Интерполирующий фильтр

,12414 11 4 Н 03 Н 17 В(",Рг;1 В13,ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСКОМ ИДЕТЕЛЬСТВУ 5, 30 15, 2 м в ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(46) 30.06,86. Бюл. У 24 (71) Сибирский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт.им. Серго Орджоникидзе (72) С.Р Зельцер, А.А. Берлин, 1.Я, Комаренко, В.П. Авдеев, Л.П, Мьппляев и М.В. Петрунин (53) 621.396.6(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР У 1109891, кл. Н 03 Н 17/06, 1984. (54) ИНТЕРПОЛИРУ 10 ЩИЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радио технике и является дополнительным к изобретению по а.с. У 1109891. Повьппается быстродействие. Интерполирующий фильтр ИФсодержит эл мент 1 сравнения, ограничитель 2, интеграторы 3, 6, 8, 11, 14, 36, блоки 4 задержки 26, 32, сумматоры 38, блоки вычитания 7, 9, 12,5, 33, 35, масштабирующие элементы 10, 13, 17, 18, 19, блок 16 па мяти, задатчик 20, блоки умножения 21-24, 37, ключи 27, 29, компараторы 28, 31, блок 34 деления. Задатчик 20 формирует коэф. умножения для блоков умножения 21-24 т. обр., чтобы обеспечить желаемую весовую функцию, например, спадающую по экспоненте.Входной сигнал х(Т) предварительно сглаживается фильтром низкой частоты, состоящим иэ элемента 1 сравнения, ограничителя 2 и интегратора 3. Предварительно сглаженный сигнал через блок 4 задержки поступает на сумматор 5, На его выходе формируется первый выходной сигнал ИФ, полученный путем уточнения предварительно сглаженного сигнала по разностям ежду значениями этого сигнала и ходного сигнала ИФ на интервале1 Р 41421 Т- с, Т , Второй выходной сигнал ИФФормируется сумматором 38 в результате корректировки первого выходного 1Изобретение относится к радиотехнике, может быть использовано,для1 выделения полезной низкочастотной составляющей измеренных сигналов для последующего применения ее, напри мер, в системах управления для компенсации контролируемых возмущений объектов управления и является дополнительным к основному авт, св, Р 109891.10Цель изобретения - повьппение быстродействия. На чертеже представлена структурная электрическая схема интерполирующего фильтра. Интерполирующий фильтр содержитпоследовательно соединенные элемент1 сравнения, ограничитель 2, первыйинтегратор 3, первый блок 4 задержки,сумматор 5, второй интегратор 6,первый блок 7 вычитания, третий интегратрр 8, второй блок 9 вычитания,первый масштабирующий элемент 10,четвертый интегратор 11, третий блок12 вычитания, второй масштабирующийэлемент 13, пятый интегратор 14,четвертый блок 15 вычитания, блок 16памяти, третий масштабирующий элемент 17, четвертый масштабирующийэлемент 18, пятый масштабирующийэлемент 19, задатчик 20, первый,второй, третий и четвертый блоки 2124 умножения, первый дополнительныйблок 25 вычитания, первый дополнительный блок 26 задержки, первыйключ 27, первый компаратор 28, второйключ 29, первый дополнительный сумматор 30, второй компаратор 31, второй дополнительный блок 32 задержки,второй дополнительный блок 33 вычитания, блок 34 деления, третий дополнительный блок 35 вычитания, до"полнительный интегратор 36, дополнительный блок 37 умножения и второйЦдополнительный сумматор 38. сигнала ИФ на величину прогноза разности между значениями этого сигнала в моменты времении 1-с. 1 ил. 1На чертеже обозначено: х(с)входной сигнал устройства; х(-с)сглаженный сигнал на первом выходеустройства; х(С) - сглаженный сигнална втором выходе устройства.Интерполирующий фильтр работаетследующим образом,Входной сигнал х(С) предварительно сглаживается фильтром низкой частоты, состоящим из элемента 1 сравнения, ограничителя 2 и первогоинтегратора 3, С этой целью сигналх(1) поступает на первый вход элемента 1 сравнения, где из него вычитается выходной сигнал фильтра низлкой частоты хн(С), поступающий свыхода первого интегратора 3. Полученная разностьсн :=х-хн (г.) (1)поступает на вход ограничителя 2,который может быть реализован, например, в виде усилителя с насыщением. Если сигнал Я (г) превьппаетнвеличину ограничивающего напряжениято в ограничителе 2 он ограничивается до этой величины, Это можнопредставить выражением РЕсли С"( р"Ф Ф 3= Е"Ю,если -ЗсЕнср/Ъ если ян с р где 3 (С) - выходной сигнал ограничителя 2.Сигнал О (С) поступает на вход первого интегратора 3 и интегрируется в нем. С выхода первого интегратора 3 предварительно сглаженный фильтром низкой частоты сигнал х (С) пол н дается на вход первого блока 4 задержки, где запоминается на интервал времени ь . Сигнал х (-с) с выходал Н лблока 4 задержки поступает на первый вход сумматора 5.Первый выходной сигнал интерполирующего фильтра формируется путемуточнения предварительно сглаженногол, цсигнала х (г.-с) по разностям междузначениями этого сигнала и входногосигнала устройства на интервалевремени -С+ойС этой целью сигнал ос выхода ограничителя 2 поступает навход второго интегратора 6, в котором он интегрируется. Сигнал с выхода второго интегратора 6 поступаетна вход блока 16 памяти, в которомон задерживается на интервал времени, 7, и далее на вход первого блока 7вычитания, в котором он вычитаетсяиз сигнала второго интегратора 6.Сигнал с выхода первого блока 7вычитания поступает на вход третьего интегратора 8, в котором он интегрируется. Сигнал с выхода блока16 памяти подается на вход третьегомасштабирующего элемента 17, умножается в нем на коэффициент У =и0поступает далее на вход второгоблока 9 вычитания,в котором он вычитается из сигнала с выхода третьегоинтегратора 8Сигнал с выхода второго блока 9вычитания поступает йа вход первогомасштабирующего элемента 10, умножается в нем на коэффициент , =2и подается далее на вход четвертогоинтегратора 11, в котором он интегрируется. Сигнал с выхода третьегомасштабирующего элемента 17 подаетсяна вход четвертого масштабирующегоэлемента 18, умножается в нем накоэффициент= , и поступает далее4на вход третьего блока 12 вычитания, в котором он вычитается из сигнала с выхода четвертого интегратора 11.Сигнал с выхода третьего блока12 вычитания поступает на вход второго масштабирующего элемента 13,умножается в нем на коэффициент=3 и подается далее на вход пятого1интегратора 14, в котором он интегрируется. Сигнал с выхода четвертогомасштабируюшего элемента 18 подаетсяна вход пятого масштабирующего элемента 19, умножается в нем накоэффициент= с и поступаетдалее на вход четвертого блока 15 вычитания, в котором он вычитается из сигнала с выхода пятогоинтегратора 14,Коэффициенты усиления второго,третьего, четвертого и пятого интег 241421 4раторов 6, 8, 11 и 14 устанавливаются равными единице,Передаточная функция схемы, состоящей из блоков 6, 7 и 6, имеет видИ,(,)= - (1-1" ),(4)О, если 8) с.15Передаточная функция схемы, состоящей из блоков 6-9, 16 и 17 имеетвид1 Р" УИ (р)= - (1-1 )- - 1р 7а соответствующая импульсная характеристикаС если В)ГПередаточная Функция схемы, сос 25тоящей из блоков 6-12, 16, 17 и 18,имеет вид2 -Р 2 УзЫфт ( )= - (1-1 )- р 2ЙРа соответствующая импульсная характеристикаД, если 0-667О, если 9 )Передаточная функция схемы, состоящей из блоков 6-19 имеет вид12 3 -РТ 2 3 -Р=рфЭУ 3 -Р" ЯКй .РР Р40 а соответствующая импульсная характеристикаЯ, если 0 сО, если 9. Сигналы с выходов блоков 7, 9,12 и 15 вычитания поступают на первые входы соответствующих блоков21-24 умножения, умножаются в нихна коэффициенты 1 О, 1 1 и 1задаваемые с выхода задатчика 20на вторые входы блоков 21-24 умножения, и подаются далее на второй,третий, четвертый и пятый входы сумматора 5, в котором они суммируются,в результате чего получается сигнал 55 х(с-Г).Импульсная характеристика схемы,входом которой является входной сигнал 8 " второго интегратора 6, а1241421 10 Сигнал прогнредь образуется путем пересче;а соазностей значений ответствующих рпредварительно сглаженного сигнала яемого коэффициента с помощью уточн ности=-х (г) -х д(г-",)(9)О, если О ь а выходной Дх(Т-ь) сигнал этой схемы формируется в соответствии с выражением г-9) с 1 О Д (10)Коэффициенты 1ф ф навливаются на выходе задатчика 20 таким образом, чтобы обеспечить жела 15 емую весовую функцию, например, спадающую в будущее по экспоненте1. +1,8+1 Я +1 6 -а(1" -1), (11) где а и- постоянные коэффициенты.Сигнал 6 х(-ь) с учетом (10) и (11) формируется в соответствии с выражениемЬ х(е) = а(1 - 1) 3" (-В) аа,(12)г /ЪСигнал Ьх(г-ь) в первом сумматоре 25 5 суммируется с предварительно сглаженным сигналом х (С), в результате чего получается первый выходной сигнал интерполирующего фильтра, .который представляет собой выделенную с запаздыванием полезную низкочастотную составляющую входного сигналах(- )= (с-")+1(1 -) ик(-а)- " (-Ой 16 (13) 35 Ч(- Д=Ч я 1 кпр(с)огде з 18 п- знаковая функция; 4 ОЧ - заданное пороговое значение.оС выхода компаратора 31 сигнал Ч(1:-с) подается на первый вход второго ключа 29.Ключи 27 и 29, первый дополнительный сумматор 30 и компаратор 28 реализуют операцию переключения, В компараторе 28 величина сигнала(-,) сравнивается с величиной порога Ч . Если выполняется условие(18) то с выхода компаратора 28 на вторые входы ключей выдается управляющий сигнал, замыкающий второйключ 29 и размыкающий первый ключ 27. При 55 этом на выходе первого ключа 27 сигнал равен нулю, а с выхода второго ключа 29 снимается сигнал гдех(1:-9) -х н(С-Д) определяется в соответстнии с выражением (2,Второй выходноч сигнал интерполирующего фильтра х(г.) формируется н результате корректировки первого выходного сигнала х(г-) на величину прогноза Ь(Г) разности между значениями этого сигнала я моменты времени 1: их(с)=х(т-Г)+1 п(г.), (14) оза Й(1) я свою очеДЬ(1-)=Я(е) х" (е) - х (с - с), (15) С этой целью в первом дополнительном блоке 25 вычитания из сигналла х (с), поступающего с выхода первого интегратора 3, вычитается выходной сигнал х (т-с) первого блока 4 задержки. Полученный сигнал о раззадерживается в первом дополнительном блоке 2 б задержки на время с,задержанный сигнал р(Г-) поступает далее на первый вход первого ключа27, входы первого компаратора 28 и второго компаратора 31. Компаратор 31 реализует соотношение 1если р , С- Ь)если ш (Т-Т) с 0) Ч(-с) . Если указанное условие (18) не выполняется, то по сигналу с выхода компаратора 28 замыкается первый ключ 27 и размыкается второй ключ 29, При этом с выхода первого ключа 27 снимается сигнал р (г.-Г), а на выходе второго ключа 29 сигнал равен нулю. Выходные сигналы ключей 27 и 29 суммируются в перном дополнительном сумматоре 30, Таким образом, на выходе сумматора формируется сигнал Я (Т-), удовлетяоря. ющий соотношению Ч(г.- ,), если - Ч, р (Г-) сЧ 1 (С с) В противном случае(19) выходной сигнал интерпофильтра х(1-) с выхопа(17) и (19) может быть переписано 1 О в виде х(е-м) -х(еГ)Ч з 1 пх" (е-ь)-х" (еС)Ох (с) -х (е)н " н2- в противном случае.(21) Величина сигнала й(1-) на выходе блока 34 деления равна найденному20 с запаздыванием на время с коэффици.енту пересчета, своевременное получение и использование которого в момент времени 1-с позволило бы по разности значений предварительно сглаженного сигнала %, (1-) дать точный прогноз разности значений первого выходного сигнала интерполирующего фильтра Ь (1-).Сигнал й(1-) поступает на вход30 апериодического фильтра, состоящего иэ дополнительного блока 35 вычитания и дополнительного интегратора 36, и экстраполируется с помощью этого апериодического фильтра на интервал времени . Для этого в третьем дополнительном блоке 35 вычитания из сигнала 6(С-) вычитается выходной сигнал апериодическоголфильтра Й(1), который подается с выхода дополнительного интегратора 36. 40 Далее полученная разность Й(С)- -й(т,- с) подается на вход дополнительного интегратора 36 и интегрируется в нем. С выхода дополнительного интегратора 36 снимается экстраполи роваиный на интервал времени о коАэффициент пересчета Й(т,).Сигналы ь(С);, д.(1) с выходов первого дополнительного блока 25 вычитания и дополнительного интеграто ра 36 поступают на входы дополнительного блока 37 умножения и перемно- . жаются. Таким образом реализуется соотношение (15). На выходе дополнительного блока 37 умножения форми руется сигнал корректировки Ь(1), который в соответствии с выражением (14) во втором дополнительном суммасумматора 5 подается на вход второгодополнительного блока 32 задержки,где запоминается на интервале времени Т . Задержанный сигнал х(-2)вычитается во втором дополнительномблоке 33 вычитания из сигнала х(=)и в блоке 34 деления полученнаяразность Ъ(г.-о)=х(г.-7)-х(Т) делится на сигнал (й- ) с выхода первого дополнительного сумматора 30, С выхода блока 34 деления снимается сигнал торе 38 суммируется с первым выходным сигналом х(1-) интерполирующего фильтра.С выхода второго дополнительного сумматора 38 снимается второй выходной сигнал интерполирующего фильтра 1 л.х(1), который представляет собой оценку полезной низкочастотной составляющей входного сигнала в текущий момент времени 1.Таким образом, введение новых блоков и связей позволяет исключить запаздывание в получении оценок полезной низкочастотной составляющей измеренных сигналов и, тем самым, обеспечивает воэможность применения предлагаемого устройства в разнообразных системах управления, когда требуется выделение полезной составляющей измеренных сигналов в темпе с их поступлением на вход устройства. Формула изобретения Интерполирующий фильтр по авт. св. У 1109891, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены три дополнительных блока вычитания, два дополнительных блока задержки, два компаратора, два ключа, два допол-, нительных сумматора, блок деления, дополнительный интегратор и дополнительный блок умножения, при этом первый вход первого дополнительного блока вычитания подключен к выходу первого интегратора, второй вход подключен к выходу первого блока задержки, а выход подключен к первому входу дополнительного блока умножения и через первый дополнительныйЗаказ Зб 11/53 Тираж 816 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5.Производственно-полиграфическое предприятие г. Ужгород, ул. Проектная, 4 блок задержки подключен к входупервого компаратора, к входу первогоключа и к входу второго компаратора,выход которого подключен к входувторого ключа, управляющий вход которого подключен к выходу первого компаратора, объединенного с управляющимвходом первого ключа, а выход подключен к первому входу первого дополнительного сумматора, второй входкоторого подключен к выходу первогоключа, а выход подключен к первомувходу блока деления, второй входкоторого подключен к выходу второгодополнительного блока вычитания, авыход подключен к первому входу третьего дополнительного блока вычитания, выход которого через дополнительный интегратор подключен к второму входу третьего дополнительногоблока вычитания и к второму входудополнительного блока умножения,выход которого подключен к первомувходу второго дополнительного сум О матора, второй вход которого подключен к выходу сумматора и объединенс входом второго дополнительногоблока задержки и с первым входом второго дополнительного блока вычита ния, второй вход которого подключенк выходу второго дополнительного блока задержки.