Устройство для фильтрации помех в системе автоматического управления

(5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ПОМЕХ В СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ15 час- заИзобретение относится к устройствам оптимальной фильтрации для сигналов постоянного тока прямоугольной формы.Известны устройства для фильтрации сигналов, содержащие последовательно соединенные сумматор (смеси- тель), фильтр низких частот, управляющий элемент и подстраиваемый генератор опорного сигнала, выход которого соединен с входом сумматора 33,Известна также экстремальная система регулирования полосового фильтра, содержащая последовательно соединенные полосовой фильтр, усилитель-пр - образователь с АРУ, фильтр низких тот, канал записи огибающей, блок поминания экстремума, компаратор, триггер и интегратор, второй вход которого соединен с выходом генера тора, а выход - с входом полосового фильтра, и программное устройство, выход которого соединен с управляющими входами генератора опорного на 2пряжения, канал записи огибающей,и ключ, который шунтирует фильтр низких частот 23.Наиболее близким по техническойсущности является устройство дляфильтрации помех в системах автоматического управления, содержащее первый усилитель, вход и выход которого соединены соответственно с выходом и входом блока автоматической регулировки усиления (АРУ), последовательно соединенные первый сумматор, первый функциональный преобразователь, второй сумматор, второй вход которого соединен с первым входом первого сумматора через второй функциональный преобразователь, и последовательно соединенные блок запоминания экстремума, первый компаратор, второй вход которого соединен с входом блока запоминания экстремума, триггер реверса, исполнительный элемент, ; ,первый блок задержки и генератор опорного напряжения, первый выход3 938258 которого соединен с вторым входом.первого сумматора, второй выход - с первым входом третьего сумматора и управляющим входом первого коммута- м тора, вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выходс вторым входом второго сумматора, к выход триггера реверса соединен с вторым входом блока запоминанияэкстремума и через программный блок - 1 О р с своим вторым входом 133 иНедостатком известного устройства н является его низкая точность и эф" 2 фективность подавления помех. рЦепь изобретения - повышение эф м фективности подавления помех. . т Из теории потенциальной фильтрации известночто для получения максимального отношения сигнал/помеха при обработке сигнала постоянного тока в виде прямоугольного импульса следует включать линейный фильтр,.согласованный с спектром сигнала,Поставленная цель достигается тем, что в устройстве установлены второй коммутатор, мультивибратор, пороговый блок, последовательно соединенные второй блок задержки и третий коммутатор, и последовательно соединенные первый, второй и третИй фильтрующие компенсаторы, второй усили 2 тель, второй компаратор, первый и второй блоки совпадения, счетчик и декодирующий блок, выход которого соединен с входом блока запоминания экстремума и вторым входом второго компаратора, первый вход первого фильтрующего компенсатора соединен с выходом второго сумматора, выход третьего фильтрующего компенсатора соединен с входом второго блока задержки и вторым входом третьего сумматора, вьиод которого соединен с вторым входом третьего коммутатора через пороговый блок, второй вход первого блока совпадения соединен сФ выходом мультивибратора, выход пер ваго усилителя соединен с первым входом первого сумматора через второй коммутатор, первый выход генератора опорного напряжения соединен с вторыми входами первого, второго и треть"ф его фильтрующих компенсаторов, третий выход - с вторым входом второго коммутатора, четвертый выход - с третьим входом третьего сумматора, пятый выход - с вторым входом второ го блока совпадения.На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на Фиг, 2 и 3- эпюры выходных напряжений основных . функциональных блоков предлагаемого 5 устройства.Устройство содержит первый усили" тель 1, блок 2 автоматического регу" 4лирования усиления (АРУ, первый сумматор 3, первый Функциональный преобразователь 4, инвертор 5, сумирующий элемент 6, первый 7 и второй 8 фильтрующие компенсаторы, ог раничивающий компенсатор 9, первыйоммутатор 10, суммирующий элемент 11, интегратор 12, пороговый блок 13, второй 14 и третий 15 коммутатоы, второй усилитель 16, второй ком"аратор 17, первый блок 18 совпадеия, мультивибратор 19, второй блок0 совпадения, счетчик 21, декодиующее устройство 22, блок 23 запоинания экстремума, первый компара"ор 24, триггер 25 реверса, программный блок 26, исполнительный элемент 27, фантастрон 28, блокинг-гене- ратор 29, генератор 30 опорного напряжения, первый 31 и втооой 32 блоки задержки, второй 33 и третий 34 сумматоры, второй Функциональный преобразователь 35, компенсатор 36, Ос - сигнальное напряжение, Опнапряжение помехи, Ох- смесь сигнала и помехи на входе коммутатора 14, Оотг - напряжение строба, Ов- напряжение смеси сигнала и помехи на выходе коммутатора 14, Оо - опорное напряжение, О - напряжение на выходе первого сумматора 3, 0, - напряжение на выходе компенсатора 7 с режекторным Фильтром в компенсационном канале, О, " напряжение на выходе компенсатора 8 с полосовым Фильтром в компенсирующем канале.01, - напряжение на выходе компенсатора 9 с пороговым фильтром в компенсирующем канале. О- импульсы программного блока 26. 0 т - напряжение на выходе исполнительного элемента 27, 08 - импульсы на выходе фантастрона 28, О - импульсы генератора 30 опорного напряжения, Онапряжение на выходе декодирующего устройства 22, 02 - напряжение в блоке 23 запоминания экстремума. Если сигнал состоит из одиночногопрямоугольного импульса длитель 8258 8опорного сигнала имеют различные значения. На этом различии и построен принцип компенсации помехи. На выходе компенсатора 36 всегда можно отличить сигнал от копии. На фиг. 2 показаны эпюры напряжений на выходе .блоков устройства, когда полезный сигнал на входе компенсатора 36 имеет нулевое значение.Для увеличения эффективности компенсации широкополосной помехи следует включать несколько последователь но соединенных компенсаторов с различного рода режекторными фильтрами в компенсационных каналах. После того, как помеха станет узкополосной, ее компенсируют с помощью компенсаторов с полосовыми фильтрами. Таким образом, каждый из применяемых компенсаторов принципиально может представить собой блок из М последовательно соединенных однотипных компенсаторов. Если при включении режекторного Фильтра в компейсацион" ный канал компенсатора компенсатор для помехи становится полосовым Фильтром, при включении полосового фильтра в компенсационный канал ком" пенсатор эквивалентен режекторному Фильтру. Так как помеха проходит по" следовательно соединенные полосовой и режекторный Фильтры, то это создает условие для компенсации широкополосной помехи.Итак, рассмотрим выходные напряжения сигнала, помехи, копии сигнала на выходе последовательно соединенных компенсаторов 7 и 8 с включенными режекторным, а затем полосовым фильтром, Сигнальное выходное напряжение будет равно Осбьх = Ос(ф) ех ККыгде С ,КК - передаточныекоэффициенты вторых сумматоров.Выходное напряжение от действияпомехи определяется выражениемОп (") Еых = КдО п (т) ьх О-4 О4555 получаем выражение для выходного напряжения помехиОпвью = КОпех Кпф(Р) Крф(Р), Для копии сигнала находит значение выходного напряженияОвых - Окьх Кд.Ьпф(р)- - Крф(р) Кф(р)Крф(р)1. Из выражения вйдно,.что если мы хотим, чтобы выходные напряжения сигнала и копии были одинаковыми, то передаточная функция К 1,(р) должна быть равна единице, или в компенсационном канале компенсаторов 7, 8 и 9 не должно быть инерционных элементов. Отсюда, наличие полосового фильтра в компенсационном канале ком-. пенсатора 8 вносит различие в спект-. рах выходных напряжений сигнала и его копии.Разность выходных напряжений определяется зависимостьюьО( ) = Ос(К) - Ое( ) Гкрп(р)- Кф(р) Клф(Р) + Крф(рИпри Ос(У) = Ок(Г).Различие в спектрах выходных напряжений сигнала и его копии позволяет определить ситуацию О0 или Ос 1,0.Компенсатор 9 с пороговым Фильтром в компенсационном канале обеспечивает компенсацию помехи, когда ее амплитуда становится меньше амплитуды сигнала. При этом на выходе компенсатора 9 будет полезный сигнал с неискаженным спектром, если пре" небречь постоянными времени широкополосных сумматоров , т.е, осуществится полная компенсация помехи. При нулевом значении входного сигнала на выходе компенсатора 9 будет его копия с преобразованным спектром.Для различения спектров на выходе компенсатора 9 выходное напряжение подается на суммирующий элемент 11, на второй вход которого подается копия сигнала с выхода генератора 30 опорного напряжения. Выходное напряжение суммирующего элемента 11 подается через интегратор 12 и порого" вый блок 13 на вход коммутатора 15. Коммутатор 15 включается, когда блок 32 задержки определит, что на выходе устройства полезный сигнал, а не его копия. Для настройки генератора 30 опорного напряжения используется экстремальный регулятор, работа которого состоит в следующем. По сигналу про9граммного устройства 26 (фиг, 34) начинает изменяться напряжение исполнительного элемента 27 (фиг. 38). .Это напряжение изменяет время задержки в блоке 31 задержки, состоящем из фантастрона 28, работающего в авто- колебательном режиме, и блокинг"генератора 2. Импульсы фантастрона 28 (Фиг 36) подаются на блокинггенератор 29, импульсами которого 1 в (фиг, Зс) запускается генератор 30 опорного напряжения, выходное напряжение которого за время длительности импульса отслеживается цифровой следящей системой, состоящей из блоков 1 з 16-22. Блок 23 запоминания экстремума определяет момент перехода через экстремум. При переходе через экстремум начинается слежение за максимальным выходным напряжением компен- о сатора 9.Технический эффект состоит в увеличении отношения сигнал/помеха на выходе устройства примерно на 10 при неискаженной передаче импульсного сигнала. 9382 формула изобретения Источники информации,принятые во внимание при экспертизе Современные методы проектирования систем автоматического управ" ления, Под ред, Б.П. Петрова. И.,фИашиностроение", 1967, с. ч 97-516. 2. Авторское свидетельство СССР М 542976, кл. 6 05 В 13/02, 06,01.75. 3. Авторское свидетельство СССР И 632988, кл. 6 05 В 13/02, 21.06 76, Устройство для фильтрации помех в системах автоматического управле" ния, содержащее первый усипитель, вход и выход которого соединены со" ответственно с выходом и входом блока автоматической регулировки усиления (АРУ), последовательно соединен" ные первый сумматор, первый функ" циональный преобразователь, второй сумматор, второй вход которого соединен с первым входом первого сумматора через второй функциональный преобразователь и последовательно соединенные блок запоминания экстре" мума. первый компаратор. второй 4% вход которого соединен с входом блока запоминания экстремума, триггер реверса, исполнительный элемент, первый блок задержки и генератор опорного напряжения, первый выход9 которого соединен с вторым входом первого сумматора, второй выходс первым входом третьего сумматора и управляющим входом первого ком" 58 10мутатора, вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выходс вторым входом второго сумматора, выход триггера реверса соединен с вторым входом блока запоминания экстремума и через программный блокс своим вторым входом, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повыаения эффективности подавления помех, в нем установлены второй ком мутатор, мультивибратор, пороговый блок, последовательно соединенные второй блок задержки и третий коммутатор и последовательно соединенные первый, второй и третий фильтрующие компенсаторы, второй усилитель, второй компаратор, первый и второй блоки совпадения, счетчик и декодирующий блок, выход которого соединен с входом блока запоминания экстремума и вторым входом второго компаратора, первый вход первого фильтрующего компенсатора соединен с выходом второго сумматора, выход третьего фильтрующего компенсатора соединен с входом второго блока за" дереки и вторым входом третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом третьего коммутатора через пороговый блок, второй вход первого блока совпадения соединен с выходом мультивибратора, выход первого усилителя соединен с первым входом первого сумматора через второй коммутатор, первый выход генера, тора опорного напряжения соединен с вторыми входами первого, второго и третьего фильтрующих.компенсаторов, третий выход - с вторым входом второго коммутатора, четвертый выход - с третьим входом третьего сумматора, пятый выход - с вторым входом второго блока совпадения.938258 Составитель 6, Гладковандор ТехредД,. ПекарьКорректор В. Бутя е едакт Заказ 4464/ илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 914 ВНИИПИ Государст по делам изобр113035, Москва, Жнногоений и, Раущ Подписноемитета СССРткрытийая наб., д,