Устройство для дифференцирования медленно изменяющихся сигналов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬВРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<о993279

Союз Советски к

Социалистических

Республик (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 19;06. 81 (21) 3301280/18-24

: с присоединением заявки №вЂ” (23) П риоритет

Опубликовано 30. О1. 83. Бюллетень № 4 (53}М. Кл.

6 06 6 7/18

Гасударственный кемктвт до делам изебретеккй и открытий (53} УДе(681. 33 (088. 8) Дата опубликования описания 31 01.83 3 ЧС .

Ра т, Е. В. Гусак, В;ф. Ииргород, В.В. Морозов и $. f. Сйтйикоо..

Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (72} Авторы изобретения (7l) Заявитель (Q4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЯ

ИЕДЛЕННО ИЗИЕНЯКМЦИХСЯ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.

Известны аналогичные устройства, построенные на основе автоколебательных замкнутых контуров с интегрирую" щей обратной связью, одно из которых содержит элемент сравнения, релейный элемент и интегратор, образующие релаксационный генератор, и сглаживающий фильтр, подключенный к нему $13. „, Ф

Недостаток устройства — низкая .точность дифференцирования, обусловленная срывом скользящего режима ав токолебаний под воздействием помехи.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому являетсяустройство, содержащее дифференцирующий релаксационный контур и сглаживающий фильтр, имеющий регулируемую (переключаемую) постоянную времени, который управляется блоком управляющих сигналов, связанным с дифференцирующим контуром 2 ).

Недостаток известного устройства тоже состоит в невысокой точности диф ференцирования. Это обусловлено влиянием помех на режим колебаний и зависимостью оаибки дифференцирования от величины производной полезного сигна" ла и от амплитуды помехи.

Цель изобретения - повышение точности дифференцирования в условиях . воздействия помех.

Лоставленная цель достигается. тем, что устройство для дифференцирования медленно изменяющихся сигналов, содер жащее элемент сравнения,,первый вход которого является входом устройства, а выход элемента сравнения через релейный. элемент связан с информационными входами сглаживающего фильтра и интегратора, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, при этом выход элемента сравнения через блок -управляющих сигналов связан с управляющим входом сглаживающего

3 . 993279 фильтра, выход которого является выходом устройства, содержит последовательно соединенные триггер, ждущий мультивибратор, реверсивный счетчик и преобразователь код-аналог, выход релейного элемвнта подключен к первому входу триггера и к управляющему входу реверсивного счетчика, выход блока управляющих сигналов подключен к второму входу триггера, выход пре- 10 образователя код-аналог связан с входом управления коэффициентом передачи интегратора.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные ди- 5 аграммы сигналов.

Устройство содержит элемент 1 сравнения, релейный элемент 2, интегратор 3, блок 4 управляющих сигналов, сглаживающий фильтр 5, триггер 6, ждущий мультивибратор 7, реверсивный счетчик 8, преобразователь 9 код-аналог.

Устройство работает следующим образом.

Полезный входной сигнал a(t) в смеси с аддитивной помехой tu(t) поступает на вход устройства. При отсутствии помехи в контуре возникает скользящий автоколебательный режим. При этом сигнал ошибки близок к нулю и блок 4 управлякуцих сигналов (Bblpñëíåííûé, например, на основе амплитудного селектора и связанного с ним реле) своим выходным сигналом устанавливает постоянную времени сглаживающего фильтра 5 на ее меньшее значение и удерживает триггер 6 в состоянии "О".

Под воздействием помехи ы(t) (фиг. 2a) в контуре релаксационного

40 генератора происходит срыв скользящего режима и захват колебаний контура частотой сигнала помехи. При этом блок 4 управляющих сигналов переключает постоянную времени сглаживающего фильтра 5 на большее ее значение, 45 а на второ входе триггера 6 устанавливает значение напряжения, разрешающее его срабатывание по первому, счетному входу.

Выходной сигнал U 2 релейного элемен га 2 (фиг. 2о} поступает на триггер 6, запускающий передним фронтом своего выходного сигнала Ug (фиг. 28) ждущий мультивибратор 7. Импульсы фиксированной частоты ждущего мультивибратора 7 (фиг. 2 ) поступают на счетный вход реверсивного счетчика 8, 4 управляющий вход которого, осуществляющий управление реверсом, подключен к выходу релейного элемента. Поэтому при положительной полярности сигнала с релейного элемента 2 реверсивный счетчик 8 работает в режиме сложения, а при отрицательной полярности U в режиме вычитания. Таким образом, в течение времени измерения, определяемого состоянием "1" триггера 6, код в счетчике 8 изменится на величину, пропорциональную изменению скважности импульсов на выходе релейного элемента 2. Код счетчика 8 при помощи преобразователя 9 преобразуется в аналоговый сигнал U9 (фиг. 20), поступающий на вход управления коэффициентом передачи интегратора 3.

Так как скважность импульсов на выходе релейного элемента 2 пропорциональна средней скорости изменения сигнала интегратора 3, то изменение скважности пропорционально отклонению средней скорости изменения выходного сигнала интегратора 3 от производной входного полезного:сигнала, т. е. ошибке дифференцирования. В зависимости от величины этой ошибки, определяемой за время измерения, изменяется сигнал на выходе преобразователя 9, а следовательно, и коэффициент передачи интегратора 3 так, чтобы уменьшить ошибку дифференцирования.

Пусть, например, полезный сигнал на некотором участке аппроксимируется линейно растущей функцией с неизвестной скоростью нарастания a(t)=

=А t, а помеха - гармонической функцией с неизвестной амплитудой w(t) =

=Bcospt. Пусть коэффициент передачи интегратора 3 равен К. Тогда средняя за период Т скорость нарастания сигнала 05 определяется соотношением

Кт„к Г

Ь Ш = — " |

Т где К вЂ” коэффициент передачи интегратора; ь - время нарастания сигнала ин1 тегратора 3; . время убывания сигнала.

Для того, чтобы ошибка дифференцирования в указанном случае была равна нулю, необходимо, чтобы выходной сигнал U интегратора 3 следил за полезным сигналом а(t) с постоянной средней ошибкой д:

U =a(t}- ь, 993279

К=А М -М2) .

Т

- т..,"1

5

Действительно, тогда

y(t) - — (а (й) -Д)=

Следовательно, средняя за период скорость нарастания сигнала Ug должна совпадать со скоростью нарастания по,лезного сигнала:

КС1- к а

tg0(=A.

1о как т1 М Т в "2 й2Тмв где 7>S период следования импульсов мультивибратора 7;

N1 - число импульсов сложения реверсивного счетчика 8;

Й2 - число импульсов вычитания реверсивного счетчика 8, то из последней формулы следует

Уравнение относительно ошибки слежения за линейно растущим входным сигналом имеет вид

2S (Р+1)д=

Pa )

КК К К

1 где К - эквивалентный коэффициент пеЭ редачи релейного элемента 2 на гармоническую составляющую; Зо

Р - оператор дифференцирования.

Сопоставив .два последних уравнения, можно сделать вывод, что ошибка слежения не зависит ни от скорости изменения Входного полезного сигнала, ни от амплитуды помехи и постоянна по Йеличине, поэтому ошибка дифференцирования линейно растущего полезного сигнала с наложенной на него помехой равна нулю. 40

На фиг. 2е показаны точное значе ние производной входного полезного сигнала, выходная величина устройства y(t), а пунктиром показан выходной сигнал устройства. с фиксированным ко- 45 эффициентом передачи интегратора 3 °

Как видно из фиг. 2е, точность предлагаемого устройства существенно выше, чем известного, а ошибка дифференцирования не зависит от величины производной входного сигнала.

Повышение помехоустойчивости устройства обеспечивается выбранным способом преобразования информации s чи55. сло-импульсный код в цепи управления коэффициентом передачи интегратора 3.

Так как соотношение времени включения и выключения релейного элемента 2 не зависит от амплитуды помехи, то число импульсов, поступивших на счет" ный вход реверсивного счетчика 8, а значит и код в счетчике не зависит от значения амплитуды помехи ° Таким образом, структура устройства, основанная на введении цепи управления коэффициентом передачи интегратора, позволяет повысить точность и помехоус" тойчивость дифференцирования медлен" но изменяющихся сигналов с наложенной высокочастотной помехой.

Использование предлагаемого устройства в автоматических управляющих уст" рбйствах позволит повысить точность реализации законов управления, что в свою очередь приведет к повышению автоматического управления технологическими обьектами и процессами. 8 области вычислительной техники применение устройства позволит повысить точность обработки информации, что и определяет технико-экономическую эффективность от использования изобретения.

Формула изобретения

Устройство для дифференцирования медленно изменяющихся сигналов, содержащее элемент сравнения, первый вход которого является входом устройства, а выход элемента сравнения через релейный элемент связан с информационными входами сглаживающего фильтра и интегратора, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, при этом выход элемента сравнений через блок управляющих сигналов связан с управляющим входом сглаживающего фильтра, выход которого является выходом устройства, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности дифференцирования в условиях воздействия помех, оно содержит последовательно соединенные триггер, ждущий мультивибратор, реверсивный счетчик и преобразователь код-аналог, выход релейного элемента подключен к первому входу триггера и к управляющему входу реверсивного счетчика, выход блока управляющих сигналов подключен к второму входу триггера, выход преобразователя код-аналог связан с входом управления коэффициентом передачи интегратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кортнев А.В. и др. Формирующее устройство релейного типа в системах с переменной структурой.- В кн.: Сис7 темы с переменной структурой и их применение в задачах автоматизации полета. М., "Наука", 1968.

993279 8

2. Авторское свидетельство СССР.

Н 294149, кл. G 06 G 7/18, 1970 (прототип).