Управляемый фильтр

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Соцнвпнстнческик

Респубпик:, „ 1004962 (61,) Дополнительное к авт. свид-ву (5t)N. Кл. (22) Заявлено 17. 12. 81 (21) .3364182/18-24

G 05 В g/01 с присоединением заявки М (23) Приоритет.

Гесудлрствекай кювктет

СССР вв Atoll кмбретекик и етррытнй (53) УДК 62-50 (088.8) Опубликовано 15.03.83. Бюллетень М10

Дата опубликования описания 18. 03 .83 (72) Авторы изобретения

А.Ф. Кузнецов, В.fl Авдеев, Л.П. Мыш

И.ll. Строков, И.К. Левин и С.Е (7! ) Заявитель (54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для выделения низкочастотной составляющей измеренных сигналов в условиях, когда имеется информация о ее.существенных изменениях, например при взвешивании

Г в движении составов со слитками металла на металлургических заводах, когда имеются сигналы от фотодатчи- 1о ков о моментах наезда и съезда платформы со слитками на взвешивающее уст. ройство, а также при нагреве слитков металла, когда имеются сигналы о моментах посада и выдачи слитков из на- 1з гревательных колодцев.

Известно сглаживающее устройство, содержащее ограничитель уровня сигнала, два интегратора, масштабирующий усилитель, блок сравнения, первый 20 вход которого подключен ко входу устройства, выход - через ограничитель уровня сигнала ко входу первого ин- тегратора, выход которого подключенк выходу устройства, к второму входу блока сравнения, через второй интегратор и масштабирующий усилитель к ог,раничителю уровня сигнала (.1 1.

Недостатком укаэанного устройства является низкая точность выделения полезного сигнала в случае, когда статические и структурные свойства полезного сигнала и помехи изменяют" ся. Настроечные же параметры сглаживающего устройства, к которым относятся постоянная времени интегрирования Т первого интегратора и величина ограничивающего напряжения р ограничителя сигнала, определяются при, фиксированных указанных свойствах сигнала.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является управляемый

Фильтр, содержащий последовательно соединенные первый блок сравнения, or004962

О

A-,5

3 1 раничитель и первый интегратор; выход которого соединен со вторым входом первого блока сравнения, последо- вательно соединенные детектор знака, вход которого соединен с Выходом первого блока сравнения, второй блок сравнения, второй интегратор, выход которого соединен с вторым входом второго блока сравнения, квадратор, первый масштабирующий усилитель, первый сумматор, выход которого под" ключен к дополнительному входу огра" ничителя, последовательно соединенные второй масштабирующий усилитель, вход которого соединен с выходом ква ратора, второй сумматор, выход которого соединен с дополнительным входом первого интегратора, причем дру« гой вход каждого из сумматоров подключен к источнику сигнала постоянной величины (2 1.

Недостатком этого устройства при его использовании в указанных условиях является низкая точность выде,,ления полезного сигнала, так как не используется дополнительная информация о существенных изменениях низкочастотной составляющей.

Целью изобретения является повышение точности выделения полезного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что управляемый фильтр, содержащий последовательно соединенные первый блок сравнения, ограничитель и первый интегратор, выход которого под- ключен к второму входу первого блока сравнения, последовательно соединенные детектор знака, вход которого подключен к выходу первого блока сравнения, второй блок сравнения, второй интегратор, выход которого соединен с вторым входом второго блока сравнения, квадратор, первый масштабирующий усилитель, первый сумматор, последовательно соединенные второй масштабирующий усилитель, второй сумматор, вход второго масштабирующего усилителя подключен к выходу квадратора, вторые входы первого и второго сумматоров подключены к источнику сигнала постоянной величины, содержит последовательно соединенные датчик инициативного сигнала, третий блок сравнения и третий интегратор, подключенный выходом к второму входу третьего блока сравнения, третий масштабирующий усилитель и третий сум, матор, последовательно соединенные

55 четвертый масштабирующий усилитель, четвертый сумматор, выход которого соединен с дополнительным входом первого интегратора, а второй вход подключен к выходу второго сумматора, выход третьего сумматора соединен с дополнительным входом ограничителя, а второй вход подключен к выходу первого сумматора, вход четвертого масштабирующего усилителя подключен к выходу третьего интегратора. .На чертеже представлена структурная схема предложенного управляемого фильтра.

Управляемый фильтр содержит первый блок 1 сравнения, первый вход которого подключен ко входу устройст ва, а выход - через ограничитель 2 ко входу первого интегратора 3, выходом соединенного со вторым входом, первого блока 1 сравнения и с выходом устройства. Вход детектора 4 знака подключен к выходу первого блока 1 сравнения, а выход - к первому входу второго блока сравнения, выход которого соединен со входом второго интегратора 6, выход которого подключен ко второму входу второго блока 5 сравнения и к выходу квадратора 7.

Выход последнего подключен ко входам первого 8 и второго 9 масштабирующих усилителей. Выход первого масштабирующего усилителя 8 соединен с первым входом первого сумматора 10, второй вход которого связан с источником сигнала постоянной величины, а выход - с первым входом третьего сумматора 11. Выход второго масштабирующего усилителя 9 соединен с первым входом второго сумматора 12, .второй вход которого связан с источником постоянной величины сигнала, а выход - с первым входом четвертого сумматора 13. Выход датчика 14 инициативного сигнала через третий блок

1g сравнения и третий интегратор 16 подключен ко входам третьего 17 и четвертого 18 масштабирующих усилителей.

Причем ко второму входу третьего блока 15 сравнения подсоединен выход третьего интегратора 16. Выход третьего масштабирующего усилителя 17 подключен ко второму входу третьего сумматора 11, выход которого соединен с дополнительным входом ограничителя 2. Выход четвертого масштабирующего усилителя 18 подключен ко второму входу четвертого сумматора 13, вы3$

4$

Датчик 14 инициативного сигнала вырабатывает сигнал импульсной формы при существенных изменениях внешних условий. Этот сигнал поступает на

$O первый вход блока 15 сравнения, где из него вычитается сигнал с выхода третьего интегратора 16, который сое. динен со вторым входом блока 15 срав" нения.

Выходной сигнал третьего интегратора 16 поступает на входы третьего

17 и четвертого 18 масштабирующих усилителей, где производится умножение сигнала на коэффициенты Е и

5 10049 ход которого соединен с дополнитель ным входом интегратора 3 °

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на вход

$ первого блока 1 сравнения, в котором из него вычитается выходной сигнал устройства, и получаемая разность E(t) поступает на вход ограничителя 2 и вход детектора 4 знака.

Если E(t) превышает величину ограничивающего напряжения ограничителя 2, то в последнем разность E(t) ограничивается до этой величины согласно выражению (Ь . при E(t) >jp

Е (t) = E(t) при - p

P . при E(t) <-p

I где Е (t) — выходной сигнал ограни- 20 чителя 2; величина ограничивающего напряжения.

Ограничитель 2 может быть реализован, например, с помощью опера- 1$ ционного усилителя. в режиме насыщения.I

Сигнал E (t) с выхода ограничителя 2 поступает на вход первого интегратора 3, выполненного с помощью, . $в например, операционного усилителя с емкостной отрицательной обратной связью. На выходе первого интегратора 3 получается сглаженный сигнал, который и поступает на выход устройства.

Все остальные блоки управляемого фильтра предназначены для адаптации . его настроек: величины ограничивающего напряжения р ограничителя 2 и постоянной времени интегрирования Т первого интегратора 3.

Сигнал с выхода детектора 4 знака, равный +1 или - 1 в зависимости от сигнала E(t), поступающего на вход детектора 4.знака с выхода первого блока I сравнения, идет на первый вход второго блока 5 сравнения, в котором из него вычитается выходной сиг нал второго. интегратора 6, Иными словами, на выходе второго интегратора 6 получается сглаженный сигнал от детектора 4 знака. С выхода второго интегратора 6 сигнал через квадратор 7, в котором он возводится в квадрат, поступает на входы двух масштабирующих усилителей 8 и

9, где производится умножение сигна,ла на коэффициенты k и kg.

62 6

Выходной сигнал первого масштабирующего усилителя 8 суммируется в первом сумматоре 10 с постоянным сигЪ налом р, и полученный сигнал р поступает на первый вход третьего сумматора 11.

Выходной сигнал второго масштабирующего усилителя 9 суммируется во втором сумматоре 12 с постоянным сигналом Т0, а полученный сигнал поступает.на первый вход четвертого сумматора 13.

Датчик 14 инициативного сигнала, третий блок 15 сравнения, третий ин- . тегратор 16, третий 17 и четвертый

18 масштабирующие усилители предна" значены для корректировки коэффициентов р и Т в зависимости от контролируемых изменений внешних условий (программное изменение коэффициентов) °

В конкретном варианте реализации управляемого фильтра эти корректирОвки осуществляются по выражениям р (t) = k е-а 1 пр 3 д

Тпр (й) = k, k4,a - постОянные кОэффициенты;

" интервал времени от" счета после поступления инициативного сигнала.

Из этих выражений видно, что при изменении внешних условий, т.е. в случае начала существенного изменения полезного сигнала, коэффициенты р и Т скачкообразно увеличиваются на значения k и,, которые впоследствии экспоненциально уменьшаются.

Для осуществления описанной процедуры сигнал с выхода датчика поступает на блок реализации функции е 1,которая воспроизводится с no-C3t1 мощью блока .сравнения и интегратора.

10049

Формула изобретения

Выходной сигнал третьего масштабирующего усилителя 17 поступает на второй вход третьего сумматора 11, где суммируется с величиной р< задавая величину ограничиеаЪщего на-, пряжения р ограничителя 2.

Выходной сигнал четвертого масштабирующего усилителя 18 поступает на второй вход четвертого сумматора 13, где суммируется с величиной 10

Т.1, задавая величину постоянной времени интегрирования Т первого интегратора 3.

Постоянная времени интегрирова" ния Т второго интегратора 6, масштабирующие коэффициенты

k З и k < масштабирующих усилителей, сигналы (Р и Т определяются экспе1 риментально в зависимости от свойств 20 полезного сигнала и помехи. В частности 3о и Т выбираются при мини1 мальной частоте полезного сигнала и минимальной величине помехи.

Таким образом, предложенное тех- ?5 ническое решение позволяет повысить точность выделения полезного сигнала в тех случаях, когда имеется информация о существенном изменении низкочастотной составляющей сигнала. 30

; управляемый фильтр, содержащий последовательно соединенные первый блок сравнения, ограничитель и пер- вый интегратор, выход которого подключен к второму входу первого блока сравнения, последовательно соединен- 40 ные детектор знака, вход которого подключен к выходу первого блока сравнения, второй блок сравнения, второй интегратор, выход которого соединен с вторым входом второго блока сравнения, квадратор, первый масштабирующий усилитель, первый сумматор, последовательно соединенные второй масштабирующий усилитель, второй сумматор, вход второго масштабирующего усилителя подключен к выходу квадратора, вторые входы первого и второго сумматора подключены к ис точнику сигнала постоянной величины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности выделения полезного сигнала, он содержит последовательно соединенные датчик инициативного сигнала, третий блок срав- нения и третий интегратор, подключенный выходом к второму входу третьего блока сравнения, третий масштабирующий усилитель и третий сумматор, последовательно соединенные четвертый масштабирующий усилитель и четвертый сумматор, выход которого соединен с дополнительным входом первого интегратора, а второй вход подключен к выходу второго сумматора, выход третьего сумматора соединен с дополнительным входом ограничителя, а второй вход подключен к выходу первого сумматора, вход четвертого масштабирующего усилителя подключен к выходу третьего интегратора.

Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании

Ю 1469605, кл. Н 3 И, опублик. 1977.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2848482/18-09, кл. Н 03 Н 21/00, 1980 (прототип).

1004962

Заказ 1893/60

Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, 11осква, )<-35, Раушская наб., д. 4/5

Филипл ППП "Патент", t-. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Кузин

Ред..ктор И. Келемеш Техред Ж. Кастелевич Корректор Е Рошко