Сглаживающий фильтр

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 980065 Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик(61) Дополнительное к авт. свид-ву - (22) Заявлено 220681 (21) 3305786/18-24 с присоединением заявки Йо 311 М. Ка. з. С 05 В 5/01 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(ЩУК 82-50 Опубликовано 07.1232.Бюллетень Й 9 45 Дата опубликования описания 0712.82 В.П.АВДЕЕВ, Л.П.ИЫШЛяЕВ, И.Н.ЩЕМЕЛЕВа, ВеИ.НО 4 ЙВ.и И.ГеЧернышСибирский ордена трудоного Красного Знамени металлургиЪаенай,институт. им.Серго Орджоникидзе и Государственныйвсесоюзный центральный ордена Трудового Красного Знаменинаучно-исследовательский институт комплексной автоматизации(54 ) СГЛАЖИВАЮЩИЙ 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(,13.Недостатком данного фильтра является низкая точность выделения полезного сигналаНаиболее 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 123.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 входпервого блока сравнения соединен свыходом первого фильтра низкой .частоты, второй вход - с входами фильтра и первого фильтра низкой частоты,а выход через второй Фильтр низкой 1 О частоты " с первым входом ключа, второй вход которого соединен с выходомэлемента ИЛИ, а выход - с вторымвходом сумматора, первый вход второгоблока сравнения подключен через детектор знака к выходу второго фильтра низкой частоты, второй входк выходу первого интегратора, а выход через последовательно соединенные первый интегратор и первыйквадратор - 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 подключенчерез дифференциатор к выходу вто"рого фильтра низкой частоты, второйвход - к выходу второго интегратора, а выход через последовательносоединенные второй интегратор и вто- ЗО дой квадратор - к первому входу пя 980065того блока сравнения,.второй вход и выход которого соединены соответственно с вторым эадатчиком и с вторым входом элемента ИЛИ.На Фиг.1 представлена структуриая схема предлагаемого сглаживающегоБ 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 х(С), сглаженный сигнал, с выхода первого фильтра Цй) низкой частоты, сглаженный сигнал с выхода второго фильтра хС) низкой частоты, сглаженный сигнал на выходе фильтра х(й).30Сглаживающий фильтр работает следующим образом.Входной сигнал х(а) 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 ный сигнал х(с). Сигнал х(т.)х(Т) - К(С, получаемый на выходе первого блока 2 сравнения, подается на вход второго фильтра 3 низкой частоты. Этот фильтр является более 45 быстродействующим по сравнению с первым фильтром 1 низкой частоты. На выходе второго фильтра 3 низкой частоты получается сигнал со сглаженным значением разнОсти х(с)-х(г). 50Далее 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)0Е(С) =э 1 яп 1) = ф60Сигнал с выхода детектора 4 знака ,о полученной последовательности сглаживается экспоненциальным сглаживателе, реализованным с помощью второго блока 5 сравнения и первого интегратора б. Если в сигнале о разности х(г) 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 б 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 б 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 х(г). С этой целью находят его производную в дифференциаторе 11, которая сглаживается в экспоненциальном сглаживателе (четвертый блок 12 сравнения и второй интегратор 13), работающею аналогично описанному сглаживателю (выполненному на втором блоке 5 сравнения и первом интеграторе 6). Сглаженный сигнал о скорости 4 зменения х(й) 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 х 2(1).Если скорость изменения х (й) 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 Йс), либо на выход сумматора 18 поступает сигнал х(Г).В качестве критерия точности работы сглаживающего фильтра приняли среднемодульное отклонениеМх( ) х( )1 нгде х ) - полезный сигнал;х ) - 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,Формула изобретения Сглаживающий фильтр, содержащий первый и второй фильтры низкой часготы, первый блок сравнения и сумматор, первый вход которого соединен с выходом первого фильтра низкой частоты, о т л и ч а ю щ и й с я 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 - с 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 фильтра0 20 25 низкой частоты, второй вход - квыходу первого интегратора, а выходчерез последовательно соединенныепервый интегратор и первый квадратор -к первому входу третьего блокасравнения, второй вход и выход которого соединены соответственно спервым эадатчиком и с первым входомэлемента ИЛИ, первый вход четвертого блока сравнения подключен черездифференциатор к выходу второго Фильтра низкой частоты, второй вход - квыходу второго интегратора, а выходчерез последовательно соединенныевторой интегратор и второй квадратор - к первому входу пятого блокасравнения, второй вход и выход которого соединены соответственно с вторым задатчиком и с вторым входомэлемента ИЛИ.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 296079, кл. С 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.Сере Заказ 9358/37 Тираж 914 ПодписНИИПИ Государственного комитета Со делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб иоеСС д. 4/ филиал ППП фПатеитф, г. Ужгород, ул. т оставитель А,Лащевейред М. Надь Корректор У,Поиомарен