Дифференцирующее устройство Советский патент 1986 года по МПК G06G7/18 

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и предназначено для получения сигналов, пропорциональных производной, при наличии шума, уровень и время корреляции которого априори неизвестны и могут меняться в заданных пределах. Целью изобретения является повышение помехозащищенности. . На чертеже дана блок-схема дифференцирзпощего устройства. Устройство содержит элементы 1 и 2 сравнения, интегратор 3, сумматоры 4-7, интегратор 8, масштабирующие элементы 9-12, источники 13, 14 постоянных сигналов, интегратор 15, блоки 16-18 умножения, релейные элементы 19 и 20, элемент 21 ОГРАНИЧЕНИЕ и сумматор 22. Устройство работает следуюш м об разом. На первый вход элемента 1 сравне ния поступает смесь полезного сигна ла с шумом, которая сравнивается с величиной сигнала на выходе интегра тора Зо Ошибка с ,а элемента 1 сравнения поступает на первьм вход элемента 2 сравнения, где сравнивается с выходным сигналом блока 17 умножения. Элементы 10 и 11 масштабирования имеют коэффициентыKj, и А соответственно. Выход элемента 5 сравнения подается на сумматор 6, где суммируется с сигналом x(t) ошибки. Выход сумма тора 6 является входом для интегратора 8. На вход релейного элемента 19 поступает сигнал с выхода элемб.нта сравнения. Выходной сигнал, равный oi, если (t) 0 (U(t), если (t) 0,oi const; через интегратор 15 поступает на вход элемента 21 ОГРАНИЧЕНИЕ, а затем на первый вход блока 16 умножения, выход которого через блок 9 масштабирования с коэффициентом Л С посгупает на вход сумматора 22, в котором складывается с постоянным сигналом Ср, генерируемьм источнико 13 постоянного сигнала. Сигнал с выхода элемента 11 пос тупает на вход сумматора 4, в котоом из него вычитается постоянный игнал Vg , генерируемый источником 14. На вход интегратора 3 подается игнал с вьшода сумматора 7, на вхоЫ которого поступают сигнал (t) через элемент 12 масштабирования с коэффициентом,В и сигнал .V(t) с выхода сумматора 4. В отсутствии шума в дифференциаторе возникает скользяпщй режим. В скользящем режиме сигнал (t) близок к нулю. Выбирая достаточно малые значения Сд, и С, имеем соответственно малое значение ошибки x(t) на выходе элемента 1 сравнения. Это означает, что выход интегратора 3 отслеживает со сколь угодно малой ошибкой входной сигнал и на выходе сумматора 4 будет сигнал, пропорциональный производной входного сигнала. В этом случае передаточная функция устройства имеет вид W(p) УгР+У|Р+1 где у А(,|Г С - Ке У ЛС . (5, , rlJ Т, - постоянная времени интегратора 3j тора 3, Tj - постоянная времени интегра-. тора 8; тора 8, йК - константа, характеризующая выходной сигнал элемента 20., Таким образом, в отсутствие помех за счет выбора коэфсЬидиентов передачи А и йС блоков 11 и 9 масштабирования и величины Сд сигнала источника 13 постоянного сигнала можно осуществить сколь угодно точное дифференцирование при любом значении Tf. Достигается это при конечных значениях коэффициентов масштабирования элементов 9-12 и постоянных времени интеграторов 3,8, 15 и при отсутствии скользящего режима в главном контуре. Под действием помех скользящий режим .прекращается н возникает режим переключений. При выборе значения oi из условия

- г

макс а

где д,о,кс - максимально возможное

время корреляции шума на всем интервале времени дифференцирования, выходной сигнал блока 21 не успеет изменить знак под действием помехи. Это означает, что, несмотря на воздействие помех, изменение знака обр.атной связи через блок 18 умножени определяется только регулярной составляющей сигнала (t), так как после попадания в область существования скользящего режима сигнал W(t) на выходе интегратора 8 знако- постоянен. Поэтому сохраняется правильное изменение (увеличение или уменьшение) величины сигнала W(t) и соответственно выходного сигнала V(t), определяемое регулярной, а не случайной составляющей сигнала, что и обеспечивает подавление корр елированных шумов при дифференцировании.

При наличии помех связь между входом и выходом устройства аппроксимируется дифференциальным уравнением третьего порядка

ft

V(t) +

V(t) +

v(t) .+

1+К,

+ v(t) T,f(t),

где Kj - коэффициент, зависящий обратно пропорционально от дисперсии помехи, |Д(Рз некоторые константы, зависящие от парамет ров дифференцирующего устройства.

Из уравнения следует, что с ростом уровня шума увеличиваются коэффициенты в левой части уравнения, обеспечивая подавление помех.

Формула изобретения

Дифференцирующее устройство, содержащее первый элемент сравнения, первый вход которого является информационным входом устройства, а выход соединен с первыми входами-первого сумматора и второго элемента сравнения, выход первого сумматора через первый интегратор соединен с входами первого и второго масштабирующих элементов, выход первого масштабирующего элемента и выход первог источника постоянного сигнала соединены с соответствующими входами второго сумматора, выход которого является выходом устройства и соединен с первым входом третьего сумматора,второй вход которого через третий масштабирующий элемент подключен к выходу второго элемента сравнения, а выход через второй интегратор соединен с вторым входом первого элемента сравнения, выход второго масштабирующего элемента соединен с первым входом четвертого сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, а также четвертый масштабирующий элемент, отличающе еся тем, что, с целью повьш1ения помехозащищенности устройство содержит третий интегратор, два релейных элемента, три блока умножения, элемент ОГРАНИЧЕНИЕ, второй источник постоянного сигнала и пятый сумматор, при э-том вход второго элемента сравнения через соединенные последовательно первый релейный элемент, третий интегратор и элемент,ОГРАНИЧЕНИЕ,соединен .с первым входом первого блока умножения, выход которого соединен с первым входом второго блока умножения и через четвертый масштабирующий элемент с первым входом пятого сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго источника постоянного сигнала, а выход - к первому входу третьего блока умножения, выход которого соединен с вторым входом второго элемента сравнения, выход первого интегратора соединен с вторыми входами второго и третьего блоков умножения и через второй.релейный элемент - с вторым входом первого блока умножения, а выход второго блока умножения соединен с вторБ1м входом четвертого сумматора.

Изобретение относится к автома.тике и аналоговой вычислительной технике и предназначено для получения сигналов, пропорциональных производной, при наличии шума, уровеньи время корреляции которого априори неизвестны и могут меняться в заданных пределах. Цель изобретения состоит в повышении помехозащищенности. Устройство содержит два элемента сравнения, три интегратора, пять сумматоров, четыре масштабирующих элемента, два источника постоянного сигнала, три блока умножения, два релейных элемента, элемент ОГРАНИЧЕНИЕ. Повышение помехозащищенности, обеспечивается за счет зависимости эквивалентного коэффициента передачи релейного элемента от уровня помех во входном сигнале, а такс S же тем, что изменение знака обратной ел связи, осуществляемой одним из блоков умножения, определяется только регулярной составляющей выходного сигнала вследствие фильтрации случайной составляющей. 1 ил. 4 4