Аналоговый интегрирующий вычислитель

 

(щ 928371

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Социапистичесиик республик (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.08.80 (2! ) 297699S/18-24 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет (5! )М. Кл.

Q 06Q 7/12

3ввуяэрстванный квмнтет

СССР (53) УДК 681.335 (088.8) ив делам нзобретеннй н открытнй

Опубликовано 15.05.82. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 18.05.82 (72) Авторы изобретения

И. М. Вишенчук и В. В. Троценко

4 ь ." .о ° . тею ж ..

Львовский ордена Ленина политехнический инс итут

Р1Р мю1)7 ; ... (7!) Заявитель (54) АНАЛОГОВЫЙ ИНТЕГРИРУЮКИЙ

ВЫ ЧИСЛ ИТЕЛЬ

1S

Изобретение относится к вычислительной технике и системам автоматики и может быть использовано в преобразователях интегральных параметров сигнала и спектроанализаторах.

Известен фильтр нижних частот, содержаший сигнальный и итоговый интеграторы и ключи, который реализует в зависимости от выбора программы работы ключей фильтрацию нижних частот с кусочно-номинальными окнами, или весовыми функциями Дирихле (прямоугольное окно), Бартлетта (треугольное окно), параболической и другими (1) .

Известен также аналоговый интегри.рующий вычислитель, содержаший интегрируюшие усилители и ключи, реализуюший весовую функцию Блэкмана (2!

Недостатки известных устройств заключаются в том, что они реализуют неоптимальные весовые функции, проигрываюшие оптимальному окну Папулиса.

Наиболее близким к предлагаемому является вычислитель, содержаший последовательно соединенные сигнальные интегрирующие усилители, подключенные через первый ключ к первому входу выходного интегрируюшего усилителя, второй вход которого через первый масштаб ный блок и второй ключ соединен со входом вычислителя, подключенным через второй масштабный блок к первому входу первого сигнального интегрирую» шего усилителя, а также инвертирующий усилитель, вход которого через третий масштабный блок подключен к выходу второго сигнального интегрируюшего усилителя, а выход .связан со вторым входом первого интегрируюшего усилителя (33 .

Недостатком этого вычислителя является невысокая точность работы в условиях действия сосредоточенных по спектру низкочастотный помех.

Бель изобретения — повышение точности интегрирования при действии сосредоточенных по спектру низкочастотных помех.

)((S) =

3 92837

Указанная цель достигается тем, что аналоговый интегрирующий вычислитель, содержащий последовательно соединенные первый и второй интеграторы и первый ключ, причем выход второго интегратора соединен с инвертирующим входом первого интегратора и через первый ключ с неинвертирующим входом третьего интегратора, неинвертируюший вход первого интегратора является входом аналогового интегрирующего вычислителя, содержит. второй ключ и четвертый ин»

l тегратор, подключенный к выходу третьего интегратора, первый инвертирующий вход которого. соединен с выходом четвертого интегратора, являкнцимся выходом аналогового интегрирующего вычислителя, второй инвертирующий вход третьего интегратора через второй ключ подключен к выходу второго интегратора.

На чертеже представлена функциональная схема аналогового интегрирующего вычислителя.

Вычислитель содержит первый интегратор 1, второй интегратор 2, третий интегратор 3, четвертый интегратор 4, первый ключ 5, второй ключ 6.

Интеграторы 1 и 2 соединены последовательно, выход интегратора 2 соединен с входом интегратора 1 и через зо ключ 5 - с первым входом интегратора 3, а через ключ 6 — с вторым входом интегратора 3. Выход интегратора 3 соединен с входом интегратора 4, выход

О которого связан с третьим входом инзы тегратора 3 и является выходом устройства.

Предлагаемый аналоговый интегрирующий вычислитель реализует окно Папулиса

1 4 связью (кольца), как для линейной системы, имеет вид где g - оператор одностороннего преобразованияЛапласа.

1. Интервал О; †(. Передаточная

3t 1 а функция определяется как произведение передаточных функций двух колец из интеграторов 1-2 и 3-4- при замкнутом ключе 6

)(„S)=- a p

Импульсная переходная функция ()= L (H„(s))=--.(sin М-atcogat) l

Определим выходную величину для четвертого по схеме (фиг. 1) интегратора

3! на конце интервала t=—

Ц Л

Ji 3

2(1= — ) = z = q ъ(t ()g(c)3) .((/с .1 о

= ) — — (5(п с((.((-a) 1 со(с() ) g ()(.) d<(.

О С(Дополнительно найдем выходную величину для первого интегратора на конце интервала. Она будет необходима для учета ненулевых начальных условий во втором интервале. Выражение для передаточной функции участка кольца до выхода перОвого интегратора через передаточные функции колыи и второго интегратора. о

H„(s) = H(s)t H<(s) =

5 .+с(S s +с(Соответствующая ИПФ равна

4„(t) = a cos at

Теперь окончательно получим

% (Ц=- (S n сй.-at coSat)

Ц

%<(t) = -(sin at i(J(-а ) cog

ИНЦЧс О щ и 0 3i

«(Ц )яр (- < — ц,и 2(! где с(- коэффициент передачи любого интегратора по любому входу.

Работу вычислителя в двух интервалах рассмотрим раздельно.

В течение первого интервала (О,ао-1 замкнут ключ 6, ключ 5 разомкнут. На втором интервале замкнут ключ 5, ключ G разомкнут. При нулевых начальных условиях выражение передаточной функции

I двух последовательно включенных интеграторов 1 и 2 или 3 и 4 с обратной

t=—

Л 3j

С(1=OI

РУ)d ) ПООНН (т т)У(ч)О)Н= $ Н ООВПГ.т(Р)ОР, о о

2. Интервал — — . Проведем исслеГ,)! .Я1 (с(с(>. дование методом суперпозиции. Часть 1 результата создается ненулевыми начальными условиями без учета входного сиг,. нала, часть 2 создается сигналом при нулевых начальных условиях.

Ч а с т ь 1. Учтем, что длина интервала равна половине периода сво

)l а бодных колебаний каждого из колец.

Начальное условие 2.)(/с(на четвертом интеграторе вызывает косину<:оидальный процесс на выходе и через полпериода

3 а м- Г3%("" "{™ -"1{"1 { > а о

Начальное условие на третьем интеграторе вызывает синусоидальный процесс на выходе и его вклад, измеренный по 10 ж:течении полупериода, будет равен нулю.

Ненулевое начальное условие А на втором интеграторе приводит к появлению косинусоидального процесса на входе второго кольца. Импульсная переходная 15 функция (ИПФ) этого кольца является синусоидальной функцией времени с тем же периодом. Свертка этих двух функций на интервале, равном половине периода; дает нулевой результат:

{?М

QJ!

g з

{i)Яeosa с = 51П ?а1d1=o

С(I

3Г

Начальное условие 2 — на выходе перС( вого интегратора вызывает на входе второго кольца синусоидальный процесс в а

30 ид

Vy) - Sin clt

Свертывание его с синусоидальной ИПФ кольца дает вклад

5 9283 произойдет смена знака при том же мо-, дуле, т. е.

71 6

Эта формула представляет собой резул1 тат обработки сигнала на первом интервале с весом

-(51т Ю М co%at) п0 ()iti—

w,(t) = а иначе 0

В формировании данного результата принимали участие свободные колебания во втором интервале.

Ч а с т ь 2. После того, как учтены все составляюшие, возникшие в результате действия сит нала (1) в первом интервале, определим результат обработ ки сигнала () во втором интервале ; g)

Поскольку обработка начинается в момент иэ аргумента ИПФ следует выа честь

{?Л

t-— — р(па - ь- — - ) 4,- i- — cosa<

«3( а а

x({: -П зя ж = I (sin av <(Jtгат)еаза ж)

ji ц

К Ч(С)Д

Результат получен такой, как если бы сигнал обрабатывался с весом

40

50

9 7 а

% 5(п О {,-Q g>>(t <)gr< Ч у- Ji

Й/а

Ol .

Здесь первый сомножитель под знаком интеграла представляет переходной процесс от ненулевого начального условия первого интегратора, а второй сомножитель — это ИПФ второго«кольца.

Используя фсфчулу для ЧЗ(б, запишем развернутое соотношение

Jl

О

V =- 1 cos aC>({{",)dV. (3)

Ял/а

Итог части 1 запишется как сумма (2) и (3) 4 — (Si М+ (Л-с(ЦС05Ж1 при -< t à c—; э. ?», % (t)= 5) иначе о

Сопоставление (4) и (5) с (1) позволяет заключить, что структура реализует

ВФ Папулиса с точностью до постоянного множителя.

Достоинства окна Папулиса известны: его спектр имеет минимальный центральный второй момент. По сравнению с окном Хэмминга, реализуемом в известном вычислителе, окно Папулиса подавляет помехи в ближней части зоны непрозрачности на 3 дБ сильнее, а скорость спада боковых лепестков составляет 24дБ/

/октава против 6 дБ/октава.

Эффект от применения предлагаемого вычислителя заключается в увеличении точности при работе в условиях помех.

Подобные помехи, в частности, всегда имеются в виде переменной составляюшей на выходе детекторов. Применение четвертого интегратора, образующего

928371 оа

Составитель С. Белан

Редактор И. Касарда Техред С. Мигунова Корректор О. Билак

Заказ 3242/62 . Тираж 732, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, уп. Проектная, 4 вместе с третьим интегратором кольцо, аналогичное кольну из первого и второго интеграторов, позволяет реализовать оптимальную весовую функшпо Папулиса и уменьшить влияние помех.

Формула изобретения

Аналоговый интегрирующий вычислитель, содержащий последовательно соединенные первый и второй интеграторы, причем выход второго интегратора соединен с инвертирующим входом первогс интегратора и через первый ключ с неинвертирующим входом третьего интегратора, неинвертирующий вход первого интегратора является входом аналого- . вого интегрирующего вычислителя, о тл и ч а, ю шийся тем, что, с целью повьппения точности интегрирования при действии сосредоточенных по спект ру низкочастотных помех, он содержит второй ключ и четвертый интегратор, подключенный к выходу третьего интегратора, первый инвертирующий вход которого соединен C выходом четвертого интегратора, являющимся выходом аналогового интегрирующего вычислителя, второй инвертирующий вход третьего

1О интегратора через второй ключ подключен к выходу второго интегратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

15 N481910,,кл. g 06 g 77//1188, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 723600, кл. G 06 Q 7/18, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР № 633036, кл. G06 G 7/18, 1977 ря (прототип).