Экстремальный цифровой фильтр Советский патент 1990 года по МПК H03H17/06 

31

Изобретение относится к цифровой обработке сигналов, а именно к устройствам цифровой фильтрации сигналов с малыми фазовыми сдвигами, и может использоваться в системах автоматического управления.

Цель изобретения - повышение точности фильтрации.

На чертеже приведена электрическая JQ вход второго элемента 8 задержки no- структурная схема экстремального циф- ступает код предыдущего экстремума рового фильтра.X9(i-l) сигнала Z(t), а с выхода

второго элемента 8 задержки код экстремума X(i-2), предшествующий 5

Экстремальный цифровой фильтр содержит аналого-цифровой преобразователь 1, дифференциатор 2, нуль- орган 3, элемент ИЛИ 4 и компаратор 5, интегратор 6, первый и второй элементы 7 и 8 задержки, триггер 9, дополнительный компаратор 10, счетчик 11, дополнительный элемент ИЛИ 12, первый, второй и третий регистры 13-15, первый и второй сумматоры 16 и 17 со сдвигом на два разряда вправо, третий сумматор 18, интерполятор 19, вход 20 опорного сигнала и вход 21 сигнала интегрирования .

Экстремальный цифровой фильтр работает следующим образом.

Входной сигнал Z(t). Y(t) + X(t), представляющий собой аддитивную смесь гарм онического сигнала и двух помех, причем вторая помеха по частоте выше, чем первая, поступает на входы аналого-цифрового преобразователя 1 и дифференциатора 2. В момент перехода первой производной смеси через ноль, соответствующий появлению экстремального значения составляющей смеси, определяемой второй помехой X9(i-l) сигнала Z(t), нуль-opiан 3 через элемент ИЛИ 4 вьщает разрешающий сигнал на управляющий вход аналого-цифрового преобразователя 1 и на вход сброса интегратора 6, устанавливая тем самым на выходе интегратора 6 нулевое напряжение. После чего напряжение на выходе интегратора 6 начинает возрастать, и если появление следующего экстремума X(i) произойдет до окончания заданного периода Т, то сигнал с выхода нуль-органа 3 через элемент ИЛИ 4 снова установит на выходе интегратора 6 нулевое напряжение, при этом выходное напряжение интегратора 6, возрастая, не достигает уровня срабатывания компаратора 5, Одновременно сигнал с выхода

20

25

30

35

40

45

50

коду Хэ(1-1), поступает на второй вход дополнительного компаратора 10, который сравнивает коды X-j(i) и Хэ(1-2) со знаком меньше, если происходит увеличение мгновенного значения составляющей сигнала Z(t), определяемой первой помехой, или со знаком больше, если мгновенное значение уменьшается. При выполнении условия сравнения на выходе дополнительного компаратора 10 появляется сигнал, поступающий на первый вход дополнительного элемента ИЛИ 12 выходной сигнал которого разрешает запись кода текущего экстремума X(i) соответствующий экстремальному значению составляющей, определяемой второй помехой, который принимается за код экстремума первой помехи смеси Y (j) в первый регистр 13. Одновременно во второй регистр 14 переписывается код предыдущего экстремума Y5(j-l), хранящийся в первом регистре 13, и в третий регистр 15 записывается код Yg(j-2), хранившийся во втором регистре 14. KpoMvi того, сигнал с выхода дополнительного компаратора 10 поступает на вход триггера 9, который изменяет знак сравнения дополнительного компаратора 10 на противоположный. Этот же сигнал сбрасывает счетчик I1, подсчитывающий количество импульсов с выхода элемента ИЛИ 4 с коэффициентом счета К. Сформированные коды с выходов первого 13 и второго 14 регистров в соответствии с алгоритмом работы известного фильтра поступают на ВХОДЕ первого сумматора 16, ас выходов второго 14 и третьего 15 регистров на вход второго сумматора 17. В этих

сумматорах коды сумм Y(j) + Y9(j-l) и Y9() + Y9(j-2) сдвигаются на два разряда вправо, что эквивалентно делению этих сумм на четыре. После элемента ИЛИ 4 установит на выходе аналого-цифрового преобразователя 1 сформированный код текущего экстремума Хэ(1), который поступит на первый вход дополнительного компаратора 10 и на вход первого элемента 7 задержки. В этот же момент времени с выхода первого элемента 7 задержки на

второго элемента 8 задержки код экстремума X(i-2), предшествующий 5

0

5

0

5

0

5

0

коду Хэ(1-1), поступает на второй вход дополнительного компаратора 10, который сравнивает коды X-j(i) и Хэ(1-2) со знаком меньше, если происходит увеличение мгновенного значения составляющей сигнала Z(t), определяемой первой помехой, или со знаком больше, если мгновенное значение уменьшается. При выполнении условия сравнения на выходе дополнительного компаратора 10 появляется сигнал, поступающий на первый вход дополнительного элемента ИЛИ 12, выходной сигнал которого разрешает запись кода текущего экстремума X(i), соответствующий экстремальному значению составляющей, определяемой второй помехой, который принимается за код экстремума первой помехи смеси Y (j), в первый регистр 13. Одновременно во второй регистр 14 переписывается код предыдущего экстремума Y5(j-l), хранящийся в первом регистре 13, и в третий регистр 15 записывается код Yg(j-2), хранившийся во втором регистре 14. KpoMvi того, сигнал с выхода дополнительного компаратора 10 поступает на вход триггера 9, который изменяет знак сравнения дополнительного компаратора 10 на противоположный. Этот же сигнал сбрасывает счетчик I1, подсчитывающий количество импульсов с выхода элемента ИЛИ 4 с коэффициентом счета К. Сформированные коды с выходов первого 13 и второго 14 регистров в соответствии с алгоритмом работы известного фильтра поступают на ВХОДЕ первого сумматора 16, ас выходов второго 14 и третьего 15 регистров на вход второго сумматора 17. В этих

сумматорах коды сумм Y(j) + Y9(j-l) и Y9() + Y9(j-2) сдвигаются на два разряда вправо, что эквивалентно делению этих сумм на четыре. После I

51569961

сдвинутые коды поступают на сумматор 18, где, складываясь, ют код отфильтрованного сигналл п п с с и R н в н

ла, который поступает на интерполятор 19, на выходе которого формируется непрерывный сигнал. Если появление экстремума Хэ(1) не произойдет в заданный период Т, что соответствует исчезновению второй помехи, то в соответствии с алгоритмом работы известного фильтра напряжение на выходе интегратора 6 возрастает до уровня срабатывания компаратора 5,на выходе которого сформируется импульс, который через элемент ИЛИ 4 поступит на управляющий вход аналого цифрового преобразователя 1, на выходе которого сформируется код текущего значения Z(t). Этот импульс сбрасывает интегратор 6 на ноль. Напряжение на -его выходе снова возрастет до уровня срабатывания компаратора 5, на выходе которого появится импульс, который сбросит интегратор 6 на ноль. Период повторения импульсов равен Т. В этом случае в элементах 7 и 8 задержки задерживаются не экстремумы, а текущие значения си нала.которые, сравниваясь в дополнительном компараторе 10, так же, ка и экстремумы X(t), определяемые второй помехой, позволяют находить экстремумы Y(t), соответствующие экстремальным -значениям составляющей определяемой первой помехой. Усредняя полученные экстремумы Y3(t), фильтр позволяет получить на выходе интерполятора 19 полезный сигнал. Еспи счетчик 11, подсчитывающий количество импульсов с выхода элемента ИЛИ 4 с коэффициентом счета N переполняется, что соответствует исчезновению первой помехи, то на выходе переполнения счетчика 11 появляется сигнал, поступающий на второй вход элемента ИЛИ 12, выходной сигнал которого позволит запомнить в pciистрах 13-15 значения не экстремумов Y9(t) первой помехи, а текущие значения экстремумов X(t) второй помехи или текущие значения сигнала Z(t), в случае исчезновения обеих помех, соответствующие моменту переполнения счетчиков 11, Эти значения, усредняясь как экстремумы Y-(t), позволяют получить на выходе интерполятора 19 полезный сиг - нал.

0

5

При наличии смеси полезного сигнала с тремя и более помехами при -условии, что частота каждой последующей помехи в пять и более раз больше предыдущей, дальнейшее усложнение схемы фильтра нецелесообразно, поскольку устранить влияние третьей и высших помех на работу фильтра можно, используя простейшие RC-фильтры. Такие фильтры, настроенные на третью помеху, практически не вносят фазовых сдвигов полезного сигнала .

Таким образом, введение вышеуказанной совокупности блоков и связей между ними позволяет ослабить требования к входному сигналу и увеличить

точность цифрового фильтра.

Формула изобретения

5

5

0

Экстремальный цифровой фильтр, содержащий последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, первый и второй элементы задержки, последовательно соединенные дифференциатор, вход которого соединен с вхоQ дом аналого-цифрового преобразователя и является входом экстремального цифрового фильтра, нуль-орган и элемент ИЛИ, интегратор и компаратор, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом аналоге- цифрового преобразователя, а также первый, второй и третий регистры, входы записи которых объединены, первый и второй сумматоры со сдвигом на два разряда вправо, первые входы которых соединены с выходами первого и третьего регистров соответственно, а вторые входы первого и второго сум-

е маторов со сдвигом на два разряда вправо подключены к выходу второго регистра, третий сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго сумматоров

о со сдвигом на два разряда вправо соответственно и интерполятор, вход которого соединен с выходом третьего сумматора, а выход интерполятора является выходом экстремального цифро-

5 вого фильтра, входами сигнала интегрирования и опорного сигнала которого являются сигнальный вход интегратора и второй вход компаратора соответственно, причем вход первого реги-

715699618

стра соединен с выходом аналого-циф-го преобразователя и второго элеменрового преобразователя, о т л и -та задержки соответственно, и счетчающийся тем, что, с цельючик, счетный вход и выход которого

повышения Точности фильтрации, вве- ,соединены с выходом элемента ИЛИ и

дены последовательно соединенныевторым входом дополнительного эледополнительные компаратор и элементмента ИЛИ соответственно, а вход

ИЛИ, выход которого соединен с входомсброса счетчика соединен с входом

записи первого регистра, триггер,триггера и выходом дополнительного

выход которого соединен с управляю- юкомпаратора, причем вход и выход

щим входом дополнительного компара-второго регистра соединены с выходом

тора, первый и второй входы которогопервого и входом третьего регистров

соединены с выходами аналого-цифрово-соответственно.

Изобретение относится к цифровой обработке сигналов. Цель изобретения - повышение точности фильтрации. Экстремальный цифровой фильтр (ЭЦФ) содержит аналого-цифровой преобразователь 1, дифференциатор 2, нуль-орган 3, элементы ИЛИ 4 и 12, компараторы 5, 9 и 10, интегратор 6, элементы 7 и 8 задержки, триггер 9, счетчик, регистры 13, 14 и 15, сумматоры 16, 17 и 18, интерполятор 19. Повышение точности фильтрации обеспечивается введением последовательно соединенных компаратора 10 и элемента ИЛИ 12, триггера 9, счетчика 11 и их соединением с узлами ЭЦФ. При наличии смеси полезного сигнала с тремя и более помехами при условии, что частота каждой последующей помехи в пять и более раз больше предыдущей, дальнейшее усложнение фильтра нецелесообразно, поскольку устранить влияние третьей и высшей помех на работу фильтра можно используя RC-фильтры, которые не вносят фазовых сдвигов полезного сигнала. 1 ил.