Управляемый фильтр

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сефз СоветскикСоцнвинстнческикРеспубпик(23) Приоритет. Гесударстввааыа кюиатет СССР ввеаан азабретаааа а етарьпаа(088.8) Опубликовано 15.03.83. Бюллетень %10 Дата опубликования описания 18.03,83(72) Авторы изобретения А.Ф. Кузнецов, В.П. Авдеев, Л.П. Ныш И.П. Строков, И,К, Левин и С.Е) Заявите РАВЛЯЕИЫЙ ФИЛЬТР 2 помуфилсое Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для выделения низкочастотной составляющей измеренных сигналов в условиях, когда имеется информация о ее.существенных изменениях, например при взвешиванииГв движении составов со слитками металла на металлургических заводах, когда имеются сигналы от фотодатчи о ков о моментах наезда и съезда платформы со слитками на взвешивающее уст. ройство, а также при нагреве слитков металла, когда имеются сигналы о моментах посада и выдачи слитков из на з гревательных колодцев.Известно сглаживающее устройство, содержащее ограничитель уровня сигнала, два интегратора, масштабирующий усилитель, блок сравнения, первый 20 вход которого подключен ко входу устройства, выход - через ограничитель уровня сигнала ко входу первого ин-тегратора, выход которого подключен . к выходу устройства, к второму входу блока сравнения, через второй интегратор и масштабирующий усилитель к ограничителю уровнясигнала (.1 1.Недостатком укаэанного устройства является низкая точность выделения полезного сигнала в случае, когда статические и структурные свойства полезного сигнала и помехи изменяют" ся. Настроечные е параметры сглаживающего устройства, к которым относятся постоянная времени интегрирования Т первого интегратора и величина ограничивающего напряжения р ог" раничителя сигнала, определяются при, фиксированных указанных свойствах сигнала.Наиболее близким к изобретению технической сущности и достигаемореэультату является управляемый ьтр, содержащий последовательно диненные первый блок сравнения, ог3 1 раничитель и первый интегратор; выход которого соединен со вторым входом первого блока сравнения, последо- вательно соединенные детектор знака, вход которого соединен с Выходом первого блока сравнения, второй блок сравнения, второй интегратор, выход которого соединен с вторым входом второго блока сравнения, квадратор, первый масштабирующий усилитель, первый сумматор, выход которого под" ключен к дополнительному входу огра" ницителя, последовательно соединенные второй масштабирующий усилитель, вход которого соединен с выходом ква ратора, второй сумматор, выход которого соединен с дополнительным входом первого интегратора, причем другой вход каждого из сумматоров подключен к источнику сигнала постоянной величины 2 3.Недостатком этого устройства при его использовании в указанных условиях является низкая точность выделения полезного сигнала, так как не используется дополнительная инФормация о существенных изменениях низкочастотной составляющей.Целью изобретения является повышение точности выделения полезного сигнала.Поставленная цель достигается тем, цто управляемый Фильтр, содержащий последовательно соединенные первый блок сравнения, ограничитель и первый интегратор, выход которого под-ключен к второму входу первого блока сравнения, последовательно соединенные детектор знака, вход которого подклюцен к выходу первого блока сравнения, второй блок сравнения, второй интегратор, выход которого соединен с вторым входом второго блока сравнения, квадратор, первый масштабирующий усилитель, первый сумматор, последовательно соединенные второй масштабирующий усилитель, второй сумматор, вход второго масштабирующего усилителя подключен к выходу квадратора, вторые входы первого и второго сумматоров подклюцены к источнику сигнала постоянной величины, содержит последовательно соединенные датчик инициативного сигнала, третий блок сравнения и третий интегратор, подключенный выходом к второму входу третьего блока сравнения, третий масштабирующий усилитель и третий сумматор, последовательно соединенные 25 30 35 40 45 50 55 четвертый масштабирующий усилитель, цетвертый сумматор, выход которого соединен с дополнительным входом первого интегратора, а второй вход подключен к выходу второго сумматора,выход третьего сумматора соединен сдополнительным входом ограничителя,а второй вход подключен к выходупервого сумматора, вход четвертого масштабирующего усилителя подключен к выходу третьего интегратора,На чертеже представлена структурная схема предложенного управляемого Фильтра. Управляемый Фильтр содержит первый блок 1 сравнения, первый вход которого подключен ко входу устройства, а выход - через ограничитель 2 ко входу первого интегратора 3, выходом соединенного со вторым входом,первого блока 1 сравнения и с выходом устройства. Вход детектора 4 знака подключен к выходу первого блокасравнения, а выход - к первому входувторого блока 5 сравнения, выход которого соединен со входом второгоинтегратора 6, выход которого подключен ко второму входу второго блока 5сравнения и к выходу квадратора 7.Выход последнего подключен ко входампервого 8 и второго 9 масштабирующихусилителей. Выход первого масштабирующего усилителя 8 соединен с первым входом первого сумматора 10, второй вход которого связан с источником сигнала постоянной величины, авыход - с первым входом третьегосумматора 11. Выход второго масштабирующего усилителя 9 соединен спервым входом второго сумматора 12,.второй вход которого связан с источником постоянной величины сигнала,а выход - с первым входом четвертогосумматора 13. Выход датчика 14 инициативного сигнала через третий блок15 сравнения и третий интегратор 16подключен ко входам третьего 17 и четвертого 18 масштабирующих усилителей.Причем ко второму входу третьегоблока 15 сравнения подсоединен выходтретьего интегратора 16, Выход третьего масштабирующегоусилителя 17 подключен ко второму входу третьегосумматора 11, выход которого соединенс дополнительным входом ограничителя 2. Выход четвертого масштабирующего усилителя 18 подключен ко второму входу четвертого сумматора 13, вы45Датчик 14 инициативного сигналавырабатывает сигнал импульсной формыпри существенных изменениях внешнихусловий. Этот сигнал поступает на Япервый вход блока 15 сравнения, гдеиз него вычитается сигнал с выходатретьего интегратора 16, который сое.динен со вторым входом блока 15 срав"нения.Выходной сигнал третьего интеграфф тора 16 поступает на входы третьего17 и четвертого 18 масштабирующихусилителей, где производится умножение сигнала на коэффициенты Е и 5 10049ход которого соединен с дополнитель" ным входом интегратора 3Устройство работает следующим образом. Входной сигнал поступает на вход% первого блока 1 сравнения, в котором из него вычитается выходной сигнал устройства, и получаемая разность Е(т,) поступает на вход ограничителя 2 и вход детектора 4 знака. Если Е(й) превышает величину ограничивающего напряжения ограничителя 2, то в последнем разность 1(й) ограничивается до этой величины согласно выражению(Ь при .Е(В) Ь Е (й) = Е(й) при - фСЕ(С) (Ъ при Е 4 - Ъ где Е (й) - выходной сигнал ограничителя 2; р - величина ограничивающегонапряжения.Ограничитель 2 может быть реализован, например, с помощью опера ционного усилителя. в режиме насыщения.Сигнал Ес выхода ограничителя 2 поступает на вход первого интегратора 3, выполненного с помощью,. звнапример, операционного усилителя с емкостной отрицательной обратной связью. На выходе первого интеграто. ра 3 получается сглаженный сигнал, который и поступает на выход устройства.Все остальные блоки управляемого фильтра предназначены для адаптации . его настроек: величины ограничивающего напряжения р ограничителя 2 и постоянной времени интегрирования Т первого интегратора 3.Сигнал с выхода детектора 4 знака, равный +1 или - 1 в зависимости от сигнала Е(й), поступающего на вход детектора 4.знака с выхода первого блока 1 сравнения, идет на первый вход второго блока 5 сравнения, в котором из него вычитается выходной сиг нал второго. интегратора 6, Иными словами, на выходе второго интегратора 6 получается сглаженный сигнал от детектора 4 знака. С выхода второго интегратора 6 сигнал через квадратор 7, в котором он возводится в квадрат, поступает на входы двух масштабирующих усилителей 8 и 9, где производится умножение сигна. ,ла на коэффициенты 1,1 и 12,62 ЬВыходной сигнал первого масштабирующего усилителя 8 суммируется впервом сумматоре 10 с постоянным сигЪналом рф, и полученный сигнал рпоступает на первый вход третьегосумматора 11.Выходной сигнал второго масштабирующего усилителя 9 суммируется вовтором сумматоре 12 с постоянным сигналом Т, а полученный сигнал поступает.на первый вход четвертого сумматора 13.Датчик 14 инициативного сигнала,третий блок 15 сравнения, третий ин- .тегратор 16, третий 17 и четвертый18 масштабирующие усилители предна"значены для корректировки коэффициентов р и Т в зависимости от контролируемых изменений внешних условий(программное изменение коэффициентов)В конкретном варианте реализацииуправляемого фильтра эти корректировки осуществляются по выражениямр (С) =е-а 1п 3 дТпр(й) = 1 с,егде к ,1 ,а - постоянные коэффициенты;Ф " интервал времени от"счета после поступления инициативного сигнала,Из этих выражений видно, что приизменении внешних условий, т.е. вслучае начала существенного изменения полезного сигнала, коэффициенты р и Т скачкообразно увеличиваютсяна значения Еи 1 которые -впоследствии экспоненциально уменьшаются.Для осуществления описанной процедуры сигнал с выхода датчика поступает на блок реализации Функциие 1,которая воспроизводится с по-цИмощью блока .сравнения и интегратора.10049 Формула изобретения 7Выходной сигнал третьего масштабирующего усилителя 17 поступает на второй вход третьего сумматора 11, где суммируется с величиной р, задавая величину ограничиеаЪщего на-, пряжения р ограничителя 2.Выходной сигнал четвертого масштабирующего усилителя 18 поступает на второй вход четвертого сумматора 13, где суммируется с величиной 16 Т.1, задавая величину постоянной времени интегрирования Т первого интегратора 3. Постоянная времени интегрирова" 1 З ния Т второго интегратора 6, масштабирующие коэффициентыМ З и 1масштабирующих усилителей, сигналы (Р и Т определяются экспе 1риментально в зависимости от свойств О полезного сигнала и помехи. В частности ро и Т выбираются при мини 1мальной частоте полезного сигнала и минимальной величине помехи.Таким образом, предложенное тех ническое решение позволяет повысить точность выделения полезного сигнала в тех случаях, когда имеется информация о существенном изменении низкочастотной составляющей сигнала. ЭО:управляемый фильтр, содержащий последовательно соединенные первый блок сравнения, ограничитель и пер-вый интегратор, выход которого подключен к второму входу первого блока сравнения, последовательно соединен- в ные детектор знака, вход которого подключен к выходу первого блокасравнения, второй блок сравнения,второй интегратор, выход которогосоединен с вторым входом второго блока сравнения, квадратор, первый масштабирующий усилитель, первый сумматор, последовательно соединенныевторой масштабирующий усилитель, второй сумматор, вход второго масштабирующего усилителя подключен к выходуквадратора, вторые входы первого ивторого сумматора подключены к исфтоцнику сигнала постоянной величины,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности выделенияполезного сигнала, он содержит последовательно соединенные датчик инициативного сигнала, третий блок срав-нения и третий интегратор, подключенный выходом к второму входу третьего блока сравнения, третий масштабирующий усилитель и третий сумматор, последовательно соединенные четвертый масштабирующий усилитель ичетвертый сумматор, выход которогосоединен с дополнительным входом первого интегратора, а второй вход подключен к выходу второго сумматора,выход третьего сумматора соединен сдополнительным входом ограничителя,а второй вход подключен к выходупервого сумматора, вход четвертогомасштабирующего усилителя подключенк выходу третьего интегратора,Источники информации,. принятые во внимание при экспертизе1, Патент ВеликобританииЮ 1469605, кл. Н 3 И, опублик. 19772. Авторское свидетельство СССРпо заявке й 2848482/18-09,кл. Н 03 Н 21/00, 1980 (прототип).1004962 Составитель В. Кузинелемеш Техред Ж, Кастелевич Корректор . Ро Ред,. к е е а аказ 1893/60 липл ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная Тираж 872 ВНИИПИ Госуд по делам 3035, Москваственногообретений Ж, Рауш Подписноемитета СССРоткрытийая наб., д, 4