Адаптивное устройство для мажоритарного сглаживания сигналов Советский патент 1985 года по МПК H05K10/00 

Изобретение относится к автомати ке и измерительной технике и может быть использовано в измерительньк системах для обработки сигналов дат чиков первичной информации. Известно устройство для сглаживания сигналов, содержащее мажоритарный элемент, первьш вход которого подключен к входу устройства, а второй и третий входы подключены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, первые входы каждого сумматора соединены с выходом сглаживающего фильтра, вход которого подключен к входу устройства 1 о Недостаток устройства состоит в TOMs что при определенных характ ристиках полезного сигнала (скорост изменения и амплитуда) возрастают ошибки преобразования, так как величина строба в известном устройстве все время остается постоянной внставленной при настройке. Известно также адаптивное устройство для мажоритарного сглажива ния сигналов, содержащее мажоритар ный элемент, первый вход которого подключен к входу устройства, а второй и третий входы подключены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, первые входы каждого сумматора соединены с выхо дом сглаживающего фильтра, вход ко торого подключен к входу устройств дифференцирующий фильтр, вход кото рого соединен с выходом мажоритарного элемента, являющимся выходом устройства, и блок вьщеления модуля , входом подключенньй к выходу дифференцирующего фильтра, выход блока выделения модуля подключен к второму входу первого сумматора непосредственно и через инвертор к второму входу второго сумматора 2. Недостаток известного устройств ,состоит в том, что при нестационар ном, например, ступенчатом изменении входного сигнала ошибки его пр образования имеют большую величину так как строб, имеющий переменную величину, формируется симметрично относительно сглаженного входного сигнала, а значения сглаженного входного сигнала располагаются несимметрично относительно фактическ значений входного сигнала из-за ин ционности сглаживающего фильтра. За счет этого происходит срезка значений входного сигнала не содержащих выбросов, на границе строба, совпадающей по знаку с направлением изменения сглаженного входного сигнала, и пропускание на выход устройства значений входного сигнала, содержащих выбросы, если знак их отклонений от сглаженного сигнала противоположен направлению измене- ния сглаженного входного сигнала. Цель изобретения заключается в повьпненйи точности устройства при обработке нестационарных сигналов. Указанная цель достигается тем, что в устройство J содержащее мажоритарный элемент, первый вход которого подключен ко входу устройства, а второй и третий входы подключены соответственно к вь ходам первого и второго сумматоров, первые входы каждого сумматора соединены с выходом первого сглаживающего фильтра, вход которого подключен к входу устройства, дифференцирующий фильтр, вход которого соединен с выходом мажоритарного элемента, являющимся выходом устройства, и блок вьщеления модуля, входом подключенньй к выходу дифференцирующего фильтра, а выходом - ко входу первого инвертора, дополнительно введены алгебраический сумматор, первый и второй нелинейные элементы, второй и третий сглаживающие фильтры, второй инвертор, первый и второй блоки деления, а также первый и второй блоки умножения , выходы которых соединены соответственно с вторыми входами первого и второго сумматоров, первые входы первого и второго блоков умножения соединены соответственно с выходами первого и второго блоков деления, второй вход первого блока умножения подключен к выходу первого инвертора, а второй вход второго блока умножения - к выходу блока выделения модуля, вход делимого перво О блока деления подключен к выходу второго сглаживающего фильтра, соединенного также с входом делителя второго блока деления, вход делимого второго блока деления подключен к входу делителя первого блока деления и к выходу третьего сглаживающего фильтра, вход которого связан с выходом второго нелинейного эле31мента, входом подключенного к выход алгебраического сумматора и входу первого нелинейного элемента, выход которого связан с входом второго инвертора, выходом подключенного к входу второго сглаживающего фильтра, суммирующий вход алгебраическог сумматора подключен ко входу устройства, а вычитающий - к выходу первого сглаживающего фильтра. На чертеже представлена блок-схе ма адаптивного устройства для мажори тарного сглаживания сигналов. Устройство содержит первый сглаживающий фильтр 1, первый 2 и второй 3 сумматоры, мажоритарный элемент 4 алгебраический сумматор 5, первый 6 и второй 7 нелинейные элементы, второй инвертор 8, второй 9 и третий 10 сглаживающие фильтры, первый 11и второй 12 блоки деления, первый 13 и второй 14 блоки умножения, пер вый инвертор 15, блок выделения модуля 16, дифференцирующий фильтр 1 Первый 1, второй 9 и третий 10 сглаживающие фильтры выполнены в виде интегрирующих усилителей, охва ченных отрицательной обратной связью Сумматоры 2 и 3 и алгебраический сумматор 5 выполнены на базе суммир кмцих усилителей. Мажоритарный эле:мент 4 может быть реализован на базе диодно-транзисторньгх схем. Первый 15 и второй 8 инверторы представ ляют собой усилители перемены знака (инвертирующие усилители), Блок 16 выделения модуля представляет собой выпрямитель, реализованный на усилителе и диодах. Нелинейные элементы 6 и 7 выполнены на диодах. Блоки 13 и 14 умножения и блоки It и 12 деления выполнены на базе диодных квадраторов, составленных из токовых диодных ячеек. Дифференцирующий фильтр 17 представляет собой схему дифференцирования, выполненную на базе операционного усилителя Адаптивное устройство для мажоритарного сглаживания сигналов рабо|тает следующим образом. Входной сигнал поступает на первый вход мажоритарного элемента 4, на вход первого сглаживающего фильтра 1 и на суммирующий вход алгебраического сумматора 5, на вычитающий вход которого поступает сглаженный входной сигнал с выхода первого сглаживающего фильтра 1. На два дру44гих входа мажоритарного элемента 4 сигналы поступают с выходов первого 2 и второго 3 сумматоров. На первые входы первого 2 и второго 3 сумматоров поступают сигналы с выхода первого сглаживающего фильтра 1, а на их вторые входы - сигналы соответственно с выходов первого 13 и второго 14 блоков умножения. Выходной сигнал первого блока 13 умножения формируется в результате перемножения выходных сигналов первого блока 11 деления и первого инвертора 15. Выходной сигнал второго блока 14 умножения формируется в результате перемножения выходных сигналов второго блока 12 деления и блока 16 вьщеления модуля. Выходной сигнал первого блока 11 деления формируется в результате деления выходного сигнала второго сглаживающего фильтра 9 на выходной сигнал третьего сглаживающего фильтра 10, а выходной сигнал второго блока 12 деления - в результате деления выходного сигнала третьего сглаживающего фильтра 10 на выходной сигнал второго сглаживаняцего фильтра 9. Для этого сигнал с выхода второго сглаживающего фильтра 9 поступает на вход делимого первого блока 11 деления и на вход делителя второго блока деления 12, а сигнал с выхода третьего сглаживающего фильтра 10 поступает на вход делимого второго блока 12 деления и на вход делителя первого блока 1t деления. Сигналы на выходе второго 9 и третьего 10 сглаживающих фильтров формируются следующим образом. В алгебраическом сумматоре 5 из входного сигнала вычитается его сглаженное в первом сглаживающем фильтре 1 значение у g (t) и полученный при этом сигнал E(ll )-Xg;((i) поступает на входы первого 6 и второго 7 нелинейных элементов. Первый нелинейнь1й элемент 6 функционирует по закону р.. E(i)0i f- I О при , а второй нелинейный элемент 7 - по закону Гна) при E(t)o-, о при E(, Таким образом, нелинейный элемент 6 пропускает на выход только отрицательные, нелинейный элемент 7 - только положительные отклонения E(t) сглаженного входного сигнала )rgx(t) от его фактических значений X в (t) Выходной сигнал второго нелинейного элемента 7E2(t) поступает непосредственно на вход третьего сглаживающего фильтра 10, а на вход второго сглаживающего фильтра 9 через второй инвертор 8 поступает сигнал, равный по величине, но обратньй по знаку сигналу Е, ({, с выхода первого нелинейного элемента 6 В фильтрах 9 и 10 сигналы E((i.) и 2) сглаживаются. Здесь E,{t) обозначено инвертированное значение сигнала E(t). с Сигналы о сглаженных значениях ; Е, (t) и 2 выходов второго 9 и третьего 10 сглаживающих фильтров поступают на входы первого 11 и вто рого 12 блоков деления, в которых выполняются операции вида k,W l,(il.|,(i). . )-E2(t)l4lt), где k, (t) , kj (i) - выходные сигналы соответственно первого 11 и второго 12 блоков деления. В первом блоке 13 умножения сигнал k (t) умножается на сигнал Ц) ( поступающий с выхода первого инвер тора 15. Во втором блоке 14 умножения сигнал ) умножается на сигнал (f (fc) , поступающий с выхода блока 16 выделения модуля. Сигналы tp(t) и tjCt) формируются следующим образом. Выходной сигнал мажоритарного элемента 4 поступает на вход диффе ренцирующего фильтра 17, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный скорости изменения выходного сигнала мажоритарного элемента 4. Полученный сигнал пост пает на блок 16 выделения модуля, где формируется сигнал Cf(.t) посто янной полярности, пропорциональный скорости изменения выходного сигна мажоритарного элемента 4, Сигнал tfltl поступает на вход первого инвертора 15, на выходе которого фор мируется сигнал ij/d , равный по величине C|(t1 , но обратной поляр ности. 4 Выходные сигналы &х, It) k, (i)-q (t) первого блока 13 умножения и bx. k l ltytt) второго блока 14 умножения поступают на вторые входы первого 2 и второго 3 сумматоров соответственно, на первые входы которых поступает сигнал с выхода первогосглаживающего фильтра 1. В первом сумматоре 2 вычисляется оценка нижней границы строба nli W- ftxHb6x,lt), а во втором сумматоре 3 - оценка верхней границы строба Н) ,а). Таким образом, на первый вход мажоритарного элемента 4 поступает входной сигнал устройства, а на второй и третий его входы поступают сигналы, содержащие сглаженный входной сигнал, но смещенные относительно него по амплитуде в противоположные стороны на величины, определяемые значениями сигналов на выходе дифференцирующего фильтра 17 и первого 9 и второго 10 сглаживающих фильтров. Сигналы, поступающие на второй и третий входы.мажоритарного элемента 4, образуют строб, границы которого изменяются пропорционально сглаженным отклонениям входного сигнала от его низкочастотной составляющей. Соответствующим выбором и настройкой фильтров для сглаживания отклонений можно на их выходе получить такие сигналы, что на Участках данных с резким изменением тренда входного сигнала, когда выделяемая сглаживающим фильтром входного сигнала низкочастотная составляющая проходит несимметрично относительно его фактических значений, строб с необходимой точностью отслеживает несимметричные отклонения входного сигнала от его сглаженных значений. Тем самым использование новых элементов - алгебраического сумматора, нелинейных элементов, второго и третьего сглаживающих фильтров, блоков деления и умножения и второго инвертора - позволяет уменьщить погрешности при обработке нестационарных сигналов. Технико-экономический эффект изобретения состоит в повышении точности систем, в которых оно использовано.

I

ft

i