Управляемый фильтр

Ю. В. Нагайцев, В. П. Авдеев, Л. П. Иьппл ев, д .В. И, Носырев, В. А. Столяр и А. Э. Выгоскийатея.,:,Сибирский металлургический институт им., ер 4 о ОрджонйкидзеРг ,.и Всесоюзный центральный ордена Трудового Красного."дйайенинаучно-исследовательский институт комплексйЬЙДц,;-;:гавтоматизации(54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ФИЛЬТР Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано длявыделения полезной низкочастотной составляющей измеренных сигналов.Известно сглаживающее устройстводля выделения полезной составляющейизмеренного сигнала, содержащее источМник переменного, например, гармонического сигнала, последовательно соединенные суммирующий усилитель и два1 Синтегратора, выходы которых подключены к входам суммирую 1 цего у:илителя,а выход источника переменного сигналасоединен с дополнительным входом суммирующего усилителя 11,15Недостатком данного устройства является низкая точность выделения сигнала.Известен также управляемый Фильтр,содержащий ограничитель уровня сигнала, два интегратора, масштабный усилитель, элемент сравнения, первыйвход которого подключен ко входу устройства, а выход - через ограничитель уровня сигнала ко входу первого интегратора, выход которого подключен к выходу устройства, к второму входу элемента сравнения и, через второй интегратор и масштабный усилитель, к ограничителю уровня сигнала. При коммутации напряжения силовой сети в течениекороткого промежутка времени происходит внезапное падение напряжения,в элементе сравнения вырабатываетсяпереходной сигнал, который подаетсяна вход ограничителя уровня сигнала.Ограничитель уровня сигнала ограничивает входной сигнал первого интегратора до величины приблизительно равной уровню напряжения без помех. После интегрирования в интеграторе падение напряжения на выходе сглаживающего устройства мапо относительно изменения напряжения на входе, Такимобразом, сглалс:вающее устройствоуменьшает влияние как помех типа "выбросов", характеризующихся кратковременным изменением сигнала на входе5 1 о 15 тора 3,2 о 25 30 40 45 50 35 устройства на значительную величину,так и обычных помех, распределенных,например, по нормальному закону 21.Недостатком известного устройстваявляется низкая точность выделенияполезного сигнала в случае, когдастатистические и структурные свойстваполезного сигнала и помехи изменяются. Настроечные же параметры сглаживающего устройства, к которым относятся постоянная времени интегрированияТ 1 первого интегратора и величинаограничивающего напряжения Я ограничителя сигнала, определяются при фиксированных указанных свойствах сигнала.Цель изобретения - повышение точности выделения полезного сигнала,Для достижения, цели в управляемыйфильтр, содержащий последовательновключенные элемент сравнения, ограничитель и первый интегратор, выход которого соединен с другим входом элемента сравнения, масштабный усилительи второй интегратор, введены дополнительный элемент сравнения, детекторзнака, квадратор, дополнительный масштабный усилитель и сумматоры, приэтом между выходом элемента сравнения и входом второго интегратора.включены последовательно детектор знакаи дополнительный элемент сравнения,выход второго интегратора соединен сдругим входом дополнительного элемента сравнения и входом квадратора,выход которого подключен к дополнительному входу ограничителя через последовательно соединенные масштабныйусилитель и первый сумматор и к дополнительному входу первого интегратора через последовательно соединен-,ные дополнительный масштабный усилитель и второй сумматор, причем другойвход каждого из сумматоров подключенк источнику сигнала постоянной величины.На чертеже представлена структурная электрическая схема управляемогофильтра,Сглаживающее устройство содержитпервый элемент 1 сравнения, первыйвход которого подключен ко входу устройства, а выход - через ограничитель2 ко входу первого интегратора 3, соединенный выходом со вторым входомэлемента 1 сравнения и с выходом устройства. Вход детектора знака 4 подключен к выходу первого элементасравнения, а выход - к первому входу дополнительного элемента 5 сравнения,выход которого соединен с входом второго интегратора Ь, выход которогоподключен к второму входу дополнительного элемента 5 сравнения и к входуквадратора 7. Выход последнего подключен к входам двух масштабных усилителей 8 и 9. Выход первого масштабного усилителя 8 соединен с первым входом первого сумматора 10, второй входкоторого связан с источником сигналапостоянной величины, а выход - с дополнительным входом ограничителя 2,Выход дополнительного масштабногоусилителя 9 соединен с первым входом второго сумматора 11, второй вход которого связан с источником сигналапостоянной величины, а выход. - с дополнительным входом первого интеграУстройство работает следующим образом,Входной сигнал поступает на входпервого элемента 1 сравнения, в котором из него вычитается выходной сигнал устройства, и получаемая разностьЯ (С) поступает на вход ограничителя2 и на вход детектора знака 4. Если(1) превышает величину ограничивающего напряжения ограничителя 2, то вограничителе 2 он ограничивается доэтой величины, Это можно представитьвыражениемфпри ЕФЕ= б 0), при -ВЫЙР- ф, при Ю Ргде Е(й) - выходной сигнал ограничителя;- величина ограничивающегонапряжения,Ограничитель 2 может быть реализован,например, с помощью операционногоусилителя в режиме насыщения. СигналЙ(й) с выхода ограничителя 2 поступает на вход интегратора 3, выполненного, например, с помощью операционногоусилителя с емкостной отрицательнойобратной связью, На выходе интегратора 3 получается сглаженный сигнал,который и поступает на выход устройства.Все остальные блоки управляемогофильтра предназначены для адаптацииего настроек величины ограничиваюшегонапряжения р ограничителя 2 и постоянной времени интегрирования Т интегратора 3.Сигнал с выхода детектора знака 4, равный +1 или -1 в зависимости отзнака сигнала Я (1), поступающего навход детектора знака 4 с выхода элемента 1 сравнения, поступает на первый вход дополнительного элемента 5сравнения, в котором от него вычитается выходной сигнал второго интегратора 6, и разность поступает на входэтого же интегратора. Таким образом,на выходе интегратора 6 получаетсясглаженный сигнал от детектора знака4. С выхода интегратора 6 сигнал через квадратор 7, в котором он возводится в квадрат, поступает на входыдвух масштабных усилителей 8 и 9,где производится умножение сигналана коэффициенты К, и К,Выходной сигнал масштабного усилителя 8 суммируется в первом сумматоре 10 с постоянным сигналом ф и поступает на дополнительный вход ограничителя 2, задавая величину ограничивающего напряжения ф. 1 О15го Выходной сигнал дополнительного масштабного усилителя 9 суммируется во втором сумматоре 11 с постоянным сигналом Т 1 и поступает на дополниотельный вход интегратора 3, задавая величину постоянной времени интегрирования Т 1 этого интегратора.Постоянная времени интегрирования Тг интегратора 6, масштабные коэффициенты К и Кг масштабных усилителей, сигналы б и Т; определяются экспериментально в зависимости от свойствЗ 5 полезного сигнала и помехи. В частности, величины сигналов б и Т 1 выбираются при минимальной частоте полезного сигнала и минимальной величинепомех.40Таким образом, в результате введения новых элементов обеспечено повышение точности выделения полезногосигнала на фоне помех,Формула изобретенияУправляемый фильтр, содержащий последовательно включенные элемент сравнения, ограничитель и первый интегратор, выход которого соединен с другим входом элемента сравнения, масштабньщ усилитель и второй интегратор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности выделения полезного сигнала, в него введены дополнительный элемент сравнения, детектор знака, квадратор, дополнительный масштабный усилитель и сумматоры, между выходом элемента сравнения и входом второго интегратора включены последовательно детектор знака и дополнительный элемент сравнения, выход второго интегратора соединен с другим входом дополнительного элемента сравнения и входом квадратора, выход которого подключен к дополнительному входу ограничителя через послеадовательно соединенные масштабный усилитель и первый сумматор и к дополнительному входу первого интегратора через последовательно соединенные дополнительный масштабный усилитель и второй сумматор, причем другой вход каждого из сумматоров подключен к источнику сигнала постоянной величины.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР В 321797, кл. С 05 В 5/О 1, 1970. 2. Патент Англии У 1469605,кл. Н 3 й, 1977 (прототип),884082 Составитель Г Техред О.Дюлай актор Н. Джуг Заказ 10252/8 1303 ЛП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 фил Тираж 991 ВБИИПИ Государственно по делам изобретен 5, Москва, Ж, Ранасьева Корректор О. Вил Подписноекомитета СССРи открытийкая наб., д,