Дифференцирующее устройство с переменной структурой

О П И С А Н ИЕ ,55924 вИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскии Социалистицескик Республик(22) Заявлено 23.09 с присоединением з 8 явки-осудврствеииыи иомит Совета Мииистров ССС по делам изобретенийи открытий(45) Дата опубликования описаиия 22,0 53) УДК 681.333:(72) Автор изобретен Големб 71) Заявитель облем дена Ленина кисти) ДИффЕРЕНЦИРУЮШЕЕ УСТРОЙСТСТРУКТУРОЙ ЕРЕМЕННО ие по печиваютдифференконном Р Изобретение относится к области автоматического управления и аналоговой вычислительной техники.Известны дифференциаторы с адаптац йк некоторым измеряюшимся параметрам - 5мехи, содержашие интеграторы, сумматорыи блоки сравнения,Однако эти устройства не обесвысокого качества многократногоцирования и адаптации во всем задиапазоне изменения параметров помехи,Кроме того, они не являются адаптивнымипо отношению к меняющимся параметрамполезного сигнала."Известно дифференцируюшее устройство 5с переменной структурой, содержашее первое инерционное звено, выход которого подключен к основному выходу устройства, авход через последовательнб включенные первый интегратор, подсоединенный своим ьыходом к первому дополнительному выходуустройства, первый сумматор и второй интегратор - ко второму дополнительному выходу устройства и к первому входу блокасравнения, второй вход которого соединен 25 с входом устройства, и второе инерционное звено, подсоединенное входом к другому входу первого сумматора,Это устройство не обеспечивает подстрой ки к меняюшимся параметрам полезного сигнала.Целью изобретения является повьцнение точности устройства в работе.Это достигается тем, что устройстт.э дополнительно содержит первый и второй логические блоки, второй сумматор, блок преобразования с нечетной функциональной характеристикой, третье инерционное звено и блок выделеция модуля, вход которого соединен с входом устройства, а выход через третье инерционное звено подключен к первым входам логических блоков, вторые входы первого и второго логических блоков подсоедицепы соответственно к выходам блока сравнения и второго сумматора, а выходы - к входам второго и первого инерционных звеньев, вход блока преобразования с нечетной функциональной характеристикой подключен к выходу блока сравнения, а его выход соединен с первым входом второгосумматора, второй вход которого подключенк выходу второго инерционного звена.Такое устройство характеризуется повышенной точностью дифференцирования.На чертеже приведена схема дифференцируюшего устройства с переменной структурой.Устройство состоитизпоследовательносоединенных блока сравнения 1, один вход которого подключен к входу устройства, логи- юческого блока 2, инерционного звена 3, сумматора 4, логического блока 5, интегратора6, сумматора 7, интегратора 8. Выход интегратора 8 подключен ко второму входублока сравнения 1, Выход логического блока.2 соединен со вторым входом сумматора7, а выход логического блока 5 подключенк входу инерционного звена 9, выход которого является основным выходом устройства.Два дополнительных выхода устройства свя- й 0заны с выходами интеграторов 6 и 8. Вы. ход блока сравнения 1. через блок 10 преобразования с нечетной функциональной характеристикой связан со вторым входом сумматора 4. Вход устройства через последова-й 5тельно соединенные блок выделения модуля11 и инерционное звено 12 связан с соответст "ующими входами логических блоков2 и 8,Устройство работает следующим образом. З 0Входной сигнал устройства, представляющийсобой аддитивнув смесь полеаноганизкцчастогного сигнала, производные которого необходимополучить, и высокочастотного шума, поступает одповременно на блок сравнения 1 и блок выделения модуля 11. Величина сигнала на выкоде инерпионного звена 12 с передаточнойфуикпией Чу,1 р)щ т ч , связанного своимвходом с выходом блока выделения модуля11, пропорциональна дисперсии входного сиг-фнала и при соответствующем выборе величины ), .(например, из условия и),.Т,: 4где и - граничная частота сплава полезного сигнала) величина сигнала на выходеинерционного звена 12 определяется, в основном, величиной дисперсии полезного сиганала б , т.е, уровнем полезного сигнала(:Суигнал О у являющийся выходным сигналоминерционного звена 12, поступает на соот 50ветствующие входы логических блоков 2 ийу со следующей логикой работы;(и 1 у 2,60 Сигнал 5 является выходным сигналом блока сравнения 1, а сигнал 52 - выходным сигналом сумматора 4, На первый вход сумматора 4 поступает отфильтрованный инерционным звеном 3 с передаточной функциейЮх(р) т сигнал ,(б ), а на второй - сигнал 5 у, пропущенный через блок 10 преобразовании с нечетной функциональной характеристикой.Сигнал(5 )поступает одновременнона вход инерционного звена 9, выход которого является выходом устройства, и черезпоследовательно соединенные интегратор 6,сумматор 7 и интегратор 8 - на второйвход блока сравнения 1, На второй входсумматора 7 поступает сигнал ту (5)выходной сигнал логического блока 2.В отсутствии шумов в дифференциаторевозникает скользящий режим. В скользящемрежиме сигнал 9 близок к нулю и соответственно близки к нулю выходной сигнал блока преобразования 10 и сигнал М (5)Блок выделения модуля 1 1 и инерпионноезвено 12 обеспечивают существование скользящего режима в рассматриваемом случаеФтак, что полоса пропускания дифференциатора не зависит от амплитуды входных воздействий. Таким образом, в отсутствии шумов устройство является линейным. Последовательно включенные интегратор 6 и 8отслеживают фактически с ошибкой 3сколь угодно близкой к нулю, входной счгнал и с выходов интеграторов 6 и 8 снимаюься соответственно сигналы первой производной и входного сигнала,Инерционные звенья 3 и 9 служат для выделения непрерывных сигналов из разрывных сигналов М; - элементов, При этом на выходе инерционного звена 9 с передаточной функпией Жк 1 у)- Ч -- д попучеетзР+ся сигнал второй производной. Точность дифференцирования зависит от выбора постоянных времени инерционных звеньев Т и Т 5 и от неидеальностей йфх - элементов При малых неидеальностях значения Т и ) можно выбрать достаточно малыми так, что в рассматриваемом случае осуществляется ( в пределе) точное многократное (в данном случае двукратное) дифференцирование.Под действием помех скользящий режим прекращается, возникает режим переключений и .начинают проявляться нелинейные свойства устройства. В этом случае сигнал 5 уже не близок к нулю и его дисперсия (уопределяется дисперсией высокочастотч зной помехи й.у . Эквивалентные коэффициенты передачи У - элементов К и К 2соответственно определяются из выраженияОК. =С. 5:1,2,б которое с учетом равенства О-Ъ;бможно переписать в видеполК;=С,.Ъ;51 1 О где С, Ь- некоторые постоянные числа 5б. - дисперсия полезного сигнала.С учетом вышесказанного эквивалентная 15 передаточная функция дифференцивтора может быть представлена в виде Р% (Р).Ф е р1 2 Среднеквадратичная ошибка двукратного дифференцирования Я 2 определяется иэ вы 2 ражения%о(Р)- передаточная функция оптимального дифференциаторв;5 хЫ 5 РФ)- спектральная плотность входно- здго сигнала, зависяшая от уровня полезного сигнала Ц и уровня помехи 3Для того чтобы во всем диапазоне изменения параметров О и М: Ц,ИЦл 5 с, Зм 55 4 йй,лкс, сРеднекввдРатичнаЯ ошибкабыла минимальной для любых дробно-ра 2циональных функпий, необходимо, чтобы автоматически обеспечивались соответствуюшие зависимости величин:, эквивалентных 4 коэффициентов К и К 2 передаточной функции дифференциаторв от значений параметровО и Я . Для получения таких зависимостей на вход логического блока 5 ( 95 ячейки) дополнительно подают (через сумматор 4 ) выходной сигнал блока преобразования 1 О, Этот сигнал дополнительно ли- невризует (в шумах) логический блок 5. В зависимости от вида функции Ь(ц,й,1 в) выбирается соответствующая функциональная характеристика блока преобразования 10. Для обеспечения кваэиоптимального качества дифференцирования и аквптации в качестве блока преобразования с нечетной функциЯ ональной характеристикой использован блок 4с нечетной нелинейной степенной функциюеч 1 ной характеристикой видатп 1 л35, (55 Р 5 5где у - выходной сигнал блока преобразования 10;ю, - целые числа;1,5 О5"=Дисперсия сигнала 5 определяется, как было отмечено выше, дисперсией высокочасгтотной помехи 6, а дисперсия сигнала52 - входного сигнала логического блока 5 определяется дисперсией сигнала ч . Таким образом, выражения для К и Кг принимают видб пол ( пол О 1( дС - =С - К дС =С 5 бД 2 г (б )155 г д 55555,11 Ю МФгде С, С 2 - постоянные;тп, ), - целые числа, зависЯшие от )5) и тВеличины тп и 77 (а следовательно, 5 и 51) выбираются, исходя иэ условий минимумадля данного вида бх (0 Й, Ю),Передаточная функция дифференциатора для получения второй производной может быть теперь представлена в видеР(д 1)/51 р 55 5 Р Из этого выражения следует, что с ростомуровня шума Я или уменьшением уровня по)лезного сигнала О растут постоянные времени знаменателя передаточной функции,обеспечивая подавление помех. При % д Оосуществляется точное двукратное дифференцирование при любом значении Я . С ростом Я (при фиксированном к ) постоянныевремени уменьшаются и точность дифференци 1)овация растет. Таким образом осушествлядтся вдантация к меняющимся параметрамЯ и К, При этом интегральная оцибка дифференцированиямлкс ОмдкС 1Б,(Ц,Я)ЛацКМИН 1 МИНоказывается минимальной, и дифференциатор осушествляет кваэиоптимальное дифференцирование во всем диапазоне изменения параметров Ц и к . Существенно, что при использовании линейного блока преобразования не удается добиться высокого качества адаптации и дифференцирования во всем диапазоне изменения Ц и К и обеспечить минимум интегральной ошибки сгДифференцирующее устройство с переменной структурой целесообразно использовать10 Составитель А. Масловктор Т. фадеева Техред Н, Андрейчук Корректо Кравченк 18 Подписноеета Министроврытийнаб., д, 4/5;аз 1374/101 ЦНИИПИ Государс по д 113035, Моенного комитеталам изобретенийква, Ж, Рауш пиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,7для получения высших производных в частности, второй) полезного сигнала, наблюдаемого в смеси с шумом, когда уровни сигнала и шума априори неизвестны и могут меняться в заданных пределах. При этом достигается высокое качество адаптации и квазиоптимальное качество дифференцирова-. ния во всем диапазоне изменения параметров полезного сигнала и помехи. формула изобретения Д.ифференцирующееустройство с переменной стуктурой, содержащее первое инерци онное звено, выход которого подключен к основному выходу устройсва а вход через последовательно включенные первый интег ратор, подсоединенный своим выходом к первому довэлиительному выходу устройства, 20 первый сумматор и второй интегратор - ко второму дополнительному выходу устройства и к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с входом устройства, и второе инерционное звено, подсоединенное входом к другому входу первогосумматора, о т л и ч а ю ш е е с я тем,что, с целью повышения точности работыустройства,оно содержит первый и второйлогические блоки, второй сумматор, блокпреобразования с нечетной функциональнойхарактеристикой, третье инерционное звенои блок выделения модуля, вход которого соединен с входом устройства, а выход черезтретье инерционное звено подключен к первым входам логических блоков, вторые входы первого и вгорого логических блоков подсоединены соответственно к выходам блокасравнения и второго сумматора, а выходы -к входам второго и первого инерционныхзвеньев, вход блока преобразования с нечетной функциональной характеристикой подключен к выходу блока сравнения, а его выходсоединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго инерционного авена.