Устройство для фильтрации сигналов от периодических помех Советский патент 1985 года по МПК G05B5/01 

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для ф 1л ьтращ1и основных сигналов технологических процессов от высокочастотных периодических помех. По основному авт.св. № 1004961 известно устройство, содержащее пре образователи фильтруемого сигнала и сигнала частоты помехи, одномерную итеративную структуру, основной вход которой соединен с вьпсодом пре образователя фильтруемого сигнала, а перемещающий вход связан с выходо преобразователя сигнала частоты помехи, и преобразователь состояния итеративной структуры, суммирующие входы которого соединены с выходами соответствукицих ячеек итеративной структуры, а масштабирукяций вход связан с выходом преобразователя си нала частоты помехи, а также блок вычитания,сумматор, два переключателя, блок динамической памятн и блок управления, причем два входа блока вычитания подключены к выходам соответственно одномерной итеративной структуры и преобразователя фильтруемого сигнала, а выхо к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока динамической памяти а выход с первым входом первого переключателя, вторым входом подключенного к выходу преобразователя состояния итеративной структуры, и входу второ го переключателя, выход кот-орого со динен с параллельными информационными входами блока динамической памяти, последовательный информационный вход которого соединен с выходо первого переключателя, сдвиговый вх с выходом преобразователя сигнала частоты помехи и входом блока управ ления, выходы которого соединены с управляющими входами переключателей выход первого переключателя является выходом устройства . Недостатком известного устройства является низкая точность фильтра ции при изменении амплитуды периоди ческой , обусловленная тем, что при изменяющейся амплитуде поме хи приращение фильтруемого сигнала за период изменения помехи отличает ся от приращения полезной соотавляю щей на величин-у приращения амплитуд периодической помехи за этот период При этом вследствие наличия положительной обратной связи в устройстве возникающая в результате изменения амплитуды помехи ошибка определения полезной составляющей фильтруемого сигнала может накапливаться и существенно снижать точность фильтравди. Цель изобретения - повышение точности фильтрации сигналов от периодических высокочастотных помех, амплитуда которых может изменяться в процессе фильтрации в иироком диапазоне. Указанная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены пороговь1й элемент и третий переключатель, включенный между одним из выходов блока управления и управляющим входом первого переключателя, а управляющий вход третьего пёpeклюfчaтeля соединен через пороговый элемент с выходом блока вычитания . (, . На выход устройства подают среднее интегральное значение фильтруемого сигнала в течение тех периодов, когда амплитуда периодической помехи и полезный сигнал не изменяются. При этом введение третьего переключателя обеспечивает отключение поступающего с выхода блока управления потенциального сигнала управления перВЕЛ 1 переключателем при нензменност амплитуды фильтруемого сигнала за период изменения помехи, причем введение в устройство порогового эл.ёмента обеспечивает контроль величины приращения a mлитyды фильтруемого сигнала за период помехи и формирование такого сигнала управления третьим переключателем, -котоpUA при превьшении упомянутой величиной приращения зоны нечувствительности порогового элемента nepeaojWT третий переключатель в замкнутое, а в противном случае в разомкнутое состояние. Таким образом, в результате введения в устройство новых блоКов и связей обеспечивается формирование такого сигнала управления, первым управляемым переключателем, при котором на выход устройства фильтращш подается сигнал среднего интегрального значения с второго выхода узла предварительной обработки не только в течение первого периода изменения помехи, как

в прототипе, но и в те периоды, когда амплитуда Лильтруемого сигнала остается неизменной. Так как указанное среднее значение не содержит ошибки, связанной с изменением ампли туды помехи, то при запоминании фор1«руемого таким образом выходного сигнала устройства в блоке динамической памяти и введении полз аемого сигнала в обратную .связь устройстна указанная ошибка не накапливается, как в прототипе, в результате чего точность фильтрации периодических помех при помощи предлагаемого устройства в случае изменения амплитуды помехи будет выше, чем в устройстве-прототипе.

На чертеже приведена блок-схема устройства для фильтрации сигнала от периодической помехи.

Устройство, содержит преобразователь 1 фильтруемого сигнала, преобразователь 2 сигнала частоты помехи, одномернз итеративную структуру 3 преобразователь 4 состояний итеративной структуры, блок 5 вычитания, блок 6 сумдарования, блок 7 управления, первый и второй переключатели 8 и 9, блок to динамической памяти, пороговый 11 и третий переключатель 12.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы с вьЕкодов преобразрвателя 1 фильтруемого сигнала и преобразователя 2 сигнала частоты помехи поступают на соответствующие входы одномерной итеративной структуры 3 и преобразователя 4 состояний, в которых осуществляется их преобразование таким образом, что на выходе последней ячейки итеративной структуры 3 формируется сигнал x(t-T), соответствующий задержанному на пе-г риод изменения пом.ехи ф шьтруем 4у сигналу, а иавыходе преобразователя 4 формируется сигнал ), соответствзпощий интегральному зяачеиию фильтруемого сигнала на скользящем интервале, равном периоду помехи

x(t) . Ct)Jt (t)

Сигнал л (fc-T) с шкода последней ячейки структуры 3 поступает на вход блока 5 вычитания, на другс вход этого блока поступает выходной

сигнал преобразователя 1 фильтруемого сигнала. На выходе блока 5 формируется при этом сигнал, соответствующий приращению фильтруемого сигнала за период помехи, т.е. X(t)-Х(t-T), который подается одновременно на один из входов блока б суммирования и на вход порогового элемента 1.1.

Сигнал ) на выходе порогового элемента 11 формируется в соотвествии с алгоритмом

Го, ) -x(t-T) , (2)

п,«

1, /x(t) -x(t-T)/ Б , (3)

где - величина зоны- нечувствительности элемента. Этот сигнал поступает на управляющий вход третьего переключателя 12, который коммутирует цепь управлякнцего сигнала U |pp(t),поступающего с одного из выходов блока 7 управления. Сигнал U (t) формируется блоке 7 управления в соответствии с алгоритмом

О, t. t 6 t- т, (4)

ujjpft)

(5)

1, t t + Т

и коммутируется третьим переключателем 12. ПРИ этом на выходе третьего переключателя 12 формируется сигнал U(t), представляющий собой логическое произведение сигналов ) и U,,(t), а именно

иГД() uinl(t) и„.а) (6)

п

г«

где Л - знак логического умножения

Выходной сигнал третьего переключателя 12 подается на управляющий вход переключателя 8, который в нормальном положении подключает к выходу устройства выход щ еобразо вателя 4, а при прдаче на управляющий вход единичного сигнала переключает выход устройства к matoijy блока б суммирования. На выходе блока 6 формируется сумма сигналов, яоступаацих tia входы блока б соответственно с выхода блока 5 вычитания и выхода блока tO да|на а1ческ памяти. В блоке 0 осуществляется запись информащш, поступающей на последовательтдй информационный вход, с устройства в первую ячейку, и последукяций сдвиг этой S информации в направлении к последней ячейке выходным сигналом пре образователя 2 сигнала частоты поме хи , поступающим на сдвиговый вход блока 10, т.е. сигнал на выходе пос ледней ячейки блока 10 соответствуе I задержанной, на период Т. выходной величине ,устройства, т.е.. величине x-(). При помощи переключателя 9 на основной вход которого поступает сигнал среднего интегрального значения X(p(t) с выхода преобразователя t(f иа управляющий вход - сигнал Uunp(t) с выхода блока 7 управления, осуществляется запись во все ячейки блока tS динамической памяти сигнала начального значения x,(t) в конце первого периода изменения помехи причем этот сигнал подается с выхода переключателя 9 на параллельные входы записи блока to в течение времени, необходимого для записи информации в ячейки памяти. Таким образом, выходной сигнал блока 6 суммирования соответствует сумме приращения фильтруе мого сигнала за период изменения помехи и величины (t-T), т.е. Xj (t) rx(t)-x(t-T) +x(t-T) ( Выходной сигнал устройства, получаемый на выходе переключателя 8, в течение первого (после включения устройства) периода изменения помехи и в те периоды, когда приращение полезной составляющей/сигнала и амплитуды периодической помехи за 19 период ее изменения не превышает зону нечувствительности порогового элемента 11, т.е. приращение фильтруемого сигнала за период Т удовлетворяет неравенству (3), соответствует величине среднего интегрального значения фильтруемого сигнала за период изменения помехи x(t), а в помехи X (t), переходных режимах - величине x.(t). где величины х. (t) и x/t) определяются соответственно выражениями (1) и (7), а Uyorft) определяется из (6) с учетом (2) - (5). При этом ошибка в определении полезной составляющей по (9), возникающей при изменении амплитуды помехи, не накапливается, (как в прототипе), так как в периоды неизменности амплитуды на выход устройства поступает сигнал x.(t), не содержащий указанной ошибки, и этот сигнал запоминается в блоке динамической памяти. Предлагаемое устройство может быть использовано для фильтрации высокочастотных периодических помех в первичных сигналах АСУ ТП, для преобразования информации о параметрах технологических процессов, например, при определении фактических параметров технологических потоков непрерывных производств и т.п.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ СИГНАЛОВ ОТ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПОМЕХ по авт.св. № 1004961, отличающееся тем, что, с целью повышения точности фильтрации от высокочастотных помех, в него дополнительно введены пороговый элемент и третий пepeкJ7ючaтeль, включенный между одним из выходов блока управления и управлянмдим входом первого переключателя, а управляющий вход третьего переключателя соединен через пороговый элемент с выходом блока вычитания. о эо со