Динамический фильтр

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХСОИАЛИСТИЧЕСКИХ .РЕСПУГЛИК(я)5 6 05 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ЕНтНО ОПИСАНК ПАТЕНТУ ОБРЕТЕН(71) Головное конструкторское бюро Научно-и роизводствен ного объединения "Э нергия"(73) Головное конструкторское бюро Научно-производственного.обьединения "Энергия"(56) Авторское свидетельство СССР М 1029141, кл, 6 05 В 13/02, 1983,Авторское свидетельство СССР М 1388828, кл. 6 05 В 13/02, 1988.(57) Изобретение относится к устройствам фильтрации. Цель изобретения - расширение области применения за счет формирования сигналов ошибки задания скорости изменения входного сигнала и повышение точности. Динамический фильтр содержит задатчик скорости изменения входного сигнала(1), апериодическое звено(2), и сравнивающих устройств (31-3 п), и усилителей, и сумматоров (51 - 5 п), интеграторы (61-6), суммирующий блок (7), два компаратора (8, 9), элемент ИЛИ (10), шесть ключей (11, 14, 17, 13, 16, 19), 1 ил.О=0 или О = 1 О, если Ха д1, если Ха -д О, если Ха - дгде Е - выходнал сигнал фильтра, 31, , Яп - ВЫХОДНай СИГНаЛ СРаВНИВаЮ- щего устройства первого 31 и и-го звень- ЕВ, Б 1, Вп -- ВЫХОДНОЙ СИГНад СУММатОРа первого 51 и и-го 5 п звеньев, У 1 Уп - выходной сигнал интегратора первого 61 и П-Га бп ЗВЕНЬЕВ, К 1, , Кп - азффИЦИЕНт передачи усилителя первого 41 и и-го 4 п звеньев, еч - выходной сигнал второго ключа 13, гу - выходной сигнал четвертого+клгоча 16, гу - ВыхоДной сигнал шестого 19 ключа, Уз и Т - ВыхаДнай сигнал и постоянная Времени апериодического звена 2, Ко - коэффициент передачи первого 12, второго 15 и третьего 18 интегрирующих блоков, О - выходной сипгал элемента ИЛИ 10, О выходной сигнал первого компаратора 8, О - выходггой сиг нал второго компаратора 9,6 г - значение выходного сигнала первогоинтегрирующего блока 12 на момент време ни О, при котором О = 1 (начальное значение), ф - значение выходного сигнала Второго интегриругощего блока 15 на момент временить, при котором О = 1 (начальное значение), Сук - значение выходного сигнала третьего интегрирующего блока 18 на момент времени тк, при котором О = 1 (начальное значение), Ха - выходной сигнал задатчика скорости изменения входного сигнала 1, а - ошибка задания сорости изошибки задания отрицательной скорости 22.и сигнальным входом шестого ключа 19, вы Изобретение относится к устройствам фильтрации.Цель изобретения - расширение функциональных возл;ожностей за счет формирования сигналов ошибки задания скорости изменения входного сигнала и повышение ТОЧНОСТИ,На чертеже представлена схема динаггИсгЕСКОГО фИЛЬТРа.На этой схеме задатчик скорости изменения входного сигнала 1 соединен со входами первого 8 и второго 9 компараторов и Вторыми входами сумматоров 51, 52, , 5 п каждого из и последовательно включенньгх звеньев, каждое из которых содержит последовательно соединенные сравнивающее устройство 3, усилитель 4, сумматор 5 и интегратор 6, Выход интегратора 6 п и-го звена соединен с первым входом суммирующего блаксэ 7, ВтоРой вхаД котоРаго пОДклгочен к Вьгхаду апериодического звена 2, а выход суммиругощего блока 7 соединен с вычитагащими входами сравнивающих устройств 31, 32, Зп ВСЕХ ЗВЕНЬЕВ, ВЫХОД СраВНИВающего устройства Зп п-го звена соединен со входом апериодического звена 2 и сигнальными входами первого 11, третьего 14 и пя гого 17 ключей, Выход ггервого компаратара 8 соединен с первым входом элемента ИЛИ 10 и управляющими Входами третьего 14 и четвертого 16 клгочей, выход второго когслпсзратора 9 саеДинен с управлягащими входами ггятого 17 и шестого 19 ключей и вторым входом элемента ИЛИ 10, инверсный выход которого соединен с управляющими входами первого 11 и второго 13 ключей, Выход первого ключа 11 соединен со Входом первого интегрирующего блока 12, выход которого соединен с шиной сигнала устаггавьггггыейся скорости входного сигнала 20 и сигнальным входам второго кгпоча 13, Выход которого подключен к третьим. входам сумматоров 51, 52, .5 п всех зьеньев, Вьгход третьего ключа 14 соединен со входом второго иггтегрируощего блока 15, вьгход которого соединен с шиной сигнала ошибки задания положительной скорости 2 и сигнальным входом четвертого клгача 16, выход которого подклюЧегг к четвертьгм ВХадаМ СуММатОрОВ 51, 52, "5 п ВСЕХ ЭВЕНЬ- ев. Выход пятого ключа 17 соединен со Входом третьего интегриругощего блока 18, выход которого соединен с шиной сигнала ход которого подключен к пятым входам сумматоров 51, 52, , 5 п всех звеньев,Динамический фильтр работает следующим образом, Пусть на вход фильтра поступают сигналы Х + , где Х - полезный 5 10 15 20 25 30 сг 5 сигнал, д - сигнал помехи. В соответствии со схемой фиг, 1 запишем очевидные соотношения в операторной форме,31 = Х + р, ганг = К 1 Я 1+ е81У 1= - .РЯп = Уп- 7, йп = КпЯп +Е Коея = О( - Яп+ еяг),Р(, есс, ес ли О= и О+= и О-= 3и, когда О = 1, илипэт. Если для этихсопят (что обычноучетом (3), (4) и (5)4 На любом отО =1,или Оотрезков вримеет местоимеем резке време =1,яп 1 =с мени иц= , то из (2) с у = Яп(Р) (-( - еу ) += Пт) (-с - еу 1 ) + + +у --С 2=Х+ д Пусть логично Еу = П(1)(-С - Еук) + Еук)Еу-, -О из (3) эффистичь гф ) менения входного сигнала, д и - д - уровень срабатывания соответственно первого 8 и второго 9 компараторов, Р = б/й - оператор.Из (1) имеем2 А(Р) = ХВ(Р) + /(В(Р) + я В( )Аи 1/(где Ки - коэффициент подавления сипомехи р на частоте в/(, Как следуети (4) при определенно выбранных коциентаха( =0,1, , и+2)и Ь 2 можнодзначительного (пропорциональногоподавлсния сигнала /(, поэтому из (72 = Х, или Р 2 = РХ (2 = Х) (8)Например, при ау( = 10 1/сек., и =.=Кг = Кз = 1 1/сек., Т = 5 сек,ао + 2 г(ф - 0,8 10 зЬ Определим установившиеся значенияяя, еу, и еу. Пусть Ха =О. Тогда О = 1,е = ея, Х = -с = -(о. Из (1) К, т+ 1) Рг + (К + К, Т) Р К,(если П(1) - переходная функция на е чное воздействие звена с передаточно нкцией Я,(Р), то с учетом (8)ея = П(т) (Х - яч ) + ея (12)Выбором коэффициентов Ко, Кп и Т можн 20 достичь монотонного возрастания функциП(1). Тогда на любом интервале (1 ь 1+1, длкоторого О = 1Х- еяХ- Яя(1+1)где ес (+1) - значение сигнала (,"я в м менВРЕМЕНИ 1;+1,По истечении некоторого времени 1Х - еяг 0 (или П(1) -+ 1)1 - тк (13)где Л - малая величина. С учетом (13)Яс - ея +Яс =Х =-с о (14)или ея - -со (15)Аналогично можно определить установившиеся значения еу (Ха (, О = 1+ Таким образом, рассматриваемый динамический фильтр без искажения пропускает полезный сигнал Х и осуществляет подавление сигнала помехи с коэффициентом подавления К/(, что непосредственно следует из (7).Оценим точность известного и предлагаемого динамического фильтра. Пусть Ха представляет собой некоторую знакопеременную функцию частотой аМ, причемХа = Х+ (, Ха" = Хд+ (д, (18)Формула изобретенияДинамический фильтр, содержащий зэ датчик скорости измерения входного сигнала, апериодическое звено, первый интегрирующий блок, суммирующий блок и где Ха, Хд и цд - амплитуда первой гармодники ряда Фурье соответственно сигналов Ха, Х и ц (рассуждения справедливы и для других гармоник ряда Фурье этих сигналов). Погрешность р динамического фильтра оценим в виде(19) где Хо - амплитуда истинности сигнала, Хф - фактическое значение сигнала Е на выходе динамического фильтра.А - 1Истинное значение Хо = (Ха + рд) йЪ фактическое значение Хф можно определить в видеХф = Х, + ать(во ) цд (20) где Ятц(в) - коэффициент передачи известного фильтра по отношению к сигналу ц. Коэффициент передачи Ютя(йЪ) можно оценить в видечтя( вц) = - (21) Если, например, цд = 0,1 Ха, то по. д грешность известного фильтра р при в = 3 1/сек, будет равна 0,09 (9 Я.Для рассматриваемого динамического фильтра(ц+=ц =ц=сопзт) погрешность р сводится к нулю, как это следует из (7) (считаем, что коэффициент подавления Ки высок).Предлагаемая схема динамического фильтра расширяет функциональные возможности за счет формирования на выходе первого 12, второго 15 и третьего 18 интегрирующих блоков соответственно сигнала установившейся скорости входного сигнала, сигнала ошибки задания положительной скорости и сигнала ошибки задания отрицательной скорости. Как следует из (15), выходной сигнал первого интегрирующегоблока 12 соответствует фактической скорости входного сигнала при Ха = О(или установившейся скорости входного сигнала).Предлагаемый динамический фильтр пропускает без искажения полезный сигнал Х и осуществляет подавление сигнала помехи с коэффициентом подавления и. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 последовательно соединенные и звеньев, каждое из которых содержит последовательно включенные сравнивающее устройство, усилитель, сумматор и интегратор, при этом выход интегратора и-го звена соединен с первым входом суммирующего блока, второй вход которого подключен к выходу апериодического звена, вход которого соединен с выходом сравнивающего устройства и-го звена, а выход задатчика скорости изменения входного сигнала подключен к вторым входам сумматоров всех звеньев, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения путем формирования сигналов ошибки задания скорости изменения входного сигнала и повышения точности, в него дополнительно введены первый и второй компараторы, второй и третий интегрирующие блоки, с первого по шестой ключи и элемент ИЛИ, инверсный выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей, первый вход элемента ИЛИ соединен с выходом первого компаратора и управляющими входами третьего и четвертого ключей, второй вход элемента ИЛИ соединен.с выходом второго компаратора.и управляющими входами пятого и шестого ключей, входы первого и второго компараторов соединены с выходом задатчика скорости изменения входного сигнала, выход сравнивающего устройства и-го звена соединен с сигнальными входами первого, третьего и пятого ключей, выходы которых подключены соответственно к входам первого, второго и третьего интегрирующих блоков, выходы которых соединены с сигнальными входами второго, четвертого и шестого ключей, выходы которых подключены соответственно к третьим, четвертым и пятым входам сумматоров всех звеньев, вычитающие входы всех сравнивающих устройств соединены с выходом суммирующего блока, при этом выход первого интегрирующего блока является выходом установившейся скорости входного сигнала, выход второго интегрирующего блока является выходом сигнала ошибки задания положительной скорости, выход третьего интегрирующего блока является выходом сигнала ошибки задания отрицательной скорости,