Аналоговое устройство для определения частной производной Советский патент 1983 года по МПК G05B13/02 

Изобретение относится к автомати ческому управлению и может быть использовано и экстремальных и адапти ных системах автоматического управления, Известно устройство для определения частной производной, использу мое в адаптивных системах,. состояп(е из блока вычисления приращения регу лируемой величины, блока вычисления приращения управляющего воздействия и блока аппроксимации, причем вход блока вычисления приращения регулируемой величины является первым входом устройства, выход соединен с пер вым входом блока аппроксимации, вход блока вычисления приращения управляю щего воздействия явл.яется вторым вхо дом устройства, выход соединен с вто рым входом блока аппроксимации, выход которого является выходом устройства Ш . Недостатками этого устройства являются малая помехозащищенность и низкая точ ность определения частной производной. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой ство для определения частной произ1ВОДНОЙ, содержащее блок сравнения, усилитель, два блока умножени |, интегратор, дифференциатор, блок определения модуля, блок выделения знака 2 . Однясо известное устройство обладает невысокойточностью из-за плохой помехозащищенности. Целью изобретения является повышение точности определения частной производной за счет повьшения помехозащищенности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее дифференциатор, вход которого является первым входом устройства, последовательно соединенные первый блок умножения, интегратор, первый блок сравнения, второй вход которого является вторым входом устройства, пер вый усилитель и второй блок уьшоженин, введено инерционное звено пер вого порядка, подключенное входом и выходом соответственно к выходу второго блока умножения и к первому входу первого блока умножения, выход дифференциатора соединен со вторыми входами первого и второго блоков умножения. При этом дифференциатор выполнен в виде линейного дифференцирующего фильтра, содержащего по.следовательно соединенные второй блок сравнения, третий блок сравнения, второй усилитель, второй интегратор, подключенный выходом ко второму входу третьего блока сравнения, и третий интегратор, соединенный выходом с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого является входом дифференциатора, а вьгход второго интегратора - выходом дифференциатора. На чертеже приведена функциональная схема устройства. Устройство содержит первый 1, второй 2 и третий 3 блоки сравнения, первый 4 и второй 5 усилители, первый 6 и второй 7 блоки умножения, демпфирующее звено 8, первый, второй и.третий интеграторы 9-11, дифференциатор 12, первый X и второй входы устройства. Устройство работает следующим образом. Рассмотрим работу дифференциатора, выполненного в виде линейного дифференцирующего фильтра, образованного блоками 2 и 3 сравнения, усилителем 5, интеграторами 10, 11 и имеющего передаточную функцию V( ш , Р .p- +pn гдеХ( изображение по Лапласу первого входного сигнала устл ройства; X (р) - изображение по Лапласу выходного сигнала линейного дифференцирующего фильтра; krt - коэффициент усиления второго усилителя; р - оператор дифференцирования. В области низких, частот /частот входного сигнала, ) передаточная функция имеет вид W(py5 р (2) В области высоких частот частот помехи, 1) передаточную функцию можно представить в виде 2(R)o Ч„, з) Следовательно, сигнал X It) можно представить как оценку сигнала х (t), отстроенную от высокочастотных помех. Рассмотрим работу контура обратной связи, образованного устройством 1 сравнения, усилителем 4, блоками 6 и 7 умножения, интегратором 9, дсмп ирующим звеном,8. Представим блоки умиожеУ1ия в виде усилителей с параметрическим коэффициентом усиления K,{t) (t)(А) Тогда контур описьгоается дифференциальным уравнением вида .w..4.,,4,,.,,,, )-, причем ti.k(i) где T(t)- постоянная времени контур - постоянная демпфирования; коэффициент усиления первого усилителя; F(t)- выходной сигнал системы; V (.ty - второй входной сигнал систе в 1. Учитьшая выражение 4 проведен прербразованне ,F(tHFWl-,(7 JJ. ji I dt dt ) FltlAtT,F(thFW. (8) ax ) Анализ данного выражения показывает, что при достаточно большом Кц влиянием второго члена правой части формулы (8) можно пренебречь F(t),, Г9) dx Для доказательства предположим, что спектр помехи, содержащейся во втором входном сигнале, расположен в высокочастотной области, а производная пёрвого входного сигнала по с равнению с помехой изменяется значительно медленнее, т.е. по сравнет нию с помехой X (t)Kj(t)const, сл довательно, T(t)T« const. Тогда мож но воспользоваться аппаратом частот них характеристик с целью иялюстра 4 ции фильтрующих свойств. Частотная функция анализируемого контура принимает вид Him ui r л Mijw) T iliwf ) В,случае высокочастотной помехи из формулы (10) следует, чтопри СО - 00 . (П).. в то же время в известном устройстве при тех же условиях частотная характеристика контура обратной связи . W,{jw) Анализ выражений (П) и i(l 2) показывает, что в известном устройстве высокочастотная помеха, содержащаяся во втором входном сигнале, оказывает влияние на выходной сигнал устройства, усиливаясь в К раз. В.предлагаемом устройстве Высокочастотная помеха подавляется тем больше, чем выше ее частота, и величину К| можно выбирать достаточно большой исходя из требуемой точности определения частной производной. Величину Т необходимо выбирать исходя из спектров полезного сигнала и помехи. Кроме того, в известном устройстве отсутствует йащита от помех в первом входном сигнале, в то время как в предлагаемом устройстве эту функцию выполняет линейный дифференцирующий фильтр. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет существенно увеличить точность определения частной производной путем фильтрации высокочастотных помех, содержас ихся во входных сигналах устройства.

1. АНАЛОГОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТНОЙ ПРОИЗВОДНОЙ, содержащее дифференциатор, вход которого является первым входом устройства, последовательно соединенные первый блок умножения, интегратор, первый-блок сравнения, второй вход которого является вторым входом устройства, первый усилитель и второй блок умножения, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности устройства за счет повыгае,ния помехозащищенности, оно содержит инерционное звено первого порядка, подключенное входом и выходом соответственно к выходу второго блока умножения и к первому входу первого блока умножения, выход дифференциатора соедииен со вторыми входами первого и второго блоков умножения. 2. Устройство по п.1, отличающее с я тем, что дифференциатор выполнен в виде .Линейного дифференцирующего фильтра, содержащего последовательно соединенные второй блок сравнения, третий бхгок сравнения с второй усилитель, второй интегратор, а подключенный выходом ко второму входу (Л третьего блока сравнения, и третий интегратор, соединенный выходом с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого является входом дифференциатора, а выход вто- рого интегратора - выхо,ом дифференциатора .