Адаптивное дифференцирующее устройство Советский патент 1984 года по МПК G06G7/18 

Jl3o6peTeHHe относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и предназначено для определения первой и второй производной сигнала, поступающего в смеси с шу.мом, уровень которого неизвестен и Может изменяться в широких пределах . Известно устройство, содержащее блок вычитания и цепочку интеграторов, вход первого из которых соединен с выходом блока вычитания,, а выход последнего интегратора, соединен с одним из входов блока вычитания,, другой вход которого является входом устройства П . Недостатками известного устройст ва являются его низкая помехозащищенность и невысокая точность дифференцирования, так как при наличии шума во входном сигнале производная полезного сигнала также содержит шумовую составляющую. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является дифференцирующее устройство, содерж щее элемент сравнения, первый вход которого соединен с первым входом устройства, три последовательно соединенных интегратора, выход последнего из которЬгх соединен с вторым входом элемента сравнения, компаратор, корректирующий блок, п реключающий блок, при этом первый вход компаратора и вход корректирующего блока подключены к выходу элемента сравнения,, второй вход компаратора соединен с выходом бло определения среднеквадратического значеня шума, вход первого интегра тора через замыкающие контакты переключающего блока связан с выходом корректирующего блока, а через размьЕкающие контакты - с шиной нулевого потенциала, выход компаратора соединен с управляющи вход ключа .2J . Недостатком описанного устройст является низкая точность дифференцирования, так как при размьшанин следящей системы сигнал на выходе первого интегратора представляет с бой недостаточно точную кусочно-по стоянную аппроксимацию второй прои водной полезного сигнала. Кроме то rOj при срабатывании реле на входе первого интегратора может иметь место скачок напряжения, так как происходит подключение входа первого интегратора к нyлeвo y потенциалу, Цель изобретения - повьппение точности, помехозащищенности и надежности в работе. Поставленная цель достигается тем, что адаптивное дифференцирующее устройство 5 содержащее элемент сравнения, первый вход которого является входом ус1ройства,, а выход соединен с входом корректирующего блока и с первым входом компаратора, блок определения среднеквадратического значения шума, вход которого соединен с входом устройства, а выход - с вторым входом компаратора, цепь из трех соединенных послер вательно интеграторов, вход первого из которых соединен с выходом корректирующего блока через первый размыкающий контакт переключающего блока, а выход последнего интегратора соединен с вторым входом элемента сравнения, выход компаратора соединен с управляющим входом переключающего блока, выходы интеграторов являются выходами устройства, содержит .триггер знака, переключатель и формирователь монотонно убывающей фу -:кции, выход корректирующего- блока через второй размыкающи.й контакт переключающего блока соединен с входом триггера знака, выход которого соединен с управляющим входом переключателя, выход блока определения среднеквадратичного значения шума соединен с входом формирователя монотонно убывающей функции, прямой и инверсный выходы которого через переключатель и замыкающий контакт переключающего блока соединены с входом первого интегратора. На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 формирователь монотонно убь вающего сигнала, вариант выполнения. Устройство (фиг.1) содержит элемент 1 сравнения, корректирующий блок 2, переключающий блок .3, интеграторы 4-6, блок 7 .определения среднеквадратичного значения шума, компаратор 8, триггер 9 знака, переключатель 10, формирователь 11 монотонно убывающей функции. Формирователь 11 монотонно убывающего сигнала содержит первый 12, второй 3 и третий 4 усилители, усилитель-инвертор 15, сум1чатор 16, не1линейный блок 17 и источник 18 смещения. Устройство работает следующим об разом. На вход устройства поступает полезный сигнал в смеси с шумом. Если абсолютное значение рассогласования на выходе элемента 1 больше среднеквадратичного значения шума и, то сигнал рассогласования через корректирующий блок 2 и переключающий блок 3 поступает на входы интегратора 4 и триггера 9 знака Поскольку корректирукяций блок 2 обеспечивает устойчивость замкнутой системы, рассогласование уменьшается. Сигнал с выхода корректирующего блока 2 в среднем характеризует третью производную полезного сигнала. Этот сигнал представляет собой импульсную последовательность, причем полярность импульсов характеризует знак третьей производной полез ного сигнала. Когда- абсолютное значение рассог ласования меньше , компаратор 8 подключает вход интегратора 4 через переключатель 10 к выходным шинам положительного либо отрицательного уровня формирователя 11 в зависимости от состояния триггера 9 знака. Триггер 9 знака предназначен ,для определения знака третьей производной и может быть выполнен по схеме триггера Шмидта с гистерезисной характеристикой. Этим обеспечивается изменение выходного сигнал интегратора 4 по линейному закону. 44 В зависимости от интен.сивности шума во входном сигнале угол наклона аппроксимирующей прямой, определяемый величиной потенциала на выходных шинах формирователя 11, изменяется таким образом, чтобы интенсивность шума не влияла на точность аппроксимации второй производной полезного сигнала. При значительном уровне шума потенциал на выходных шинах формирователя 1I уменьшается. При уменьшении уровня шума потенциал выходных шин формирователя 1 1 может; быть установлен более высоким по абсолютной величине, обеспечива-я увеличение протяженности участка аппроксимации, следовательно, снижение частоты переключений. Таким образом, в предлагаемом устройстве реализуется адаптивный алгоритм аппроксимации второй производной, согласованный с уровнем шума во входном сигнале устройства. Так как в предлагаемом устройстве сигнал аппроксимируется отрезками прямых, ТО частота переключений в среднем значительно ниже, чем в известном устройстве, Этим достигается повьш1енная надежность устройства. Второй размыкающий контакт переключающего блока отключает триггер 9 знака от выхода блока 2 при подаче на вход интегратора 4 сигнала, и этим устраняется звонковый эффект формирователя 11. Адаптация устройства к уровню входной помехи повьщ1ает достоверность дифференцирования полезного сигнала.

Г

гЛ

11

АДАПТИВНОЕ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее элемент сравнения, первый вход которого является входом устройства, а выход .соединен с входом корректирующего блока и с первым входом компаратора, блок определения среднеквадратического значения шума, вход которого соединен с входом устройства, а выход - с вторым входом компаратора, цепь из трех соединенных последовательно интеграторов, вход первого из которых соединен с выходом корректирующего блока через первый размыкающий кон- такт Ьереключающего блока, а последнего интегратора соединен с вторым входом элемента сравнения, выход компаратора соединен с управляющим входом переключающего блока, выходы интеграторов являются выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, помехозащищенности и надежности .в работе, оно содержит триггер знака, переключатель и формирователь монотонно убывающей функции, выход корректирующего блока через второй размыкающий контакт переключающего j блока соединен с входом триггера знаW ка, выход которого соединен с управляющим входом переключателя, выс ход блока определения среднеквадратичного значения шума соединен с входом формирователя монотонно убывающей функции, прямой и инверсный выходы которого через переключатель и замыкающий контакт переключающего блока соединены с входом neplBOго интегратора.

fpui.2