t)?U2(t)». (4)

Здесь символ «?» обозначает идентификационную эквивалентность, в отличие от знака равенства «=», обозначающего математическую эквивалентность.

Идентификационный компаратор (ИК) (рис. 1) выполнен в среде LabVIEW-7.1 и состоит из двух идентификационных тестеров, например S-типа, и устройства сравнения. Идентификационные тестеры выбраны из библиотеки виртуальных инструментов анализа и синтеза формы сигналов [1]. Принцип работы S-тестеров описан в [2].

Устройство сравнения состоит из вычитателя, измерителя модуля, делителя, блока сравнения типа «больше», блока сравнения типа «меньше или равно» и переключателя.

Рис.1. Структура программного кода идентификационного компаратора

На входы InputArray-1 и InputArray-2 подаются сравниваемые сигналы в виде массивов выборочных реализаций. На выходах идентификационных тестеров формируются соответствующие идентификационные числа S1 и S2 , которые сравниваются устройством сравнения. Сравнение производится путем вычисления относительной разности идентификационных чисел вида:

, (5)

которая подается на выход DeltaNum для дальнейшего непосредственного измерения, либо сопоставляется с некоторым контрольным значением д0, задаваемым со входа InputDelta. Если д<= д0, то на выходе Boolean формируется логический сигнал типа TRUE, в противном случае - логический сигнал типа FALSE. Таким образом, в ИК предоставляется возможность регулировать допустимую погрешность сравнения компаратора.

Особенности практического применения идентификационного компаратора иллюстрируются на модели виртуального прибора M-proba.vi (рис. 2).

Рис.2. Виртуальный прибор для исследования идентификационного компаратора

Данный прибор содержит два функциональных генератора FGen_3.vi и исследуемый компаратор S-Compare.vi, которые установлены в цикле с заданным числом повторений. Это необходимо для того, чтобы промоделировать непрерывный режим работы ИК. С помощью генераторов с панели управления (левая часть рис. 2) на входах ИК можно задавать:

- периодические сигналы прямоугольной (Squ), синусоидальной (Sin), треугольной (Tri) и пилообразной (Saw) формы с различным числом периодов; компаратор программный идентификационный

- случайные сигналы с распределениями двумодальным (2mod), арксинусным (asin), равномерным (even), треугольным (simp), нормальным (gaus), двусторонним экспоненциальным (lapl), Коши (kosh), Пуассона (poisson), гамма-2 (gamma-2), биномиальным (binom), Бернулли (bernulli).

В качестве выходной информативной величины ИК выступает среднее за время действия входного сигнала значение погрешности сравнения (OutNum-1). В табл. 1 представлены результаты измерения погрешности сравнения в случае, когда на один вход ИК подается прямоугольный периодический сигнал или случайный сигнал с двумодальным распределением, а на другой вход - различные случайные сигналы.

Таблица 1

Таблица 2 отображает результаты сравнения периодических сигналов.

Таблица 2

Полученные данные подтверждают предварительное предположение о том, что идентификационный компаратор позволяет сравнивать сигналы по форме распределения их мгновенных значений. При этом погрешность сравнения упорядочивает форму распределения в диапазоне от 0 до 100% так, что самыми «младшими» оказываются 2mod, binom, bernulli распределения, а самым «старшим» - распределение Коши.

Таким образом, можно говорить о том, что понятие идентификационной эквивалентности является более общим по отношению к понятию математической эквивалентности, поскольку позволяет реализовать измерение сигналов в целом, а не их мгновенных значений.

Литература

1. Кликушин Ю.Н. Библиотека виртуальных инструментов анализа и синтеза формы сигналов./ Свидетельство об отраслевой регистрации, №50200601945, Министерство образования РФ, ОФАП, М.: 2006. - 32 с.

2. Кликушин Ю.Н. Классификационные шкалы для распределений вероятности./ Интернет-статья, М.: Журнал Радиоэлектроники, ИРЭ РАН, № 11 (ноябрь), 2000 г.- http//jre.cplire.ru.

Размещено на Allbest.ru