Устройство коррекции выходных сигналов

 

Изобретение относится к устройствам автоматики и может быть использовано для коррекции систем управления. Оно также может быть использовано в технике связи при коррекции сигналов от внутрикэнальных искажений. Цель изобретения - расширение области применения и увеличение точности устройств коррекции выходных сигналов. Устройство реализует вычисление входных сигналоз устройств, функционирование которых описывается линейными управлениями , приведенными в описании изобретения.1 ил.

СОЮЗ CODETCKVIX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 29/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

CtI-аау 4

p,j ;

""- ° "- Tf

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4760459/21 (22) 20.11.89 (46) 15.01.92. Бюл. М 2 (71) Пензенский политехнический институт (72) И.В.Бойков (53) 621.317.35(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 503187, кл. G 01 R 29/02. 1976.

Алиев Т.M.. Тер-Хачатуров А.А., Шекиханов А.M. Итерационные методы повышения точности измерений. M.: Энергоатомиздат, 1986, с.5-7.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при разработке устройств, предназначенныхх для коррекции сигналов, искаженных линией передачи.

Известно устройство для измерения па- раметров сигналов, содержащее источник сигнала, линию передачи. генератор импульсной характеристики линии передачи, блок деления, интеграторы, блоки вычисления модулей функций, устройство отображения результатов обработки.

Однако такое устройство обладает невысокой точностью и устойчивостью в связи с тем, что операция определения спектра входного сигнала является некоооектной иэ-за деления спектра выходного сигнала на спектр импульсной переходнои характеристики.

Известно устройство, предназначенное для восстановления входных сигналов ли„„Я „„1705768 А1 (54) УСТРОЙСТВО КОРРЕКЦИИ ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к устройствам автоматики и может быть использовано для коррекции систем управления. Оно также может быть использовано в технике связи при коррекции сигналов от внутрикэнальных искажений, Цель изобретения — расширение области применения и увеличение точности устройств коррекции выходных сигналов. Устройство реализует вычисление входных сигналоз устройств, функционирование которых описывается линейными управлениями, приведенными в описании изобретения. 1 ил. нейных инвариантных к сдвигу времени линий передачи, функционирование которых описывается уравнениями вида:

J h(t-t)x(r)dr=f(t), (1) — 00 где x(t) и f(t) — соответственно входной и выходной сигналы;

h(t) — импульсная переходная характеристика.

Данное устройство реализует итерационный метод, условием сходимости которого является выполнение неравенства зцр I1-уН(в) 1-О< 1,где Н(в)— о(щс оо преобразование Фурьефункции п(()(частотная характеристика), у — вещественная константа.

Недостатком этого устройства является то обстоятельство, что в устройство введен

1705768 фильтр с определенной теоретически передаточной функцией Н (с ). которая может отличаться от передаточной функции реального измерительHого тракта.

Наиболее близким к предлагаемому является предложенное устройство, предназ, наченное для улучшения метрологических качеств приборов. Устройство состоит из цифроаналогового преобразователя (ЦАП) с характеристикой уЯ, устройства умножения на вещественную константу у(п), сумматора, регистра памяти и переключателя, включенного в обратную связь аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с характеристикой

F(Z). Устройство реализует алгоритм

2„+1 = Zn - у (и ) (F(p (Zn) ) - F (х ) ), (2) где n — номер итерации. Zn — скорректированный результат, у (и) — параметр алгоритма (называется шаго л).

Достоинством этого устройства является то, что при получении каждого и скорректированного результата функции F(ip (Zii)) задается не алгоритмически. а получается в результате прохождения сигнала rp (2,) через корректируемый АЦП с характеристикой F(Z).

Недостатком этого устройства является узкая область применения.

Целью изобретения является повышение точности коррекции выходного сигнала и расширение области применения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее переключатель. блок памяти, блок умножения на константу, сумматор, вводятся дополнительно три блока умножения, три сумматора, три блока памяти, два переключателя, а также организуется полностью новая система связей между элементами.

При этом выход первого переключателя через последовательно соединенные первый блок памяти, второй переключатель, клеммы для подключения корректируемого устройства подключен ко входу третьего переключателя, первый выход которого подключен ко входу третьего блока памяти, а второй — ко входу четвертого блока п,эмяти, выход третьего блока памяти через первый блок умножения на константу подключен к первому входу первого сумматорз, второй вход которого через четвертый блок умножения на константу подключен к выходу четвертого блока памяти, первый вход второго блока памяти через второй блок умножения на константу подключен к выходу третьего блока памяти, а второй вход через третий блок у лножения на константу подкл:очен к выходу четвертого блока п::мяти, 5

55 выход первого сумматора подключен к первому входу трет ьего сумматора, второй вход которого подключ ко второму выходу первого бло,<а памяти, второй вход которого подключен к выходу третьего блока памлти, выход второго блока памяти подключен ко входу четвертого блэка памяти, выход которогэ через второй и четлертыи суммзторы подключен ко входу второго блока памяти, в1орой выход кото" î "î подключен ко второму входу второго переключателя, а вход— к выходу четвертого сумматора, Повышение точности коррекции выходного сигнала и расширение o6r асти применения устройства достигается за счет введения в его состав ряда новых элементов и связей между ними.

На чертеже изображена блок-схема устройс гва для коррекции выходного сигнала.

Устройство для коррекции выходного сигнала содержит первый переключатель 1, первый блок памяти 2. второй блок памяти

3, второй переключ,этель 4. корректируемое устройс"во 5, тоетий переключатель 6, третий блок памяти 7, четвертый блок памлти 8, первый блок умноженил на константу 9, второй блок умножения на константу 10, третий блок умножения на константу 11, четвертый блок умножения ня константу 12, первый сумматор 13, второй сумматор 14, третий сумматор 15, четвертый сумматор 16, При этом выход первого переключателя

1 через последовательно соединенные первый блок памяти 2, второй переключатель 4, клеммы для подключения корректируемого устройства 5 подключен ко входу третьего перехлючателя 6. перзый выход которого подключен ко входу третьего блоха памяти

7, а второй — ко входу четвертого блока ïàм ти 8, выход трет=его блока памяти 7 через первый блок умножения на константу 9 подключен к первому входу первого сумматора

13, второй вход которого через четвертый блок умножения на константу 12 noäõii,o÷îí к выходу четвсртого блока памя ги 8, первый гход второго блока памяти 3 через второй блок умножения н.- константу 10 подключен к зыходу третьего блока памяти 1, а второй вход через третий блок у1лножан |я на:;oiiстанту 11 подкл,очен к выходу ".етвертого блоха памяти 8, выход nегоoro сумматора

13 подклю .ан к псрвому входу тр тьего сумм-.тора 15. втопой вход которого подкл очен

vo; Toðoìó выходу перво! 0 бло 3 памяти 2. второi охот, коор,:го .on.<ëþ÷ i к выходу третьего блока памяти 7, выход второго блока памл;ч 3 пор."nючен ко входу четвертого бес кз памлтг 6, ых g ко1 po! э ".,. роз Qi 3poh

14 и;етвертчй су.,, вторы 16 подклю ген ко

1705768

Представим F (а) = Рт (в) + Ест (а) F (а) при 1 в) Т, .Ет (а) =

0 при I в1 >Т, 5

-уН(а)2 .т(в)+у т(а)

Zn+1,ст (В ) Zn . ст (а ) (4) 00

= 1 1 Zn,т Zn — 1.т у/h (t=1! Z,т (В)-Zn-1.т(а)—.уН (в) I I I Z„,т(or)45 Zn-1,Т(в) 1 1 5 sup 1—

T вST

-yH(or) I I I Zn, T(t)-. — Z -1т (t) I 1 Sq I I Z,ò(t)-Z -1,ò (t)11, (r I zo(co)c oca+ fc zo (cv)c aco) «е. где q =suP 1 1 — Ун (и)! «1.

- 00 т 55

-т<в<т

00 (f (z(or)(ьв+f (z(or) (ав) е.

- 00 т второму входу второго переключателя 4, а вход — к выходу четвертого сумматора 16.

Опишем работу устройства, предполагая вначале, что корректируется сигнал, искаженный линейной, инвэриантной к сдвигу времени системой, описываемой уравнением

f h(t — t)x(t)dt =f(t). где x(t) и f(t) — соответственно входной и выходной сигналы. h(t) — импульсная переходная функция.

Условия, при которых возможно использование устройства для коррекции сигналов, искажаемых системами с нелинейными характеристиками, приведены ниже.

Обозначим через Н (й)) частотную характеристику линейного устройства Н (а)преобразование Фурье функций h(t). Предположим, что выполнено следующее условие: прииэменениивв интервале(— с0, 00) множество значений Н(а) расположено внутри угла (включая вершину) с вершиной в начале координат плоскости комплексной переменной и с раствором меньшим л. Тогда найдется такая комплексная константа у, что и множество у н (в) при — 00 < or < «0 расположено в круге радиуса 1 с центром в точке (1,0). Пусть у =а+ i(8. Отметим, что на практике достаточно потребовать выполнение этого условия при -T в «=Т, где Т достаточно большая константа.

Рассмотрим итерационный процесс

Z,+1(t) =Zn(t) — yfh(t(3) — t) Z, (t.) d т+y f (t), и -0,1,....

Докажем сходимость итерационного процесса(3) при укаэанном выборе константы ук решению 2(t) уравнения (1). Для доказательства воспользуемся теоремой Банаха о неподвижной точке.

Пусть х0(1) — начальное приближение в итерационном процессе (3). Возьмем произвольное, достаточно малое е(я >0), и обозначим через Т достаточно большое число, такое, что.-Т

00 (f 1 F (or) («(or+ f (F (or) («(а) — å, - 00 т

0 при I в) <Т

Ест(в) =

Г(а)при I в) >Т.

Аналогичным образом определяются функции Zn,ò, Zn.ñò, и - 0,1;

Через Ц1) и f«gt) обозначены прообразы функций FT(or) и Рст(в).

Применим к уравнению (3) преобразование Фурье

15 Zn + 1 (а ) = 20 (й) )— — ун(в)zn(or)+yF (в).

Это уравнение можно представить в виде системы двух уравнений

2p Zn + 1. т (Or ) = Zn, т (В)—

-уН (в) Ъ,, +óF„(or).

ГДЕ 2 1(а) - 2л1,т (а)+ 2,+1.„(а) Рассмотрим первое иэ уравнений (4).

Нетрудно видеть. что

30 I I Zll +1,T(t)Zn,T(t) I I

35 т )(2л,т(т) — Zn 1,т(r))d t 1 1 — уН (в)(Z,т(в) (Z,т(в)—

2n — 1, т (в)) 11 suP 11—-т в т

Из теоремы банаха следует,что последовательность х т.т сходится к функции 2 (с) и

1705768

Так как непосредственно реализовать игерационный процесс при комплексном упредставляется невозможным, то полагая

1 =и+ i/3, Z = х + ly, представим итераци5 онный процесс (Э) в вещественной области выражениями

Хр, т (го ) 1 1 + 1 I т т (го ) I 1 ) q " (1 - q ) .

10 (5) х, +1 — — х„— a fh(t—

Перейдем к исследованию второго из уравнений (4). Нетрудно видеть, что

15 — т)у,(г) d r+af у. +1=yn-ôfh(t20 (7) ) Yo (г) о r+p f

25 пРи начальном пРиближении х„(1) - f(t), Уп(т)

= О.

В выражении (7) все параметры вещественны. Выходным сигналом устройства явЛЯЕТСЯ ФУНКЦИЯ Хп(1). ФУНКЦИЯ Уп(1) ЯВЛЯЕТСЯ вспомогательной.

Введение комплексного параметра позволяет расширить область применения устройства, так как о»о оказывается примеЭ5 нимым к устройствам, у которых импульсная характеристика H (в) сосредоточена не только в правой полуплоскости комплексной переменной.

Увеличение точности по сравнению с

40 прототипом обусловлено тем, что в предлагаемом устройстве отсутствует аналогоцифровой преобразователь (АЦП) с характеристикой Г(2). Наличие этого преобразователя может вызвать большую по45 грешность, так как скорректированный результат 2 определяется из равенства F(p

Ф Ф (Z )) = F(x). Точность определения 2 в этом случае зависит от точности реализации функции F.

Иэ методов решения операторных уравнаний с постоянными возмущениями(7) сле4 дует, чго погрешность определения Z есть величина А, где е — погрешность реализации величины F(x, в И!П, .-«энстгнта А зави55 сит от функций г, р и пар."метра )(и), используемых в итерациях (2).

Устройство р ботает следующим обраI l Z t(t)-2,,t(t) I 1

s I I z1, т — zo. ò 1 1 q (1 — q ) = l y1 (sup I Н (со) I I 1

- ашот

1 2ст(t) — Zî,ñò (t) I 1

1 I 2 ст (1 ) 2п - 1. ст (т ) 00 — yf h (t — r)(Z ст(r)—

2п — 1, ст () 1 I I =

= I 1 Z ст (ГО) 2п — 1, ст (ГО) уН(СО)(2ст(аО) — 2, 1, (аО)) I I (sup I 1 — H (со ) I I I 2 ст (й) )—

2п — 1,ст (то) 1 1 ! 2ст — Zn-1,cT 11 =! I Zст(t)— — 2п-1,ст(1)11 +... 112ñò—

-2o,ñò I (2е (6).

Из неравенств (5) и (6) следует, что! I Z (с)-Z,(1)1! <2m+

+ l y l I I (f h(t — (r)Zo(r) dr l I +

+11f(t)11)q" 1/(1 — Ч).

Таким образом, если уравнение (1) имеет е,;л ."òâåííîå решение х (t), то к нему сходится итерационный пр", есс (3).

Существование единственного решения х (.) при наложенных условиях на функцию h(t) следует (6). — r) x,(r) d r+p fh(t— — r)x,(r)dr — а fh(t—

1705768

Первый цикл. В начале работы в первый, второй, третий и четвертый блоки памяти записываются нулевые сигналы.

Первый, второй и третий переключатели переводятся в положение I, Выходной сигнал 5

f(t) подается на переключатель 1 и запоминается в первом блоке памяти 2. Первый переключатель 1 переводится в положение

II. Сигнал f(t) проходит через корректируемое устройство 5 и запоминается в третьем 10

00 блоке памяти 7. Сигнал V(t) - / h(t - т) 1(т) — 00

dt выхода третьего блока памяти 7 умножается на константу -а и подается на вход первого сумматора 13, на второй вход первого сумматора 13, на второй вход которого подается нулевой сигнал. С выхода первого сумматора 13 сигнал подается на вход третьего сумматора 14, на второй вход кото- 20 рого — сигнал f(t), записанный а первом блоке памяти 2, Выходом третьего сумматора

14 является первое приближение õt. Нулевой сигнал, записанный в четвертом блоке памяти 8, подается на третий блок умножения на константу 11, выход которого соединен со входом второго сумматора 15, на второй вход которого подается сигнал -PV(t).

Выходной сигнал второго сумматора 15 подается на вход четвертого сумматора 16. на второй вход которого подается сигнал с выхода второго блока памяти 3. Выходом четвертого сумматора 16 является первое приближение у). Выходные сигналы х)(т) и

y>(t) запоминаются в первом и втором бло- 35 ках памяти 2 и 3, Второй и последующие циклы. Второй и третий переключатели переводятся в положение I. Результат предыдущей итерации

x!), записанный в первом блоке памяти 2, 40 проходит через корректируемое устройство

5 и записывается в третьем блоке памяти 7.

Второй и третий переключатели переводятся в положение 2. Результат предыдущей итерации ул. записанный ео втором блоке памяти 3. проходит через корректируемое устройство 5 и записывается в четвертом блоке памяти 8. Обозначим сигналы. записанные в третьем и четвертом блоках памяти, через Ч0() и Wn(t) соответственно. На 50 вход первого сумматора 13 подаются сигналы-aV0(t) и pW>(t). Ha вход третьего сумматора 14 подаются сигналы х (т) и — аЧ(с)

+ ф Ю4(т), Выходной сигнал третьего сумматора14 равен х0+1 -x((t) QV0(t)+ ЙМ/(с), На 55 вход второго сумматора 15 подаются сигналы - фЧ,(() и — а У4((). На вход четвертого сумматора 16 подаются сигналы - f3V (t)

- aW0(t) и уп(c). Выходной сигнал четвертого сумматора 16 равен у + - у -@VS(t) - QW0(t).

Выходные сигналы xi+i и у +1запоминаются соответственно в первом и втором блоках памяти, Цикл закончен.

Устройство может быть использовано при коррекции сигналов, искаженных измерительным трактом, функционирование которого описывается нелинейным уравнением

fh(t — т) х(т) б т+ — 00

+)Ч(,т,x(r))dr=f(t). — 00

При этом достаточно выполнения следующего условия: при достаточно больших значениях Т (Т = const >О) найдется такая константа у(в общем случае комплексная), что sup I 1 — уН (со) I =q (1 и

-т cQJc7

00 00

l yl (f„f (t я(г))

dtdr <1 — q =qt. где

V. (С,i, U) =aV/au.

g(t)eS(f,г).г=I I f(h(t — т)1(т)+

+ Ч (t r f (т ) ) ) d т — f (t ) I I /(1 — q t ), 5 (хх г ) = (х(. !.2; ! х хх I I S г ) .

По сравнению с прототипом применение данного устройства позволит повысить точность корректс(ии выходного сигнала и существенно расширить класс устройств, допускающих итерационную корректировку выходных сигналов.

Формула изобретения

Устройство коррекции выходных сигналов, содержащее переключатель, блок памяти, сумматор, блок умножения на константы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности короекции выходного сигнала и расширения клэссэ устройств, допускающих итераци(нную корректировку выходных сигналов. в него введено три блока памяти, три сумматора, три блока умножения на константу и два

1705768

gCE) пер

Составитель И.Бойков

Техред МЛч!оргентал г оррек-.ор Н.Ре-.ñêàÿ

Редактор Н.Горват

Заказ 191 Тира>к Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГИ-(Т СССР

113035, Москва, Ж-35, Рау«.саая наб., 4/5

Производственно-издаге н-.скь и ко <инат "Патент", r. Ух .г-.,". зд, ул.Гагарина, 101 пеоеключателя, причем выход первого переключателя через последосатгльно GGQ