Устройство для фильтрации сигналов от периодических помех

(53)М. Кл. 0 05 В 5/01 с присоелинением заявки Гесударстеевкый квинтет СССР(088.8) вв аевем взебретевий и еткрытийй. Г. Фепввер, Н. М. Грирфен, И. П. Стецюи ЗГИ"ррВВОВ и й, й. 4 ерврный ; :.;Р н ФКиевский институт автоматики им. ХХЧ съе да КЩрв(5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ СИГНРЛОВ ОТ ПЕРИОДИЧЕСКИХ, ПОМЕХ 1Изобретение относится к системам автоматического управления и направлено на улучшение динамических свойств систем при наличии периодических помех.в первичных сигналах.Во многих системах автоматического управления технологическими процессами, например, горнотранспортного оборудования непрерывного дейст 1 О вия в частности карьерных роторных комплексов, рудоусреднительных мащин, мельниц извлечения на обогатительных Фабриках и т.п. ) технолЬ- гические и конструктивные особеннос 15 ти оборудования вызывают периодические колебания параметров, по которым ведется управление в системе. При этом сигналы, получаемые в результате измерения таких параметров, со- щ держат полезную для целей управления составляющую и периодическую помеху. Выделение полезных составляющих сигналов осуществляется в систе-,2мах управления при помощи различного рода устройствИзвестны устройства для фильтрации помех, основанные на принципе ограничения амплитуды периодической . помехи 1,1 1Однако эти устройства не обеспечивают достаточной точности выделения полезной составляющей сигнала, так как при изменяющейся в процессе Фильтрации частоте помехи .необходимо производить автоматическое изменение соответствующих параметров фильтра для того, чтобы точность фильтрации существенно не изменилась, а иэ" вестные устройства такой адаптациейне обладают. Недостатком укаэанных устройств также является их низкое быстродействие при переходных процессах, что обусловлено наличием значительной постоянной времени в .передаточной функции устройства4961 3 100Высокая точность фильтрации поме. хи в широком диапазоне частот обеспечена в устройстве для фильтрации сигнала от периодических помех, действие которого .основано на принципе скользящего интегрального усреднения величины фильтруемого сигнала.Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее преобразователи фильтруемого сигнала и сигнала частоты помехи, выходы которых соединены соответственно с основным и перемещающим входами одно" мерной итеративной структуры, например сдвигового регистра, и преобразователя состояния итеративной структурысумматор состояний итеративной структуры и обратный преобразователь с соответствующей связью между ними), суммирующие входы которого (входы сумматора состояний) соединены с соответствующими поразрядными выходами итеративной структуры, масштабирующий вход (вход обратного преобразователя) связан с выходом преобразователя сигнала .частоты помехи, а выход является выходом устройства 2 3,25 ЗФ фильтруемого сигнала как суммы этойвеличины, определенной на предыдущемпериоде изменения помехи, и приращения текущего значения этой величиныза период йзменения помехи, При этом 33введение в устройство блока вычитания с соответствующими связями обеспечивает определение .величины приращения текущего значения полезной составляющей фильтруемого сигнала запериод изменения помехи, введения блока динамической памяти, последовательный информационный вход которогосвязан с выходом устройства, а сдвиговый вход - с преобразователем сигнала частоты помехи, обеспечиваетскользящее запоминание текущего значения полезной составляющей сигнала,получаемого на выходе устройства, напериод, равный фактическому периоду фф изменения помехи, введение блока суммирования с соответствующими связями обеспечивает формирование сигнала суммы текущего значения полезнойсоставляющей фильтруемого сигнала, фф измеренного в предыдущий период изменения помехи и получаемого на выходеблока динамической памяти, и приращения величины полезной составляющей за Недостатком известного устройства является низкое быстродействие в переходных режимах, связанное с тем, что постоянная времени фильтрации такого устройства равна величине периода помехи Т(т,) и при низких частотах помехи может быть значительной, что будет отрицательно сказывать ся на динамических свойствах системы автоматического. управления, в которой применяется устройство фильтрации.Цель изобретения .- повышение быстродействия устройства фильтрации и, следовательно, уменьшение динамической ошибки системы.Указанная цель достигается тем, что в устройство для фильтрации сигналов от периодических помех, содержащее преобразователи фильтруемого сигнала и сигнала частоты помехи, одномерную итеративную структуру, основной вход которой соединен с выходом преобразователя фильтруемого сигнала, а перемещающий вход связан с выходом преобразователя сигнала частоты помехи, и преобразователь состояния итеративной структуры, суммирующие входы которого соединены с выходами соответствующих ячеек итеративной структуры, а масштабирующий 51 О526 вход связан с выходом преобразователя сигнала частоты помехи, введеныблок вычитания, сумматор, два переключателя, блок динамической памяти иблок управления, причем два входаблока вычитания подключены к выходамсоответственно одномерной итеративнойструктуры и преобразователя фильтруемого сигнала, а выход - к первому входу сумматора, второй вход которогосоединен с выходом блока динамическойпамяти, а выход - с первым входом первого переключателя, вторым входом подключенного к выходу преобразователясостояния итеративной структуры и квходу второго переключателя, выход которого соединен с параллельными информационными входами блока динамическойпамяти, последовательный информационный вход которого соединен с выходом первого переключателя, сдвиговый входс выходом преобразователя сигнала частоты помехи и с входом блока управления, выходы которого соединены с управляющими входами переключателей, выход первого переключателя является выходом устройстваДостижение поставленной цели обеспечивается путем определения текущего значения полезной составляющей5 10049период изменения помехи, сигнал которого формируется на.выходе блока вы-читания, введение двух управляемых переключателей и узла управления с соответствующими связями обеспечиваетформирование начального значения сигнала -после запуска устройства,Такйм образом, введение в устройство новых блоков и связей обеспечивает получение на выходе устройства 1 Отекущего значения полезной составляющей Фильтруемого сигнала непосредственно в момент измерения текущего зна. чения фильтруемого сигнала, а не черезпериод .помехи, как в прототипе, т,е. 5приводит к повышению быстродействияустройства фильтрации по сравнению спрототипом и. связанному с этим уменьшению динамической ошибки системы, вкоторой используется устройство Фильт-рОрации.На чертеже приведена блок-схемапредложенного устройства для фильтрации сигнала от периодической помехи.Устройство содержит преобразователи 1 и 2 фильтруемогосигнала исигнала частоты помехи, одномернуюитеративную структуру 3, основной входкоторой связан с выходом преобразователя 1, сдвиговый вход - с выходом зопреобразователя 2, а выходы всех ячеек структуры соединены с соответствующими суммирующими входами преобразователя 4 состояний итеративной структурь, масштабирующий вход которого35связан с выходом преобразователя 2сигнала частоты помехи, блок 5 вычитания, вход уменьшаемого которого соединен с выходом преобразователя 1фильтруемого сигнала, а вход вычита 40. емого - с выходом последней ячейки итеративной структуры 3, сумматор 6, первый вход которого связан с выходомблока 5 вычитания, блок 7 управления,вход которого соединен с выходом пре 45образователя 2 сигнала частоты помехи, переключатель 8, основные входыкоторого соединены соответственно с ввыходом сумматора 6 и преобразователя4 состояний итеративной структуры, уп, равляющий вход соединен с одним из выходов блока 7 управления, а выход является выходом устройства, переключатель 9, основной вход которого связан с выходом преобразователя 4 состояний итеративной структуры, а управ 55ляющий вход - с вторым выходом блока7 управления, а также блок 1 О динамической памяти, последовательный ин 1 61 6формационный вход которого связан свыходом переключателя 8, параллельныеинформационные входы соединены с выходом переключателя 9, сдвиговый входсоединен с выходом преобразователя 2сигнала частоты помехи, а выход свя-.зан со вторым входом сумматора 6,Преобразователь 4 состояний итеративной структуры состоит из сумматора состояний итеративной структуры, выполненного, например, иэ весовых сопротивлений 11, подключенных ккаждой ячейке итеративной структуры3 и соединенных с суммирующим сопро-.тивлением 12, и обратного преобразователя, выполненного, например, в виде блока 13 умножения, Точка соединения сопротивлений 11 и 2 связана содним из входов блока 13 умножения,второй вход которого соединен с выхо,дом преобразователя 2 сигнала частотыпомехи ( этот вход является масштабирующим входом преобразователя 4 ), авыход блока 13 яьляется выходом преобразователя 4,При.работе устройства выходные токовые сигналй всех ячеек итеративной структуры 3, соответствующие распределению величины Фильтруемого сигнала на интервапе, равном периоду помехи, через одинаковые весовые сопротивления 1, поступают на суммирующее сопроти вление 12. При этом напряжение, снимаемое с сопротивления 12, пропорционально интегралу за период помехи от величины фильтруемого сигнала. Сигнал, соответствующий этой величине, поступает на один вход блока 13 умножения, а на,второй вход последнего поступает сигнал с выхода преобразователя 2 сигнала частоты помехи, величина которого обратно пропорциональна периоду помехи. Таким образом, на вы" ходе преобразователя 4 состояний итеративной структуры формируется сигнал, величина которого соответствует среднему за период помехи интегральному значению фильтруемого сигнала.Одномерная итеративная структура 3 может быть выполнена, например, в виде многоразрядного сдвигового регистра. Бгок 7 управления, может быть выполнен, например, в виде счетчика, выход которого подключен ко входу фор" мирователя управляющих сигналов, содержащего, например, два триггера.Блок 1 О динамической памяти может быть выполнен, например, аналогично одномерной итеративной структуре.Устройство работает следующим об" разом. 3Первичная информация фильтруемого сигнала и сигнала частоты периодической помехи с выхода преобразователей 1 и 2 поступает соответственно на основной и перемещающий входы ите ративной структуры 3, в которой осуществляется распределение текущих величин Фильтруемого сигнала на интервале, равном фактическому периоду помехи Т(г.), причем сигнал на вы ходе последней ячейки структуры 3 соответствует величине фильтруемого сигнала в момент времени - Т(т.). В ггреобразователе 4 состояния итеративной структуры в текущий момент времени 1 осуществляется суммирование поступающих на его суммирующие входы сигналов состояния всех ячеек структуры 3 и умножение полученной суммы на величину частоты помехи, которая обратно пропорциональна периоду Т(с) и сигнал которой поступает на вход масштабирования преобразователя 4 с выхода преобразователя 2, т.е. на вь.- ходе преобразователя состояний итеративной структуры Формируется сигнал величины Хо(с), определяемой вы- ражением у 10049 б 1 8запускающий формирователь управляющихсигналов, который при этом формируети выдает на управляющий вход переключателя 9 импульс малой длительности,а по заднему фронту этого импульсаформирует потенциальный сигнал, поступающий на управляющий вход переключателя 8, Первый из указанных управляющих сигналов переводит переключатель 9 в замкнутое состояние на время,достаточное для записи выходного сигнала преобразователя 4, поступающегопри этом на параллельные входы всехячеек блока 10 динамической памяти, апосле записи переводит переключатель9 в исходное разомкнутое состояние.Второй управляющий сигнал переводитпереключатель 8 в состояние, при котором на выход устройства подается выходной сигнал сумматора. На входы сумматора 6 поступают соответственно выходной сигнал блока 5 вычитания и выходной сигнал блока 10 динамическойпамяти. В блоке 5 вычитания при этомпроизводится определение разности меж.ду текущей величиной фильтруемогосигнала Х, поступающего на входуменьшаемого блока 5 с выхода преобразователя 1, и величиной фильтруемого сигнала, задержанного на период помехи Х-Т и поступающего на входвычитаемого блока 5 с выхода последней ячейки итеративной структуры 3,Выходной сигнал блока 5 вычитания соответствует, таким образом, величинеприращения фильтруемого сигнала дХза период помехигде Т(с) - период помехи, изменяющийся в процессе фильтрации;Хх(й)- величина входного фильтруемого сигнала;й - текущий момент времени.В исходном состоянии при включении устройства на его выход через переключатель 8 подается выходной сиг нал преобразователя 4 состояний итеративной структуры. Одновременно на вход блока 7 управления поступает импульсный сигнал с выхода преобразователя 2 сигнала частоты помехи и счет чик, входящий в состав блока 7, начинает отсчитывать импульсы этого сигнала от момента включения устройства. Емкость счетчика подобрана так, что по фф окончании первого после включения уст ройства периода помехи на выходе его и следнег о разряда появляется импульс,В блоке 1 О динамической памяти осуществляется запись информации, поступающей на последовательный информационный вход в первую ячейку, и последующий сдвиг этой информации в направлении к последней ячейке выходным сигналом преобразователя 2 сигнала частоты помехи, поступающим на сдвиговый вход блока 1 О динамической памяти, в результате чего сигнал на выходе последней ячейки соответствует входной величине блока 10 динамической памяти, остается неизменным. При этом выходной сигнал сумматора , являющийся выходным сигналом устройства, соответствует величинех О(с) хО(т) + х(с) -хГ-т3, (3) В дальнейшем (по окончании периода Т 2) выходной сигнал блока 1 О соответствуписно Бак иал ППП "Патент роектная,893/60 Тираж 82 ПоВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, 1-35, Раушская наб