Сглаживающий фильтр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ он980065

Союз Советскик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ay— (22) Заявлено 2206.81 (21) 3305786/18-24 с присоединением заявки Йо($1}hi. Nn. .G 05 B5/01

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приормтет— (ЩУК 62-50

Опубликовано 07.1232.Бюллетень Н9 45

Дата опубликования описания 0712.82

В.ПеАВдЕЕВ, Л.П.ИЫШЛяЕВ, И.Н.ЩЕМЕЛЕВа, ВеИ.НО йВ, и И.ГеЧерныш

«„": Гй, Сибирский ордена трудоного Красного Знамени металлургйеаенай. институт. им.(;epro Орджоникидзе и Государственный всесоюзный центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт комплексной автоматизации (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) СГЛАЖИВИОЩИЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления промышленными объектами для выделения полезной низкочастотной составляющей измеренных сигналов.

Известен фильтр, содержащий суммирующий элемент, дифференцирующее звено, усилитель и двухпозиционный ,.релейный элемент(,11.

Недостатком данного фильтра является низкая точность выделения полезного сигнала..

Наиболее близким по технической, сущности к предлагаемому является

Фильтр, содержащий первый и второй фильтры низкой частоты, йервый блок сравнения и сумматор, первый вход которого соединен с выходом первого фильтра низкой частоты(2).

Недостатком известного фильтра является также низкая точность выделения полезного сигнала.

Цель изобретения — повышение точности фильтра.

Указанная цель достигается тем, что в сглаживающий фильтр введены детектор знака, дифференциатор, второй, третий, четвертый и пятый блоки сравнения, первый и второй ин, теграторы, первый и второй квадраторы, первый и второй задатчики, элемент ИЛИ и ключ, причем первый вход первого блока сравнения соединен с выходом первого фильтра низкой .частоты, второй вход - с входами фильтра и первого фильтра низкой частоты, а выход через второй фильтр низкой ð частоты - с первым входом ключа, второй вход которого соединен с выходом элемента Miil, а выход - с вторым входом сумматора, первый вход второго блока сравнения подключен через детектор знака к выходу второго фильтра низкой частоты, второй входк выходу первого интегратора, а выход через последовательно соединенные первый интегратор и первый квадратор — к первому входу третьего блока сравнения, второй вход и выход которого соединены соответственно с первым задатчиком и первым входом элемента ИЛИ, первый вход четвертого блока сравнения подключен через дифференциатор к выходу второго фильтра низкой частоты, второй вход - к выходу второго интегратора, а выход через последовательно соединенные второй интегратор и второй квадратор - к первому входу пя980065 того блока сравнения,.второй вход и выход которого соединены соответственно с вторым эадатчиком и с вторым входом элемента ИЛИ.

На фиг.1 представлена структурная схема-предлагаемого сглаживающего

Б фильтра на фиг.2 — график изменения полезного„ зашумленного и сглаженного сигналов в дискретном времени.

Устройство содержит превый фильтр

1 низкой частоты, первый блок 2 срав- о нения, второй фильтр 3 низкой частоты, детектор 4 знака, второй блок 5 сравнения, первый интегратор б, пер,вый квадратор 7, третий блок 8 сравнения, первый эадатчик 9, элемент

ИЛИ 10, дифференциатор 11, четвертый блок 12 сравнения, второй интегратор 13, второй квадратор 14, пятый блок 15 сравйения, второй задатчик 16, ключ 17, сумматор 18, полезный сигнал 19, зашумленный сигнал 20, сглаженный с помощью известного фильтра 21 сигнал ; сглаженный, сглаживающим Фильтром 22 сигнала, входной сигнал фильтра x(t), сглаженный сигнал, с выхода первого фильтра

%$t) низкой частоты, сглаженный сигнал с выхода второго фильтра Qt) низкой частоты, сглаженный сигнал на выходе фильтра x(t).

Сглажирающий фильтр работает следующим образом.

Входной сигнал x(t) поступает на вход первого фильтра 1 низкой частоты реализованного,-. например, в виде последовательно соединенных блока сравнения, ограничителя и интегратора (не показаны) выход которого соединен с входом блока сравнения, на выходе интегратора получается сглажен- 40 ный сигнал х„(с). Сигнал x>(t) х(t) - „(t), получаемый на выходе первого блока 2 сравнения, подается на вход второго фильтра 3 низкой частоты. Этот фильтр является более 4 быстродействующим по сравнению с первым фильтром 1 низкой частоты.

На выходе второго фильтра 3 низкой частоты получается сигнал со сглаженным значением разности х (t)-хg(t). 5ц

Далее вырабатывается сигнал на отключение или подключение более быстродействующего фильтра. Для этого выходной сигнал х(й) подается на вход детектора 4 Знака с законом функционирования

1 при Яй))0 () =э1Яп K$t) =, „„ф ), 0

Сигнал с выхода детектора 4 знака ,о полученной последовательности сглаживается экспоненциальным сглажива теле, реализованным с помощью второго блока 5 сравнения и первого интегратора б. Если в сигнале о разности x>(t) имеется относительно низкочастотная составляющая, то выходной сигнал первого интегратора б будет стремиться к +1 или -1. Если же такая составляющая отсутствует, то на выходе первого интегратора 6 будет сигнал близкий к нулю.

Выходной сигнал первого интегратора б поступает на первый квадратор 7, в котором устраняется знак сигнала. Выходной сигнал с первого квадрата 7 сравнивается в третьем блоке 8 сравнения с постоянным сигналом, равным, например 0,9, поступающим с задатчика 9 на вход третьего блока 8 сравнения. Если выходной сигнал первого интегратора 6 превышает заданную величину, то срабатывает элемент ИЛИ 10 и с помощью ключа 17 подключается выходной сигнал второго фильтра 3 низкой частоты к входу сумматора 18.

Затем производится анализ скорости изменения x>(t). С этой .целью находят его производную в дифференциаторе 11, которая сглаживается в экспоненциальнам сглаживателе (четвертый блок

12 сравнения и второй интегратор 13), работающеи аналогично описанному сглаживателю (выполненному на втором блоке 5 сравнения и первом интеграторе 6). Сглаженный сигнал о скорости изменения х (С) поступает на второй квадратор 14, а затем сравнивается в пятом блоке 15 сравнения с постоянной величиной, поступающей с второго задатчика 16 и выбираемой в зависимости от скорости изменения

% (t).

Если скорость изменения R (t) большая, то срабатывает элемент ЙЛИ 10 и с помощью ключа 17 подключает выход второго фильтра 3 низкой частоты к входу сумматора 18. Таким образом, в сумматоре 18 либо суммируются выходной сигнал с первого фильтра 1 низкой частоты с выходным сигналом второго фильтра 3 низкой частоты

%zest), либо на выход сумматора 18 поступает сигнал x<(t).

В качестве критерия точности работы сглаживающего фильтра приняли среднемодульное отклонение

М вЂ” tx(>- х() й1 где x fi) - полезный сигнал;

x fi ) » сглаженный сигнал.

Использование предлагаемого изобретения повышает точность выделения полезной низкочастотной составляющей измеренных сигналов на 35% по сравнению с известным фильтром, что в свою очередь позволяет повысить точность выработки управляющих воздействий на 0,5-1% в случае применения предлагаемого фильтра в регуляторе.

980065

Формула изобретения

20

Сглаживающий фильтр, содержащий первый и второй фильтры низкой час готы, первый блок сравнения и сум матор, первый вход которого соединен с выходом первого фильтра низкой частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фильтра, он содержит детектор знака, дифференциатор, второй, третий, четвертый и пятый блоки сравнения, первый и второй интеграторы, первый и второй квадраторы, первый и второй задатчики, элемент ЙЛИ и ключ, причем первый вход первого блока сравнения соединен с выходом первого фильтра низкой частоты, второй входс входами фильтра и первого фильтра низкой частоты, а выход через второй фильтр низкой частоты - c первым входом ключа, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход — с вторым входом сумматора, первый вход второго блока сравнения подключен через детектор знака к выходу второго фильтра. низкой частоты, второй вход — к выходу первого интегратора, а выход через последовательно соединенные первый интегратор и первый квадратор— к первому входу третьего блока сравнения, второй вход и выход которого соединены соответственно с первым эадатчиком и с первым входом элемента ИЛИ, первый вход четвертого блока сравнения подключен через дифференциатор к выходу второго фильтра низкой частоты, второй вход — к выходу второго интегратора, а выход . через последовательно соединенные второй интегратор и второй квадратор — к первому входу пятого блока сравнения, второй вход и выход которого соединены соответственно с вторым задатчиком и с вторым входом элемента ИЛИ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 296079, кл. G 05 В 5/01, 1970.

2. Сб. "Итоги науки и техники.

Сер, Техническая кибернетика. М., т.4, 1972, с.24-25 (прототип).

980065

Редактор Ю.Середа

Заказ 9358/37 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Составитель А.Лащев

Текред М. Надь Корректор У.Пономаренко филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4