Дифференцирующее устройство Советский патент 1984 года по МПК G06G7/18 

Фг/г. 1

2. З СТрОЙСТВО ГО П, i. о v J ri

ч а е е с я тем что блок ; лироваыия полезной составляюгией Ного сигнала содерркит три масшта рующих элемента и сумматор, ахсд масштабирующих элементов ЕВЛЯЮТС дами блока, их выходы соединены ответетвующими входами суьадатора ход которого является выходом бл

3 .. Устройство по пп. 1 и 2 J, ,о ) чающееся тем, что, с целью вышения точности., блок моцелирова. ..одного ,:;;;И7еля и иЯГрующих элеи;ЛЬ: ПОрВОГО

;TCJ:eK сое: )ходами бло: : TneIHO с

вхо;;ами len через со:. н-к масштаопто,)тсльньг

1. ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее сумматор, первый вход которого является входом устройства, первый, второй и третий интеграторы, соединенные последовательно, причем выход третьего интегратора соединен с вторым входом сумматора, выход которого соединен с входом корректирующего блока и с первым входом элемента сравнения, блок определения дисперсии, через который вход устройства соединен с вторым входом элемента сравнения, выход которого соединен с управляющим входом коммутирующего блока, первьй вход которого соединен с выходом корректирующего блока, а выход - с входом первого интегратора, выходы первого и второго интеграторов являются соответствующими выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности вычисления производных при наличии входного шума, устройство содержит 1(Л блок моделирования полезной составляющей входного сигнала, входы которого соединены с выходами соответствующих интеграторов,а выход - с вторым j входом коммутирующего блока. g

Изобретение относится к автомат-:-ке и аналоговой зьгчислительной технике и предназначено для нахождекик первой И второй производньп:: сигглалсо поступающего на вход в смеск с 1с:умск уровень которого не известак н мояс изменяться в широк гх гфеделаз: „

, Известны дифференцирующке устрой; за замкнутого типа, в которых .про;- водные Вйгчисляютск за сч;эт кнтегаи рующай обратной связи ft 1 i:|2j.

Известно устройство,содгржащне релейные злементы фильтры., кятеграторы, сумматоры, образующ;; в ссь;, купности многоконгуркую замкнутую динамическую систему, работаюк уж (при отсутствии ) в скользяще;режиме СI J..

Недостаток устройства заключается в снижении точности дмффереиуй рования при воздействии вкоцньж шуьк

Наиболее близким по технической сущности к изобретЕнию являетс;я дифференциру;ощее устройство., содер;уаятр ; три последовательно соединенккх интегратора, входной cy lыaтop йы:;:с; которого через корректир;лОР,ич ;, ov и переключатель соединен с в;ч;о.;лсл-; первого интегратора, вькод трст; е ., Интегратора соединен с входск; ; г г,,, тора, вход устройстнл чераз б-иок определения днсперсни соединен г .;д ним из входов элемента сравг:ан й,. /.ГОЙ ВКОД которого соединен с р; ;; ;.;::;х

сумматора 2 I/,

8 известном устройстве прн ум и-шении контура до зиачайие дисперсии входного шума вход пео Ю:-:. ну1аршая

JIOCTOHHбольшую

не точппи наi:v ВТОдч1зеннь б: третьесрьгм ;зхосоедиблокаазкения, ерез ксен с уп.го блогннен с

: 3

ратора, ;:ато

эшеи

:rr;i

;; fiyKi HX с соответствующими входами сумматора, выход которого является выходом блока. При этом блок моделирования полезной составляющей входного сигнала содержит три умножителя и три дополнительных масштабирующих элемента, при этом первые входы пер вого, второго и третьего умножителей соединены с соответствующими входами блока, вторые входы - соответственно с третьим, первым и втор входами блока, а выходы умножителей через соответствующие дополнительные масштабирующие элементы с дополнительными входами сумматора. На фиг.1 представлена схема дифференцирующего устройства на фиг.2 и 3 - возможные реализации функционального преобразователя, моделирующего полезную составляющего входного сигнала. Дифференцирующее устройство содержит сумматор 1j интеграторы 2-4, корректир тощий блок 5, блок 6 модел рования полезной составляющей входного сигнала, элемент 7 сравнения, блок 8 определения дисперсии и блок 9коммутации. Блок 6 моукет содержать сумматор 10 и масштабирующие элементы 11-13 или умножители 14-16, мacштaбиp:- oщиe элементы 17-22 и сумматор 23. Пусть (-fc) - сигнал, который пост пает на вход в смеси с шумом, х (-fc) искомая вторая производная этого сигнала. С целью обеспечения устойчивости в устройстве решается уравнение YPMP) c(P)Kpl-77(P) ( -L р -J где 1 - коэффициент уси пения интег ратора W(p|- передаточная функция корректирующего эвена,, обе печивающая устойчивость схемы и апериодический характер переходного процесса. Блок 6 Предназначен для формиров ния приближенной (аппроксимационной модели входного сигнала. В .качестве примера приводятся два возможных варианта построения указанного блок На фиг.2 представлен вариант бло ка 6, формирующий модель входного сигнала в соответствии с дифференциальным уравь-ением с(„) - а,у i 3 где 1 у, у - приближенные значения () неизвестных производных входного сигнала f{tp, i(tl и сглажен-ного (отфильтрованное от ) входного сигнала f(-tj 5 которые формируются на выходах интеграторов 2-4 , с(,с( , коэффидиенты усиления масшгабиру ощих элементов 11-13. Фиг.З соотв2-:струет другому возможному Езриакту зпцголмения блока б, в соответствик с которым модель входного сигнала сформирована как решение нелинейного дкфференциа-пьного уравнения (.j - b i-lr r -bg: : . (з) Устройство работает следующим образе. На первый вход сз мматор 1 и на вход блока 8 определения дисперсии поступает входной сигнал, представляющий собой смесь полезного сигнала с шумом неизвестноп интенсивности. Блок S вьщает сигнал, пропорциональный велгчнне дисперсии шума во входном скгмале, который поступает на вход элемента 7 сравнения. Если в процессе решения абсолютная величина небаланса (невязки) решаемого уравнения, которая образуется на выходе сзмматора 1, оказывается больше значения дисперсии гаума, то элемент 7 сравнения переключает блок 9 коммутации в верхнее пагЕожение, и соединяет выход корректирующего блока 5 со входом интегратора 2 При этом о-лма интегрирует уравнение (1), устойчивость и апериодический характер переходного процесса гарантируется выбором ; передаточной функции блока 5, Схема отрабатьшает рассогласование с малой постоянной времени, определяемой величиной коэффициента усиления интегратора 2s Белих ина напряжения на выходе сумматора 1 уменьшается. Как только она становится меньше дисперсии шума, блок 9 коммутации соединяет вы ход блока 6 с входом интегратора 2. При этом замыкается ,. включающий блоки 2,3, 4 и 6 н устройство начинает интегрировать уравнение (2) или (3), представляющее собой мо дель полезной составляющей входного сигнала с начальными условиямир суЕце вовавшими на выходе интеграторов 2-4 в момент переключения, В таком режт-ш устройство работает до тех пор,, пок разность между реальным входным сигналом и сигналом на выходе интегратора 4, получаемым в результате ин-тегрирования уравнения (2) или (З), не превысит величины дисперсии, Таким образом, решение на вь.аоде интегратора 2 (значение второй произ водной входного сигнала) представляет собой ФУНКЦИЮ; отдельные куски которой есть решение уравнения (2) или (3) - приближенной (аппрокснмационной) модели входного сигнала, т.е. решение получается в виде кус о но-полиноминальной аппроксиь ации второй производной входного сигнала Переход с одного интервала агшрск симации моделью входного сигнала на другой участок осуществляется с очен малой постоянной времени, определяемой большим коэффициентом устглггния 1 интегратора 2., Параметры модели, т.е. коэффициенты усиления масштабирующих элементов 11-13 или определ- я:отся 1 априорно так, чтобы в среднем К- сшел-ь о iv т I 3 с вс-2 множества входI чоч зможен случайf ког vf- 1.ГОН Б точности описы-- -- н пгеп 0j заложенной в блок 6. fi а I ро тзг позволяет получить I 11- I рг п сдьые полезного сигг 1 п 1де Kui наличии шума на входе, I --р li-ц ш гьпо невозможно в --( rufi л.тэсйствво где решение получается з ви/,е кусочно-постоянной функции времени,, Кроне того, в предлагаемом уст 5ойстве за счет использования более точкой а,ппроксимац и Значительно увеличикается интервал времени„ в течение которого значения производнык фo:pIviиpyютcя ка4 решение уравнений .(моделей) (2) или (3) , что в СБОЮ очередЬ; ведет к yI eньraeнию : Чсгстоты переключений блока 9 коммугации и, следовательно, к повышению ча,ц ежи ости Например., ,п,ля чгбьппевской аппроксимации функции 1та интервале ( с; точностью до 0,1% требуется 2048 yi-racTKOB при использовании ку;очно-.ги11ейной аппроксимации. Положительный эффект от испольчоя-нк)-: Ийобтетения заключается в улучше;-:ии тсг шостнык и надежност:;Ь ; ха ;-актеркс-гик дифференцирующих ЗС тройств, ::-1:;;ецна значеяньк ,аля диффеоенцьрэБания зашу-мленньш сигналов.