Нелинейный фильтр низкой частоты

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ((() 432451

Союз Советских

Социалистимеских

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 20.07.72 (21) 1818235/18-24 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 15.06.74. Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 13.II,74 (51) М. Кл. G 05b 5/01

Госуд=рстеенна и намитет

Совета й1ннистрав С6Щ ао делам изобретений и атнрь!тий (53() УДК 621.3(088.8) (72) Авторы изобретения

А. Д. Кулик, Г. Л. Мадатов и В. Н. Шичанин

Днепропетровское отделение Института механики (7l) Заявитель (54) НЕЛИНЕЙНЫЙ ФИЛЬТР НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано в сглаживающих устройствах, а также в системах стабилизации, содержащих объект регулирования с резонансными свойствами на частоте, близкой к частотам основного низкочастотного движения.

Известен нелинейный фильтр низкой частоты, содержащий элемент сравнения, входы которого соединены с двумя фазосдвигающими цепями, корректирующий контур, звено типа антивибратор, связанное с одной из фазосдвигающих цепей, и инерционное звено, вход которого подключен ко входной клемме фильтра и входу звена типа антивибратор, а выход подключен к корректирующему контуру и входу второй фазосдвигающей цепи.

Однако независимо от выбора передаточных функций корректирующие свойства данного устройства резко ухудшаются, если входной сигнал состоит из суммы полезной и колебательной (помехи) составляющих, причем последнюю необходимо отфильтровать.

Цель изобретения — повышение точности выделения полезной составляющей в условиях, близких частоте полезного сигнала и помехе высокого уровня.

Предлагаемый фильтр низкой частоты отличается тем, что он содержит запоминающий элемент и логический переключающий элемент, через который выход корректирующего контура соединен с запоминающим элементом и управляющий вход которого соединен с выходом элемента сравнения.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого нелинейного фильтра низкой частоты; на фиг. 2 — эквивалентная амплитудная характеристика линейного переключающего элемента А,=f ((ре).

Фильтр содержит линейный переключающий элемент ЛПЭ, запоминающий элемент ЗЭ, элемент сравнения ЭС, две фазосдвигающие цепи К (5) и Wz(S), корректирующий контур

Wa(S), инерционное звено W<(S) и звено типа

1д антивибратор W>(S).

Работа фильтра происходит следующим образом.

Выходные сигналы Х, и Х фазосдвигающих цепей поступают на вход элемента сравнения

ЭС, который управляет работой ЛПЭ, осуществляющего замыкание или размыкание прямой цепи. При одинаковых знаках сигналов

Л1 и )(> ЭС подает команду на замыкание прямой цепи, при разных — на размыкание. Выход ЛПЭ соединен со входом запоминающего элемента ЗЭ. При замкнутой прямой цепи ЗЭ пропускает сигнал Х = Р,(Ь) W,(S) Х,, при разомкнутой — выдает на выход фильтра то его значение, которое существовало в моЗо мент размыкания. Сигнал низкой частоты бу432451

)(Вых дет пропускаться фильтром, если знаки сигналов Х и Х совпадают на большей части периода колебаний. Для подавления сигнала высокой частоты необходимо, чтобы знаки сигналов Х и Х были различны почти на всем периоде колебания этой частоты, а хранящееся в ЗЭ значение сигнала было равно полезной составляющей (или близко к ней) в момент раамыкания.

Выполнение этих условий обеспечивает работу устройства в режиме фильтра низкой частоты и может быть достигнуто выбором передаточных функций линейных звеньев в виде:

W,(S) =., 8 +.,5+1

S TS + 1 т,S + 1

W (5)

TIS + 1 TSS + 1 TbS + 1

2 .,5 +.,S+1

Г,(S) = W,($) —

T S+1

7 где Т, Т вЂ” Т7 — постоянные времени; т) и т — постоянные времени инерционного звена.

Постоянные времени инерционного звена т( и т определяются, исходя из допустимых амплитудных и фазовых искажений полезного сигнала. Корректирующий контур должен удовлетворять условию W,(0) =1 и обеспечивать небольшое фазовое опережение на частоте полезной составляющей сигнала, компенсируя частично запаздывание, вносимое инер1 ционным звеном. Постоянная времени T= —, и где о — промежуточная по отношению к частотам полезной составляющей и помехи частота. Постоянные Tb и Т7 подбираются из условия обеспечения положительного сдвига по фазе порядка 5 — 10 на частоте помехи. ПоcToHHHbIe Т; (i= 1, 2, ..., 5) назначаются так, чтобы на высоких частотах фазовая характеристика звена с передаточной функцией WI (S) на несколько градусов превышала фазовую характеристику корректирующего контура или совпадала с ней.

Наличие дифференциальных звеньев в фазосдвигающих цепях обусловливает усиление составляющей высокой частоты по отношению к низкочастотной, вследствие чего постоянные

5 или медленно меняющиеся составляющие входного сигнала, независимо от их величины, практически не влияют на подавляющие свойства фильтра.

На фиг. 2 приведена эквивалентная ампли10 тудная характеристика ЛПЭ, полученная с помощью метода гармонической линеаризации для входного сигнала вида

Х=Х, +А з1па/.

1s Коэффициент передачи по постоянной составляющей Хо равен единице.

График на фиг. 2 построен в зависимости от фазового сдвига (р сигнала Х для различных значений фазового сдвига р сигнала Х(.

gO Отсчет сдвига фаз ведется относительно входа прямой цепи в ЛПЭ, Из графика видно, что эффективное подавление гармонической помехи обеспечивается п р и 180

0«,<10 .

При описанном выборе передаточных функций фильтр обладает свойством самонастройки на частоту помехи, т. с. оца подавляется независимо от ес частоты о, если только () ь„и достаточно удалена от пее.

Предмет изобретения

Нелинейный филь(р низкой частоты, содержащий элемен" сравнения, входы которого соединены с двумя фазосдвигающими цепями, корректирующий контур, звено типа антивибратор, связанное с одной из фазосдвигающих цепей, и инерционное звено, вход которого подключен ко входной клемме фильтра и входу звена типа антивибратор, а выход подклю4р чен к корректирующему контуру и входу второй фазосдвигающей цепи, о тл и ч а (о щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, фильтр содержит запоминающий элемент и логический переключающий элемеIï, через ко45 торый выход корректирующего контура соединен с запоминающим элементом и управляющий вход которого соединен с выходом элемента сравнения.

432451

08

1ЕО Риа 2

Составитель В. Шичанин

Корректор Н. Аук

Редактор Б. Нанкина

Техред Л. Акимова

Типография, пр Сапунова, 2

Заказ 2925)1 Изд. № 1735 Тираж 760 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5