Устройство для дифференцирования медленно изменяющихся сигналов

О П И С А Н И Е993279ИЗЬВРЕТЕН ИЯ Союз Советски кСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУдв делам изебретеккй и открытий,Пата опубликования описания 31.01.83ф р,. 5 гЕ. В, Гусак, В;Ф. Ииргород, В,В. Морозов и , СйтйикоеОдесский ордена Трудового Красного Знамениполитехнический институт(й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЯ ИЕДЛЕННО ИЗИЕНЯОЦИХСЯ СИГНАЛОВ 1Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.Известны аналогичные устройства, построенные на основе автоколебательных замкнутых контуров с интегрирую" щей обратной связью, одно из которых содержит элемент сравнения, релейный элемент и интегратор, образующие релаксационный генератор, и сглаживающий фильтр, подключенный к нему 113. Недостаток устройства - низкая .точность дифференцирования, обусловленная срывом скользящего режима ав токолебаний под воздействием помехи,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является- устройство, содержащее дифференцирующий релаксационный контур и сглаживающий Фильтр, имеющий регулируемую (переключаемую) постоянную времени, который управляется блоком управляющих сигналов, связанным с дифференцирующим контуром 2). 2Недостаток известного устройства тоже состоит в невысокой точности диф; ференцирования. Это обусловлено влиянием помех на режим колебаний и зависимостью оаибки дифференцирования от величины производной полезного сигна" ла и от амплитуды помехи. Цель изобретения - повышение точности дифференцирования в условиях .1 Овоздействия помех.Поставленная цель достигается. тем,что устройство для дифференцирования медленно изменяющихся сигналов, содер 15жащее элемент сравненияпервый вход которого является входом устройства, а выход элемента сравнения через релейный. элемент связан с информационными входами сглаживающего фильтра и интегратора, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, при этом выход элемента сравнения через блок управляющих сигналов связан с управляющим входом сглаживающего3 993279 фильтра, выход которого является выходом устройства, содержит последовательно соединенные триггер, ждущий мультивибратор, реверсивный счетчик и преобразователь код-аналог, выход релейного элемвнта подключен к первому входу триггера и к управляющему входу реверсивного счетчика, выход блока управляющих сигналов подключен к второму входу триггера, выход пре О образователя код-аналог связан с входом управления коэффициентом передачи интегратора.На фиг, 1 представлена блок-схема устройства; на фиг, 2 - временные ди аграммы сигналов.Устройство содержит элемент 1 сравнения, релейный элемент 2, интегратор 3, блок 4 управляющих сигналов, сглаживающий фильтр 5, триггер 6, ждущий мультивибратор 7, реверсивный счетчик 8, преобразователь 9 код-аналог.Устройство работает следующим образом.25Полезный входной сигнал а(й) в смеси с аддитивной помехой оз(1) поступает на вход устройства, При отсутствии помехи в контуре возникает скользящий автоколебательный режим. При этом сигнал ошибки близок к нулю и блок 4 управлящщих сигналов (выполненный, например, на основе амплитудного селектора и связанного с ним реле) своим выходным сигналом устанавливает постоянную времени сглаживающего фильтра 5 на ее меньшее значение и удерживает триггер 6 в состоянии "0".Под воздействием помехи ы( 1) (Фиг. 2 о) в контуре релаксационного40 генератора происходит срыв скользящего режима и захват колебаний контура частотой сигнала помехи, При этом блок 4 управляющих сигналов переключает постоянную времени сглаживающего фильтра 5 на большее ее значение,45 а на второв входе триггера 6 устанавливает значение напряжения, разрешающее его срабатывание по первому, счетному входу.50Выходной сигнал О 2 релейного элемен га 2 (фиг, 2 о) поступает на триггер 6, запускающий передним Фронтом своего выходного сигнала О (фиг. 2 е) ждущий мультивибратор 7. Импульсы фиксированной частоты ждущего мультивибратора 7 (фиг. 2 ъ) поступают на счетный вход реверсивного счетчика 8,4управляющий вход которого, осуществляющий управление реверсом, подключен к выходу релейного элемента. Поэтому при положительной полярности сигнала с релейного элемента 2 реверсивный счетчик 8 работает в режиме сложения, а при отрицательной полярности О в режиме вычитания, Таким образом, в течение времени измерения, определяемого состоянием "1" триггера 6, код в счетчике 8 изменится на величину, пропорциональную изменению скважности импульсов на выходе релейного элемента 2,. Код счетчика 8 при помощи преобразователя 9 преобразуется в аналоговый сигнал О (фиг, 20), поступающий на вход управления коэффициентом передачи интегратора 3.Так как скважность импульсов на выходе релейного элемента 2 пропорциональна средней скорости изменения сигнала интегратора 3, то изменение скважности пропорционально отклонению средней скорости изменения выходного сигнала интегратора 3 от производной входного полезного:сигнала, т. е.ошибке дифференцирования. В зависимости от величины этой ошибки, определяемой за время измерения, изменяется сигнал на выходе преобразователя 9, а следовательно, и коэффициент передачи интегратора 3 так, чтобы уменьшить ошибку дифференцирования. Пусть, например, полезный сигнал на некотором участке аппроксимируется линейно растущей функцией с неизвестной скоростью нарастания а(й)= =А й, а помеха - гармонической Функцией с неизвестной амплитудой со(1) = =Всозрй. Пусть коэффициент передачи интегратора 3 равен К. Тогда средняя за период Т скорость нарастания сигнала О 5 определяется соотношениемКтк гТгде К - коэффициент передачи интегратора;ь - время нарастания сигнала ин 1тегратора 3С 2 - время убывания сигнала.Для того, цтобы ошибка дифференцирования в указанном случае была равна нулю, необходимо, чтобы выходной сигнал О интегратора 3 следил за полезным сигналом а(1) с постоянной средней ошибкой д:О=а- ь.993279 К:А (Ц -Ч 2). Т Т" 1 20 5Действительно, тогдау(С) -- а ( С) -Д =Следовательно, средняя за период скорость нарастания сигнала 0 должна совпадать со скоростью нарастания по,лезного сигнала:КС - К 7едЦ=А,1 о Так как =МТщ,=й 2 тмв где Т - период следования импульсовмультивибраторай - число импульсов сложения реверсивного счетчика 8;Й 2 - исло пульсов вычитаняреверсивного счетчика 8, то из последней формулы следует Уравнениеотносительно ошибки слежения за линейно растущим входным сигналом имеет вид25( Р+1)д=РаЦ АКК К К1 не зависит от амплитуды помехи, то число импульсов, поступивших на счет" ный вход реверсивного счетчика 8, а значит и код в счетчике не зависит от значения амплитуды помехи. Таким образом, структура устройства, основанная на введении цепи управления коэффициентом передачи интегратора, позволяет повысить точность и помехоус" тойчивость дифференцирования медлен" но изменяющихся сигналов с наложенной высокочастотной помехой.Использование предлагаемого устройства в автоматических управляющих уст" рбйствах позволит повысить точность реализации законов управления, что в свою очередь приведет к повышению автоматического управления технологическими обьектами и процессами. В области вычислительной техники применение устройства позволит повысить точность обработки информации, что и определяет технико-экономическую эффективность от использования изобретения.1Формула изобретениягде К - эквивалентный коэффициент пеЭредачи релейного элемента 2на гармоническую составляющую; ЗоР - оператор дифференцирования.Сопоставив .два последних уравнения, можно сделать вывод, что ошибка слежения не зависит ни от скорости изменения Входного полезного сигнала, ни от амплитуды помехи и постоянна по Йеличине, поэтому ошибка дифференцирования линейно растущего полезного сигнала с наложенной нанего помехой равна нулю. 40На фиг. 2 е показаны точное значение производной входного полезного сигнала, выходная величина устройства у(й), а пунктиром показан выходной сигнал устройства. с фиксированным ко эффициентом передачи интегратора 3. Как видно из фиг. 2 е, точность предлагаемого устройства существенно выше, чем известного, а ошибка дифференцирования не зависит от величины производной входного сигнала. Повышение помехоустойчивости устройства обеспечивается выбранным способом преобразования информации в чи 55 сло-импульсный код в цепи управления коэффициентом передачи интегратора 3.Так как соотношение времени включения и выключения релейного элемента 2 Устройство для дифференцированиямедленно изменяющихся сигналов, содержащее элемент сравнения, первый входкоторого является входом устройства,а выход элемента сравнения через релейный элемент связан с информационными входами сглаживающего Фильтра иинтегратора, выход которого соединенс вторым входом элемента сравнения,при этом выход элемента сравнений через блок управляющих сигналов связанс управляющим входом сглаживающегофильтра, выход которого является выходом устройства, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности дифференцирования в условияхвоздействия помех, оно содержит последовательно соединенные триггер, ждущий мультивибратор, реверсивный счетчик и преобразователь код-аналог, выход релейного элемента подключен кпервому входу триггера и к управляющему входу реверсивного счетчика, выход блока управляющих сигналов подключен к второму входу триггера, выход преобразователя код-аналог связан с входом управления коэффициентом передачи интегратора,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Кортнев А.В. и др. Формирующееустройство релейного типа в системахс переменной структурой. - В кн.; Сис 7темы с переменной структурой и ихприменение в задачах автоматизацииполета. М., "Наука", 1968 993279 82. Авторское свидетельство СССР.И 2941"9, кл. С 06 О 7/18, 1970 (прототип).