Адаптивный фильтр

.ЫХ 3 Н 21/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ИЯ ИДЕТЕЛЬСТВ К АВТОРСКО 4) АДАП(57) Изобре ке, в частно рическим и уменьшени ной составл процесса. Ад цифровых ф вый блок 4, циентов, и блок 7 деле уч 1 т(72) Ю.Я. (56) Адап уэна и П рис, 1.1. 3,СЬеай ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Чувашский государственный универтет им. И.Н. Ульянова и Всесоюзный нано-иссл едовател ьс кипроектно-конструкторский институт релероенияЛямец и А.П, Арсентьевтивные фильтрыПод ред. К,Ф, К. 2ИВНЫЙ ФИЛЬТРтение относится к электротехнисти к релейной защите и злектзмерениям. Цель изобретения - е временй выделения постояняющей в условиях переходного аптивный фильтр содержит два ильтра 1, 2, сумматор 3, порогоблок 5 задания весовых коэффисточник 6 единичного сигнала, ния. 1-3 - 4-5-1, 6-2-7, 5 - 2. 1 ил.Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защитеи электри.ческим измерениям, и .может бытьиспользована для выделения принужденной постоянной составляющей тока или напряжения в условиях длительногопереходного процесса при неизвестнйх параметрах электрической установки.Для выделения постоянной составляющей электрической величины применяютсянерекурсивные цифровые фильтры с заранее"заданными коэффициентами, Чем вышеизбирательность такого Фильтра йо отношению к полезному сигналу, тем выше и инерционность фильтра, измеряемая временемвыделения полезного сигнала,Принципиальную возможность разре - шить противоречие между избирательностью и инерционностью предоставляетадаптивная фильтрация. Известные адаптивные фильтры включают в свой составцифровой фильтр, сумматор и блок-заданиявесовых коэфФициентов. Вход цифровогофильтра является входом адаптивногофильтра, а, выход подключен к одному извходов сумматора. Информационный входблока задания весовых коэффициентов обьединен с входом цифрового фильтра, а выходы подключены к входам заданияпараметров этого Фильтра.Уровень постоянной составляющей исостав переходного процесса заранее неизвестны, в связи с чем порядок указанногоадаптивного фильтра необходимо выбиратьдостаточно высоким, а его параметры подчинять условию нормирОвки частотной характеристики на нулевой .частоте. На этимеры ведут к увеличению временивыделения полезного сигнала,Цель изобретения - уменьшение времени выделения постоянной составляющей вусловиях переходного процесса,Поставленная цель достигается такимпостроением схемы адаптивного фильтра,что его порядок оказывается минимальнонеобходимым для обработки конкретногопереходного процесса, а на параметрыфильтра не накладывается никаких предварительных ограничений. С этой целью вадаптивный фильтр введены пороговыйблок, источник единичного сигнала, второйцифровой фильтр, идентичный первому, иблок деления, и между ними установленысвязи, обеспечивающие оптимальную настройку адаптивного фильтра, Пороговыйблок включен между выходом сумматора иуправляющим входом блока задания весовых коэффициентов; источник единичногосигнала, второй цифровой фильтр и блокделения включены последовательна каскадна), выходы блока задания весовых коэффициентов подключены к входам заданияпараметров второго цифрового фильтра;вторые входы сумматора и блока деления5 являются входом опорного сигнала, а выходблока делеййя - выходом адаптивного фильтра.На чертеже приведена структурная схема адаптивного Фильтра.10 Адаптивный фильтр содержит два цифровых фильтра 1 и 2, первый из которыхнастраивается на входной сигнал, а второйидентичен первому и получает свои параметры по результатам его настройки, сумма 15 тор 3, пороговый блок 4; блок заданиявесовых коэффициентов 5, источник единичного сигнала 6 и блок деления 7. В составцифрового фильтра 1 входят элементы за держки 8-10, умножители 11-13 и многовхо 20 довый сумматор 14. Второй цифровойфильтр Р состоит из аналоговых элементов,но включены фильтры 1 и 2 по-разному: информационный вход фильтра 1 образуетвход адаптивного фильтра. а инфармациан 25 ный вход фильтра 2 подключен к источникуединичного сигнала 6, Входы задания коэффициентов обоих фильтров 1 и 2 подключены к верхним выходам блока 5, нижний же: .выход этого блока подключен к входам бло 30 ка деления 7 и сумматора 3. Пороговый блок4, вход которого соединен с выходом сумматора 3, воздействует совместно с входнымсигналом фильтра на блок задания весовых .коэффициентов 5, Блок деления 7 выполнен35 с задающим входом, подключенным к выходу цифрового Фильтра 1. Выход блока деления 7 является выходам адаптивногофильтра.Для формирования оптимальной пере 40 даточной характеристики адаптивногофильтра используется опорный сигнал, Вобычных адаптивных фильтрах этот сигнализвестен. Принцйпиальнае отличие данногоФильтра заключается в ином подходе к Фар 45 мированию опорного сигнала, Априорно известсн лишь его характер - постоянный, науравень неизвестен, и поэтому опорный сигнал здесь формируется вместе с сигналами,задающими адаптивные коэффициенты50 цифровому фильтру 1,Отдельные блоки имеют следующие назначения. Цифровые фильтры 1 и 2 осуществляют нерекурсивноепреобразование 55 своих входных сигналов. Коэффициентыэтих фильтров одинаковы, поэтому к фильт. рам 1 и 2 можно относиться как к одному и тому же фильтру, который настраивается предварительно, будучи фильтрам 1, а после настройки используется как фильтр 2.5 1764145 6Если на вход фильтра 1 поступает сиг- дической погрешности. Пусть на его входнал ц(1), где - дискретное время,тосна его поступает величина ц(1) = Чо+ цсе, где Чо -вйходе образуется сигнал, .: неизвестная постоянная составляющая.подлежащая выделению, цСв(1) - свободнаяи, -5 слагаемая наблюдаемого переходйого проч(1) = ц(1) -,. а)ц(1 - 1), (1) цесса, протекающего в контролируемой сети. После преобразования в цифровомгде в - порядок фильт а : ФильтРе 1 блоке 5 и сумматоре 3 выходнойат - адаптивные весовые коэффициен- а последнего будет иметь видсигнал последнего ет иметь виты," вырабатываемые на верхних" выходах10блока леденил еееоеык коэффициентовб еб)= Н 10) тсос-у с цсссб) "2 эосс 11. 1),тб)Существенно; что.младший коэффициентфильтра зафиксирован (ао = 1).На нижнем выходе блока 5 формируется 15 где Н(О) - передасточнсая характериСтикапостояннйй опорный сигнал у. В сумматоре фильтров.1 и 2 на нулевой частоте.5 этот сигнал вычйтаетсця из ч(1), ина поро-По мере йоступления отсчетов входнойговый блок 4 поступает разйостныйсигнал "величинызадтающий блок 5 определяет параметры у и а для все большйх зсначейий а,. ".:;,. ,п,":.: .:.: 20 начийая котс а= О, когда имелся лишьедийя = ч - у ие ц(1) - У -,Р, а)ц(1 -с ) (2) .: ственный отсчет ц(О) и из системы (4) следовало, что у =" цс(0). Полная настройкакотсорый воспринимается как помеха(невяз- . д о о йил ра произоидет в том слуадсаптивнбгофильтра и оизой етвтомслка). Пороговый блок 4 реагирует на ееуро-,: чае, когда Установится низкий уровень сиг, "вень, уставка срабасть)всания порогового 25нала г (1), вернется по оговый блок 4 иэлемента д выбираетсяс настолько. малой, : приостановитсвбю работу 3 эдающий блокнакскотлько позсоляетс уровень шумов; Если . 5, Таким образом, можно сказат, что поро(1)А, орогов й блок 4 ссрабатьеает,раз-говь 1" блок 4 контРолиРУет полноу настРойеаая тем самым задающем блокуэ ооно- важен тот акт что существ ет значение аВОКЗВрассщоЕТСя, СНИМая СВОЙ СИГНкасЛСэадлаа. УДОД ", а;.ащето блока 6 и приотстанацвлисваяс тем самымпроцесс обнреленил коэффициентов." . -.:,-осс(1) -э)цсс(1. 1) вО, 16)Блок 5 фоЬмируест-ма своих выходах сиг,. ,:,йалы, задающие коэффицйентыат), а такжерйорный ситнал у. Принцип ддесйствйя этого Задающий блок 5 обеспечит значения коэфблока заключается в йреобразойании отсче-" фсйциентов а), необходимые для выйолнениятов входной величины ц(1), взятых в моменты ,- тсождеоства (6). Одновременно с этим он вывремени 1-0, 1, , и (1 - О, и), в сигналы аь 40 ставит на нижнем выходе сигйал=: 1, в, и:у, и, в общем случае йодчийеннекоторому крйтерию, минимизирующему" у = Н(0)Чо. (7)урОвень сигнала я(1). Простейшая организа: ция блока 5 обеспечйвает рсешейие в 4-1 Условие подавления-свободного слагаемогоуравнений . 45 (6) совместно с равенством (7) приводит, какэто видно иэ ейрэженнтия 1 б), к тому, что э 1: - Ок 1) = О;1= т. 2 т.,. 3) при 1 В т, причем Э О) - О при 1 = т, 2 тобеспечйвается в процессе настройки соили, с учетом выражения(2), .:гласно(3), а я(1) = - 0 при 1 2 в+ 1 получа- .у+ ц(а)а 1+ ц(в -2)а 2+50 ется уже само собой за счет достигнутой+ ц(1)ап) =ц(в+1) Механизм настройки, приводящий витоге к равенствам (6), (7), может быть расу+ ц(2 в - 1)а 1+ ц(2 в - 2)а 2+55 крыт на примерах конкретных свободных+. ц(в)а)2) = ц(2 сп)слагаемых, Пусть, например., свободныйпроцесс носит апериодический характер, т.Рассмотрение свойств адаптивного е. цб(1) = Чехр(-фт 1), гдето - неизвестныйфильтра показало, что он свободен от мето- коэффициент затухания; ю- интервал диск(4)йли, в форме(4),ретизации. Тогда сигнал (5) на выходе сумматора (3) у+ о(0)а 1 + о(1)а 2 = о(г),у+ о(1)а 1+ о(2)а 2 - о(3),у+ о(2)а 1+ о(3)а 2 = о(4). фх(1) = Н(0)Ч 0- у+ (1 - а 1 е )чеБлок задания весовых коэффициентов 5 определит параметры у и а 1 из условия (3) в=1:(13) п риМежду тем, сигнал я (1) будет иметьО следующее описание в форме (8):1 те(1 - Н(0)ЧО - у + (1 - а 1 е2 1 т - фа ДГ15 - а 2 е )Че + (1 - а 1 е: -а 2 е )Ч 2 е я (1) = О, е (2) = О,Ф Ъи сделает это на основе равенства (4) уо(0)а 1 = о(1),О)у + о(1)а 1 = о(2)Но равенства (9) в данном случае адекватны не только равенствам (10), а также и равенствам, следующим на основании выражения (8):"( с г," и,следовательно, выполнение условий (12) обеспечивается прежним равенством (7), а 2 г- а 2 ехр 2 1 - 86 х р р . Р РН(0)Чо - У+ (1 - а 1 е )е = О1 - а 1 ехр Д ю - а 2 ехр 2 Ъ т= О,фт -2 фт0)Чо - у+ (1 - а 1 е )е - О. что автоматически сводит к нулю сигнал а(1)при всех последующих значениях дискрет. Как в равенства (10), так й в равенства (11) ного времени 1,входят одни и те же неизвестные у и а 1. Так же при в = 2 происходит-настройкаСтоиттеперь.перенестирезультат,получен- и на периодический свободный процессный иэ равенства (11), в выражение(8) ка оав(1) Чехр(-фткр)з 1 п(рй+ф где Р =2 жт;станет ясйо, что условия настройки (9) при- неизвестная частота. Условие настройкиведут к полному исчезновению сигнала 8 (1), сохраняет форму (13), но на этот раз сигналт. е, за ними последует е(1) = 0,1=3, 4". 35 (1) имеетиноеойисание:Пороговый блок 4 обнаружит низкий уровень выходного сигнала е(1) сумматора 3 и .:"." . -ртснимет с задающего блока 5 сигнал; разре- (1) = Н )Чц-У+2 1 п Ц 1 -а 1 ешающий дальнейшую настройку йерекур- .- .2 Рф Рсивного фильтра 1, Выставленные 40:; а 2 е ) епараметры сохранятся иу второго нерекурсйвного фильтра 2. Поскольку на его вход; гДе Р,: ф+. коме"снаЯ "астотапоступает опорный постоянный сигнал еди Очевидно, что и в этом случае соотношейиеничного уровня, то выходной сигнал этого (7) сохранит свою силу, а коэффициенты а 1 ифильтра совпадает по величине с Н(0) В 45 а 2 окаЖУгся подобранными изусловияблоке 7 сигнал у делится на Н(0), вСледствиечего на выходе совокупного адаптйвного, а 1 ехР(Р а 2 е"Р(2 Р)фильтра возникает сигнал у/Н(0), который;как видно из равенства (7), и есть искомая Ил" "з У".1 овийвеличина Ч 0, 58 .Адаптивный фильтр действует по той же . " а 1 ехРРсоз Р- а 2 ехр 2 фт у - О. схеме и.при более сложном характере свободного процесса. Так, если о (1), аехрфз 1 пф 1-а 2 ехр 2 фтз 1 п 2 ит,- Ч 1 ехр(- ф т 1)+ Ч 2 ехрЩ т 1), настройка бу-"дет продолжена вплоть до и = 2. Вместо 55 АдапивныйфильтРобладает,такимобусловий(9) условиями настройки, реализуе- раЗОм, свойством обнарУживать за вполнемыми задающим блоком 5, явятся; согласно Определенное вРемЯ и без методической поуравнениям (3)гРешнОсти постоЯнную составллюЩую пег(2)-О, е(3) = О,е(4) = 0 (12) Реходного прОцесса, что полезно в целомРяде устройств, требующих быстрого и точН(Заказ 3462 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ного измерения этой составляющей, напримерв устройствах контроля изоляции электрической сети, а такжев быстродействующих измерительных органах за:щитных устройств, предотвращающих поражение электрическим током.формула изобретения Адаптивнйй фильтр, содержащий цифровой фильтр, вход которого является входом адаптивнОго фильтра, а выход подключен к одному из входов сумматора, атакже блок задания весовыхкоэффициентов, информационный вход которого обьединен с входом цифрового фильтра, авыходы подключены к входамзадания параметров первого цифрового фильтра; о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения времени и выделения постоянной поставляющей в условиях переходного процесса, в него введены пороговый блок, включенный 5 между выходомсумматора иуправляющимвходом блока задайия весовых коэффициентов,а также источник единичного сигнала, второй цифровой фильтр, идентйчный первому, и блок деления, вклФчейные последо вательйо, при этом выходы блока заданиявесовых коэффициейтов подключены к вхо- дам задания параметр 6 в еторогоцифрового фильтра, вторые входы сумматора и блока деления являются входом опорного сигна ла, а выход блока деленйя является выходомадаптйвного фильтра,