Дифференцирующее устройство
1. ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО , содержащее сумматор, первый вход которого является входом устройства , первый, второй и третий интеграторы, соединенные последовательно , причем выход третьего интегратора соединен с вторым входом сумматора , выход которого соединен с входом корректирующего блока и с первым входом элемента сравнения, блок определения дисперсии, через который вход устройства соединен с вторым входом элемента сравнения, выход которого соединен с управляющим входом коммутирующего блока, первьй вход которого соединен с выходом корректирующего блока, а выход - с входом первого интегратора, выходы первого и второго интеграторов являются соответствующими выходами устройства , отличающееся тем, что, с целью повьшения точности вычисления производных при наличии входного шума, устройство содержит 1(Л блок моделирования полезной составляющей входного сигнала, входы которого соединены с выходами соответствующих интеграторов,а выход - с вторым j входом коммутирующего блока. g
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
С 06 G 7/18
ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3576106/18-24 (22) 12.04.83 (46) 07.07.84. Бюл. У 25 (72) В.ф.Миргород и С.Т.Тихончук (71) Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (3) 681.3 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
Ф 2140042, кл. G 06 G 7/18, 1975.
2. Авторское свидетельство СССР
N- 744630,кл. С 06 G 7/18, 1980 (прототип). (54) (57) 1. ДИффКРКНЦРП У10ЦКК УСТРОЙСТВО, содержащее сумматор, первый вход которого является входом устройства, первый, второй и третий интеграторы, соединенные последовательно, причем выход третьего интегратора соединен с вторым входом сумматора, выход которого соединен с
„„SU„„1101845 А входом корректирующего блока и с первым входом элемента сравнения, блок определения дисперсии, через который вход устройства соединен с вторым входом элемента сравнения, выход которого соединен с управляющим вхо дом коммутирующего блока, первый вход которого соединен с выходом корректирующего блока, а выход — с входом первого интегратора, выходы первого и второго интеграторов являются соответствующими выходами устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности вычисления производных при наличии входного шума, устройство содержит Я блок моделирования полезной составляющей входного сигнала, входы кото- ЯфФ рого соединены с выходами соответствую-С щих интеграторов,а выход — с вторым входом коммутирующего блока.
2. Устройство llo и.! ., о ч а ющ е е с я тем, что .:-Ок лировайия полезной составляющей ного сигнала содержит три маг шт;;,б)-: рующих элемента и сумматор> вход). масштабирующих элементов яв:(я:(>).с;=: .;Я1: дами блока, их выходы соединень«, :. о ответствующими входами сумма,op9. ход которого является выходом б-о:;
3 . Устройство по пп. « и 2,, «о ч а ю щ е е с я тем, l I o, г цел-:ю выше ния точности., блок моделир эва-«.Д 1О Г О
-iт ля и
:— ;;:: .- б:-.г,"ююнх зле—
«:., ы первого
:,:1..,:1.1. . :..и ". ОЕ1Ór) CGA 51,о"
1«() : p!Зез (c:
:, й-..."-,—. сшта— (:) изобретение относится к авто:I;.:т ке H аналоговой вы«1ислител)ьной(:.ехнике и г«редназначено для и;-.х. ж()е)."-,. первой и второй йраизводйьп;: -.Иг; ая: поступающего на вход в смес;; с уровень которого не известе;-; ч .-1ог. изменяться Б широких предела);„, Известны дифференцирующие у; — эо= ва замкнуто" î типа, в ко":о-о-ых ро: водные вычисляются за счет инте-э-:.
Рующей обратной связи,, « †.«2 .
Известно устройство, соде -.;:9«ч ° релейные 9ле«„«енты «,. )Ил;,, -p(. раторы, с;умматОры, образ /)«)@:.-„
КУПНОСтн MHO;OKrO)r CópHóâ За,.(.Н динамическую систему, раб>о -ающую
,1 >»„1 (при отсутствии щумов) в с «ол;,=-„- =- . режиме(1.«.
Недостаток устройства -;=.":.êc.;cÿÿЕТСЯ B C )ИZЕНИИ тОЧНOC» r 1,".=:.Я1))ЕЕЯЬ«И -У - (1(. = (- - Ц-и рования при воздействии входй (l))у:..
Наиболес близким по тех ..::ñ-г,«.-о сущности к изоб.етеыию явл:. т«я и-> ференцируощее устрой«"тво,, =од= D,;; " три последовательно 1 opI чн - " " интегратора, входной суь«л- а "о
i(0TopoI o через корре((т«чру«()щи 4 и переключатель соединен с =,, ;(ь, ПЕРВОГО ИПТЕГРаТОРа, ВЫХО,Ц г) ;Г интегратора соединеп с лхo>),, . тора> вха>: у(.Тройстлз через определения дисперсии соединен:
НИМ ИЗ ВХОДОВ ЗЛ1нrfg! (g )1а « РаВ);;. и>, Я гой вход которогр со:-"..,динен сумматора(2 l.
В ИЭВЕ«. ÒÍO(rI jrO Ë)Oér. .ÒÂ(". Д" И шеийи О(пиб ки кон I ype. до 9 на.1>ен) ди«" « I e p o RH E«x () в IIo г 0 111 ма в;, o! ) 1 o °,rri.> Е -(у— -,рю1ая .>ос тоян 1 ) ОЛЬ11>У«(> . (".:)-.; з точ— ... (Я(>) е р е :-.: втQ—
" . )lC >НЬ1Е
" p е-та ев .;; „ы", .эхо
JOД
: ..:::«вненин, ;(О ° О з I, ъ уп — бло° r- дй а:ора
Ь УК1))(,«)Х, 1!,, )1 )
1 . «:,;:11й .
3 1 1() 1 8(- ( с соответствующими входами сумматора, выход которого является выходом блока.
При этом блок моделирования полезной составляющей входного сигнала содержит три умножителя и три дополнительных масштабирующих элемента, при этом первые входы пер— вого, второго и третьего умножителей соединены с соответствующими !
О входами блока, вторые входы — соответственно с третьим, первым и вторым входами блока, а выходы умножителей через соответствующие дополнительные масштабирующие элементы— с дополнительными входами сумматора.
На фиг.I представлена схема дифференцирующего устройства На
1 фиг.2 и 3 — возможные реализации функционального преобразователя, моделирующего полезную составля)ощую входного сигнала.
Дифференцирующее устройство содержит сумматор 1, интеграторы 2-4, корректирующий блок 5, блок 6 моделирования полезной составляющей входного сигнала, элемепт 7 сравнения, блок 8 определения дисперсии и блок 9 коммутации. Блок 6 можетсодержать сумматор 10 и масштабирующие элементы 11) — 13 или умножители 14-16, масштабир--ющие элементы
17-22 и сумматор 23.
Пусть (1), — сигнал, который поступает на вход в смеси с шумом, )((Ц
35 искомая вторая производная этого сигнала. С целью обеспечения устойчивости в устройстве решается уравнение
40 — рх(р)= (р)(Р(р)-— = х(р)), (1) где Q коэффициенч усиления ичт ° ° г— ратора 2"
9I (pl- передаточная функция корректирующего звена, обеспечивающая устойчиьость схе (ы и анериодический характер переходного 50
iIPOlIe CCa .
Блок 6 предназначен для формирования приближенной (аппроксимационной) модели входного сигнала, H ..качестве примера приводять я два возможных 55 варианта построе (ия указанного блока, На фиг.2 представлен вариант блока 6, формирующий модель входного
5 4 сигнала в соответствии с дифференциальным уравь ением где 9, >, y — приближенные значения (Оценки) неизвестных произвоцьых входного сигнала (4(, К) (tl и сглаженного (отфильтрованное от шума) входного сигнала
1(1, которые формируют. ся на выходах интеграторОВ 2 вЂ, с а,.а — коэффициенты усиления
2 3 масштабиру)ощих элементов
11 — 13.
Фиг . 3 сООтво" .. т) ;pT дp) ÃÎì Воз можному кари=..—... =;.(Hîë.:åпия блока б, в соответстьии - которъп". модель входного си нала сформирована как решение нелинейного,.((фференциального уравнения ч =1:>,(f4 g g )1. y y 1с ((- р х (. (3)
Устройство работ. ет следующим образо °
На первыи:;xc.— I сумматор 1 и на вход .ïàêà 8 определения дисперсии
i:0cTyHaeT гходной си"нал, представляющий сОбой смесь полезнОгО сигHRJIB с шумом неизвестн H.HTEHcHBHocTH, БлОк 8 выдает сигнал, пропорцио нальный величине д--сперсии шума во входном сигнале, который поступает на вход элемен-.а 7 сравнения.
Если в процессе решения абсолютная величина небаланса (невязки) решаемого уравнения, которая образуется на выходе сумматора 1, оказывается больше значения дисперсии шума, ТО элемент 7 сравнения перекл чает блок 9 коммутации в верхнее положение, и соединяет выход корректирующего блока 5 со входом интегратора 2, При этом ";-:ма интегрирует уравнение (1)., усT0;- .чивость и апериодический характер переходного процесса гара ггируется выбором передаточной фун. цни блока 5. Схема отрабатывает рассогласование с малой постоянной времени, определяемой величиной коэффициента усиления интегратора 2, галичина напряжения на выходе сумматора 1 уменьшается. Как только она становится меньше дисперсии шума, блок 9 коммутации соединяет вы" ход блока 6 с входом интегратора ?.! >3 я>
»,(, 1
„>
1 > i
»»,т, „:
ВНКИПИ ЗЯМА В (т >;т!>/, -i,". -. »- - - ;>,">>С! П(! Цт>И> ИОЕ
»(>Ц>ПЛ.-.Щ ЩЩ Ц а>!>>В>ат, >-.. "., —,,- т . ",: ., JII» >;>;»ТНЯЛ, При этом замыкается контур, включающии блОки 2, 3, 4 и о "- ус Гт Оис ";H>О начинает интегрировать уравнение (2) или (3), представляющее (.Обой сло. дель полезной составляющей Входно=.î сигнала с начальными услов.лями, сущест вовавшими на выходе интеграторов 2-4 в момент переключения. Б таком регкиме устройство работает до тех пор., лоха разность между реальным Входным сиг..> — б налом и сигналом на выходе интегра-. тора 4, получаемым в результате интегрирования уравнения (2) или, 3) ие превысит величины дисперсии.
Таким образом, решение на Выходе интегратора 2 (значение второй произ.. водной входного сигнала) представляет собой функцию, отдельные к-!cK:l
/ » которой есть решение уравнения или (3) — приблк!!(енной (агтпрокснтлационной) модели т.е. решение получается В виде .;усо,но-полиноминальной аппроксимаци.-:-. второй производной Входного сигнал».
Переход с одного интервала >7>7прск " симации моделью входного сигналя> на другой участок осушествляется с n içH-, мат!ой постоянной времени, опрев»ляемой большим коэффициентом ус г".ния 1(интегратора 2,.
Параметры модели > т. е,. коэффиц -;—
»
RHTbJ усиления мас((!табиру77ощ»>х ментов 11 — 13 или 1/-22 опредсля»птся
» априорно так, -(тобы В средне т((тде.-:-, i >K: ИМ!!ВО -)» .I»7 В СЕ МНОжт= СТВЯ ВХОД— » -.! .- . >»7(7В ", - )!»>!О,":,(-:Н Л >ЧЯИ КОГ— ,l.-:-: З:(ОПЕОЙ (>ЛГНЯЛ Б ТОЧHОСТИ ОПИСbI.—:;..;:.-. . я:->одел->lo, =-аложент!Ой В блок б
Тт:! ПЯ . 07 ройствr ПОЗВОЛяЕт ПОЛуЧИтЬ
i (» т!";!1)>.(. г ро!.т: Вт. лг ь!е —:I0»cз ногr ст»т .-ала H:III;e np!i наличии шума на входе, ЧТО ПPi!li- ЦИП(ЛЯЛЬНО НЕВОЗМ»ОЖ»>»о Б и:r>==cтнсм устройстве,. де решение
ЛОГ::УЧЯ . CH З ВИДЕ КУСО -» Яо-Н0С 7 ОЯННОЙ
>!7 » I:. к ц и и В р е ! е н и .
Кроме. то. о, В предлагаемом устро-..còB«. за счст использования более тОЧНОй ЯПГ РОКС ИМЯЦИИ ЭНЯЧ>ЛТЕЛЬНО увелич jjястся интервал времени, в †- -:-::--НИ- КОТОP0 С ЗНЯЧ":(>ЛЯ ЛРОИЗВОД; -.>;- фО ->! !ИО) i7 J C JCRF DB!II(-:.HHe
;.,К-.. ..> (,К> - Е -татт > (2 > тЛ-;И» >), ЧТΠ — (! > о;(е и (:, В дет K ">»»»J(>,lльтзе нию т!»0«îтк! Лереключенлй блока 9 комму;а>;ИИ :;, ЛЕДОВЯтЕЛЬНО, К ПОВЫШЕНИЮ
»т=- Г: P>(Н >(. I И, - ЯЛР((>(ЕР.,,.тЯ Ч -hbJIBPBCI(GA BHHPOKCH
»а т!»! : (JÍKВИ!Л,ia ИН ЕрняЛЕ (О> 1 ) ,.:--,H((- >l0 до 0> 17 требуется .. .! -": 3 J c> col(iэ»> !»ри ис польз Овянии ку
>»- > 7" Г. J I f l P -т т и а и л р О к Г имя ци и, :1(:.т(< жительный эффект от исполь.-.з-.-:-. и, В..:об-:е:.-"= -.ия заключается В
>>лу !ic: il> т:.. -(Иост.лых и»(адежнсст, Л:"; а; т Е О,:;," И I(Днф>(В Е то- Е I-! ЦИ P >-ЮЩт>»Х >" В ;,! H» т(Я»> . I>-. .ЫХ а т- »»=нф
-"-Ц Р:- "а -и .= яшумленных - - " на"1ОВ °
