Многоканальное устройство для обработки нестационарных сигналов Советский патент 1987 года по МПК H03K3/84 

Изобретение относится к импульс- ной технике и может быть использовано в системах управления промьшшен- ными объектами для обработки нестационарных сигналов.

Цель изобретения - повьппение помехоустойчивости устройства.

На чертеже представлена функциональная схема многоканального устройства для обработки нестационарных сигналов.

Устройчтво содержит каналы I формирования сигнала, каждый из которых состоит из переключателя 2 и фильтра 3 низкой частоты, распределитель 4 импульсов, генератор 5 импульсов , блок 6 мажоритарной обработки, содержащий каналы 7 обработки сигнала, каждый из которых состоит из вычитателя 8, компаратора 9 и ключа 10, а также сумматоры 11 и 12 и делитель 13. Кроме того, устройство содержит, задатчик 4, вычи- татель 15, компаратор 16, переключатель 1 7.

Выходы распределителя 4 соединены с управляющими входами переключателей 2 каналов 1, первый информационный вход и выход переключателей 2 подключен соответственно к выходу и входу фильтра 3 своего канала 1, вторые информационные входы переключателей 2 соединены между собой и подключены к входу устройства. Выходы фильтров 3 соединены с соответствующими входами блока 6 мажоритарной обработки, выход которого соединен с первыми входами вычитателя 15 и переключателя 17, выход которого является выходом устройства. Выход задатчика 14 соединен с вторыми входами вычитателя 15 и переключателя 17.

Выход вычитателя 15 через компаратор 16 соединен с входом управления переключателя 17. Выход генератора 5 соединен с входом распределителя 4.

В блоке 6 мажоритарной обработки первые входы вычитателей 8 каналов 7 являются соответствующими входами блока 6, в каждом канале 7 выход вычитателя В через-компаратор 9 подключен к входу ключа 10, выходы клю чей через сумматор 11 соединены с первым входом делителя 13, выходы компараторов 9 соединены через сумматор 12 с вторым входом Делителя

fO

15

20

25

х

-

- 55 }3.

2921662

Устройство работает следующим образом.

На вторые информационные входы переключателей 2 каналов 1 поступает входной сигнал, а на первые информационные входы подаются сигналы с выходов фильтров 3 низкой частоты соответственно, каждый из которых представлен в виде инерционного звена с передаточной функцией

W TIv одинаковой постоянной

р

времени инерции Т. Величина Т выбирается из условия подавления флук- туационной помехи до заданного (желаемого) уровня. В дискретном варианте Т однозначно определяется через коэффициент сглаживания d

, ut ,

где ut - шаг дискретизации, который принимается равным длительности „ импульсной помехи в входном сигнале. Коэффициент сл можно оценить из соотношения

dL- -2- N+1

в котором N - число усредняемых значений сглаживаемого сигнала, его рекомендуется выбирать из условия подавления флуктуационной помехи до желаемого уровня:

D

D

где D - дисперсия помехи в входном сигнале; D - заданная (желаемая) дисперсия помехи в сигнале, полученном на выходе фильтра 3.

На вход ив фильтров 3 поступает сигнал через переключатель.2 либо с выхода соответствующего фильтра 3, либо с входа устройства в зависимости от состояния переключателей 2.

Управление состоянием переключателей 2 осуществляется с помощью, распределителя 4, изменение состояния которого производится выходными сигналами генератора 5. Распределитель 4 работает циклически, вьщавая попеременно с интервалом ut управляющие сигналы на управляющие входы переключателей 2. Длина одного цик30

35

40

45

50

ла Т работы распределителя 4 на Т.. 3t,. , где 3 - число

рав-ц --1Л ГД ЧИСЛО выходов распределителя 4; vx - продолжительность управляющего сигнала на каждом выходе распределителя 4, ко

31

торая принимается равной длительности аномальной (импульсной) помехи во входном сигнале.

При поступлении управляющего сигнала на один из выходов распре- делителя 4, соединенный с управляющим входом переключателей 2 соответствующего канала 1, переключатель 2 этого канала соединяет свой второй информационный вход со своим выхо- дом, так что на вход фильтра 3 низкой частоты соответствующего канала поступает сигнал с входа устройства Другие переключатели 2 в других каналах 1 при этом остаются в поло- жении, при котором их выходы соединены с их первыми информационными входами, подключенными к выходам со- Ьтветствующих фильтров 3 низкой частоты. Таким образом, на входы |Этих фильтров 3 поступают сигналы с их же выходов. Через промежуток времени At управляющий сигнал начи- нает поступать на следующий вход следующего переключателя 2, соединяя свой второй информационный вход с выходом этого же переключателя 2, а остальные переключатели 2 других каналов при этом соединяют их первые информационные входы со своими вы- ходами и т.д. Через промежуток времени, равный Тц, цикл повторяется.

Таким образом, на выходе каждого фильтра 3 образуется сглаженный сиг- нал. Сглаженные сигналы поступают попарно на входы вычитателей 8 канала 7 в блоке 6. Величины разности сравниваемых сигналов с выходов вычитателей 8 поступают на двухпорого- вые компараторы 9, где производится сравнение этих сигналов с пороговыми значениями.

Если полученная величина лежит внутри заданного порога значений, на выхЬде соответствующего компаратора 9 появляется управляющий сигнал в виде импульса, который поступает на управляющий вход ключа 10 соответствующего канала 7. Ключ 10 перехо- дит в замкнутое состояние, соединяя выход фильтра 3 низкой частоты соответствующего канала 1 с первым, вторым или третьим входом соответственно сумматора 1I. Одновременно им- пульс с выхода этого же компаратора 9 поступит на соответствующий вход сумматора 12. Таким образом, в сумматоре 11 суммируются сигналы с вы5

1

5 0

0

664

ходов фильтров 3 низкой частоты, а в сумматоре 12 суммируется число импульсов, полученных на выходе компараторов 9. В сумматоре II могут суммироваться либо все сигналь с выходов фильтров 3, либо может поступить только один из сглаженных сигналов, когда только одна из сравниваемых разностей окажется находящейся внутри порога. В делителе 13 суммарный сигнал, поступивший с сумматора 11, поделится на число импульсов, накопленных в сумматоре 12.

Таким образом, на выходе делите- . ля 13 в блоке 6 сигнал будет соответствовать среднеарифметическому значению суммируемых в сумматоре 12 сигналов. В частном случае этот сигнал будет соответствовать одному из трех сглаженных сигналов фильтров 3. Сигнал, полученный на выходе блока 6 мажоритарной обработки, сравнивается с сигналом задатчика 14, который выдает гарантированное значение оцениваемого сигнала, обеспечивающее наименьщие потери в наихудшей ситуации. Для сравнения этих сигналов сигналы с выхода блока 6 и задатчика 14 поступают соответственно на первый и второй входы вычитате- ля 15, а величина разности этих сиг- |Налов сравнивается в компараторе 16 с заданными значениями разности.

Если величина разности сигналов 1с выхода блока 6 и задатчика 14 лежит в заданных пределах, на выходе компаратора 16 появляется сигнал, который поступает на управляющий вход переключателя 17. Переключатель 17 соединяет выход блока 6 с выходом устройства. В противном случае на выход устройства через переключатель 17 пройдет сигнал с задатчика 14.

На выход устройства будет подаваться сигнал с задатчика 14 и в тех случаях, когда ни один из сигналов с

.выходов фильтров 3 не попадает вовнутрь порога, определяемого пороговыми значениями компараторов 9. Например, если два сигнала оказались лежащими внутри порога, определяемого значениями компараторов 9, на выходе первого компаратора 9 появляется импульс, который поступит на управляющий вход первого ключа 10 и переведет его в замкнутое состояние; выход первого фильтра 3 низкой частоты, тем самым, соединится с

5

первым входом первого сумматора 1I. Одновременно импульс с выхода первого компаратора 9 попадет в сумматор 12, где зафиксируется его наличие.

Если другие компараторы 9 не србатывают, в делителе 13 сигнал поделится на единицу и поступит на один из входов вычитателя 15, на второй вход которого поступит сиг- нал с задатчика 14, где вычислится их разность, которая после поступления на вход компаратора 16 сравнивается с заданными величинами. Если величина разности лежит внутри за- данного порога, на выходе компаратора 16 появляется импульс, который воздействует на управляюп ий вход переключателя 17, переведя состояние его ключей в такое положение, при котором первый информационный вход переключателя 17 (выход делителя 13 соединяется с выходом устройства. Если величина разности лежит вне заданного порога, на выходе компаратора 16 импульса не будет, переключатель 17 останется в прежнем I состоянии и на выход пройдет сигнал

с задатчика 14.

В качестве гарантированного сигнала может приниматься максималь ное, минимальное или среднее значение полезного сигнала, известного, например, на основе априорной ин- формации о характере изменения этог сигнала. Может приниматься максимальное, минимальное или среднее значение полезного сигнала, гарантирующее минимальные потери в наи- более сложных ситуациях, которые возникают, в частности, в случае появления во входном сигнале аномальных помех с резко изменяющейся амплитудой.

Формула изобретени

1 .Многоканальное устройство для обработки нестационарных сигналов, срдержащее п каналов формирования сигнала и последовательно соединенВНИИПИ Заказ 285/57 Тираж 902 Подписное Произв.-прлигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

66 6

ные генератор и распределитель импульсов, а каждый канал формирова- ния сигнала содержит последовательно соединенные переключатель и фильтр низкой частоты, выход которого подключен к первому информационному входу переключателя, управляющий вход которого соединен .с соответствующим выходом распределителя импульсов , а второй информационный вход соединен с входной шиной устройства, отличающееся тем, что, с целью повьшения помехоустойчивости, в него дополнительно введены блок мажоритарной обработки, задатчик, вычитатель, компаратор, переключатель, причем выход фильтра низкой частоты каждого канала формирования сигнала соединен с соответствующим входом блока мажоритарной обрабоки, выход которого соединен с первыми входами вычитателя и переключателя, выход задатчика соединен с вторыми входами вычитателя и переключателя, выход вычитателя через компаратор соединен с входом управления переключателя.

2. Устройство по п.I, отличающееся тем, что блок мажоритарной обработки содержит каналы обработки сигнала, а каждый канал обработки сигнала содержит последовательно соединенные вычитатель, компаратор и ключ, а также первый и второй сумматоры и делитель, причем первый вход вычитателя каждого канала обработки сигнала является входом блока мажоритарной обработки и соединен с первым входом ключа, второй вход вычитателя соединен с вторым входом вычитателя последующего ка- нала, а второй вход вычитателя последующего канала соединен с первым входом вычитателя первого канала, выходы ключей каналов обработки сигналов через первый сумматор соединены с первым входом делителя, выход которого является выходом блока мажоритарной обработки, выходы компараторов каналов обработки сигналов подключены через второй сумматор к второму входу делителя.

Изобретение относится к импульсной технике. Может быть использовано в системах управления промышленными объектами для обработки нестационарных сигналов. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства. Для достижения поставленной цели в устройство введегш блок 6 мажоритарной, обработки, задат- чик 14, вычитатель 15, компаратор 16, переключатель 17. Устройство также содержит каналы 1 формирования сигнала, фильтр 3 низкой частоты, распределитель 4 импульсов, генератор 5 импульсов, каналы 7 обработки сигнала, переключатель 4, сумматоры 11, 12, делитель 13, вычитатель 8, компаратор 9, ключ 10. Устройство обеспечивает миниг льные потери даже в случае появления во входном сигнале аномальных помех с резко изменяющейся амплитудой. 1 з.п. ф-лы, I ил. с S (/)