Устройство коррекции выходных сигналов Советский патент 1992 года по МПК G01R29/02 

СО

с

Изобретение относится к устройствам автоматики и может быть использовано для коррекции систем управления. Оно также может быть использовано в технике связи при коррекции сигналов от внутрикэналь- ных искажений. Цель изобретения - расширение области применения и увеличение точности устройств коррекции выходных сигналов. Устройство реализует вычисление входных сигналоз устройств, функционирование которых описывается линейными управлениями, приведенными в описании изобретения.1 ил.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при разработке устройств, предназначенных для коррекции сигналов, искаженных линией передачи.

Известно устройство для измерения па- раметров сигналов, содержащее источник сигнала, линию передачи, генератор импульсной характеристики линии передачи, блок деления, интеграторы, блоки вычисле-. ния модулей функций, устройство отображения результатов обработки.

Однако такое устройство обладает невысокой точностью и устойчивостью в связи с тем, что операция определения спектра входного сигнала является некорректной из-за деления спектра выходного сигнала на спектр импульсной переходной характеристики.

Известно устройство, предназначенное для восстановления входных сигналов линейных инвариантных к сдвигу времени линий передачи, функционирование которых описывается уравнениями вида:

00

- оо

/h(t-r)x(r)dr f(t), (1)

где x(t) и f(t) - соответственно входной и выходной сигналы;

h(t) - импульсная переходная характеристика.

Данное устройство реализует итерационный метод, условием сходимости которого является выполнение неравенства

sup П-уН (wH-q 1.гдеН(м)- со Q) оо

преобразование Фурье функции h(t) (частотная характеристика), у- вещественная константа.

Недостатком этого устройства является то обстоятельство, что в устройство введен

ч О СЛ V О СО

фильтр с определенной теоретически передаточной функцией Н ( а). которая может отличаться от передаточной функции реального измерительного тракта.

Наиболее близким к предлагаемому яз- ляется предложенное устройство, предназначенное для улучшения метрологических качеств приборов. Устройство состоит из цифроаналогового преобразователя (ЦАП) с характеристикой ffZ), устройства умножения на вещественную константу у(п), сумматора, регистра памяти и переключателя, включенного в обратную связь аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с характеристикой F(Z) Устройство реализует алгоритм

Zn+l Zn-y(n){F(y(Zn)) -F()}, (2) где п - номер итерации, Zn - скорректированный результат, у (п) - параметр алгоритма (называется шагом).

Достоинством этого устройства являет- ся то, что при получении каждого п скорректированного результата функции F( p (Zn)) задается не алгоритмически, а получается в результате прохождения сигнала f (Zn) через корректируемый АЦП с хэрактеристи- кой F(Z).

Недостатком этого устройства является узкая область применения.

Целью изобретения является повышение точности коррекции выходного сигнала и расширение области-применения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее переключатель, блок памяти, блок умножения на константу, сумматор, вводятся дополнительно три блока умножения, три сумматора, три блока памяти, два переключателя, а также организуется .полностью новая система связей между элементами,

При этом выход первого переключателя через последовательно соединенные первый блок памяти, второй переключатель, клеммы для подключения корректируемого устройства подключен ко входу третьего пе- реключателя. первый выход которого подключен ко входу третьего блока памяти, а второй - ко входу четвертого блока памяти, выход третьего блока памяти через первый блок умножения на константу подключай к первому входу первого сумматора, второй вход которого через четвертый блок умножения на константу подключен к выходу четвертого блока памяти, первый вход второго блока памяти через второй блок умно- жения на константу подключен к выходу третьего блока памяти, а второй вход через третий блок умножения на константу подключен к выходу четвертого блока пямяти.

выход первого сумматора подключен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого подключен ко второму выходу первого бло.о памяти, второй дход которого подключен к выходу третьего блока памяти, выход второго блока памяти подключен ко входу четвертого блока памяти, пыход которого через второй и четлертыи сумматоры подключен ко входу второго блока памяти, вюрой выход которого подключен ко второму зходу второго переключателя, а вход - к выходу четвертого сумматора,

Повышение точности коррекции выходного сигнала и расширение области применения устройства достигается за счет введения в его состав ряда новых элементов и сзязей между ними.

На чертеже изображена блок-схема устройства для коррекции выходного сигнала.

Устройство для коррекции выходного сигнала содержит первый переключатель 1, первый блок памяти 2, второй блок памяти 3, второй переключатель 4. корректируемое устройство 5, третий переключатель 6, третий блок памяти 7, четвертый блок памяти 8, первый блок умножения на константу 9, второй блок умножения на константу 10, третий блок умножения на константу 11, четвертый блок умножения на конгтянту 12, сумматор 13, второй сумматор 14, третий сумматор 15, четвертый сумматор 16.

При этом выход первого переключателя 1 через последовательно соединенные первый блок памяти 2, второй переключатель 4, клеммы для подключения корректируемого устройства 5 подключен ко входу третьего переключателя б, перзый выход которого подключен ко входу третьего блока памяти 7, а второй - ко входу четвертого блока памяти 8, выход третьего блока памяти 7 через первый блок умножения на константу 9 подключен к первому входу первого сумматора 13, второй вход которого через четвертый блок умножения на кснстгнту 12 г.одх/прчеи к выходу четвертого блока памяти 8, первый вход второго блока памяти 3 через второй блок умножения нг константу 10 подключен к зыходу третьего блока памяти 7, а второй сход через третий блок умножен 1я на :сон- станту 11 подключен к выходу -:етпертог6 блоха памяти 8, выход первого сумматора

13 подключен к первому входу третьего сумматора 15. второй сход которого подключен ко второму выходу перзого блок.ч памяти 2. второй вход KoropsTo -юдхлючен к выходу третьего блока пгмяти 7, выход второго блока пзмгии 3 псл; очен ко входу четвертого

б /:ОКЗ ПаМЯТЬ1 С, : ЫХСД KOlOpOO jpGJ СЛОрОЙ

14 и четс сфтмй сумматоры 16 подкопчен ко

17057686 второму входу второго переключателя 4, а Представим Р(й) Рт(со) + РСт(и)

вход - к выходу четвертого сумматора 16.

Опишем работу устройства, предполагаяFT (со ) вначале, что корректируется сигнал, искаженный линейной, инвариантной к сдаигу време- 5 ни системой, описываемой уравнением

соFCT(U)

/ h(t-r)x(r)dr f(t).

F (у)при I u) I T , О при I (0 I T. О при I (O I T Р(й))при I tu I T .

- oo Аналогичн JM образом определяются где x(t) и f(t) - соответственно входной и IQ функции Zn,T, Zn.cr. n - 0,1; выходной сигналы, h(t) - импульсная пере- Через fr{t) и ) обозначены прообразы ходная функция. функций Рт(со) иРСт(ш).

Условия, при которых возможно исполь-Применим к уравнению (3) преобразо- зование устройства для коррекции сигна- вание Фурье лов, искажаемых системами с нелинейными Zn + i(&)Zn(a)- характеристиками, приведены ниже.

Обозначим через Н ( ш) частотную ха--yH(y)Zn(w)+yF(u). рактеристику линейного устройства Н (ш)- Это уравнение можно представить в ви- преобразоаание Фурье функций h(t). Пред- де системы двух уравнений положим, что выполнено следующее условие: 20 Zn+i.T(u) Zn,T(o)- приизменении ивинтервале( -°°, оо) множество значений Н( ш) расположено внутри -yH(fu)Zn.T(u)+yFT(to) угла (включая вершину) с вершиной в начале И) координат плоскости комплексной пере- Zn+i,cr (ft)) Zn,cT (&) менной и с раствором меньшим л. Тогда 25

найдется такая комплексная константа у.-yH(o)Zn.cr+yFCT(uO. что и множество уН(ш) при (й) гп+1,т(й) + гп-и.ст(со) расположено в круге радиуса 1 с центром в Рассмотрим первое из уравнений (4). точке (1.0). Пусть у а + |Д Отметим, что Нетрудно видеть, что на практике достаточно потребовать выпол- 30 MZn+i.T(t)-Zn,T(t)ll.- нение этого условия при -Т о; Т, где Т достаточно большая константа. 117 -7 -vfhftРассмотрим итерационный процессп п ,п

00.. .

Zn + i(t)Zn(t)-y/h(t-35 r)(Zn.T(r)-Zn-i.T(O)dr| |

13)

-r)Zn(r)dr+yf(t),«Игя.т(«)-2я-,.т(а)- -ун(й/)(2«.т(ш)((й)Докажем сходимость итерационного

процесса (3) при указанном выборе констан- °Zn-i.T(w)) I I sup 11- ты у к решению Z(t) уравнения (1). Для дока- - зательства воспользуемся теоремой Банаха о неподвижной точке. yH(u))|||Zn.f(u)

Пусть x0(t) - начальное приближение в .

итерационном процессе (3). Возьмем произ-Zn-i.T(o)l | ,UP I 1 вольное, достаточно малое Ј(), и

обозначим через Т достаточно большое чис--уН(а)| I I 2п т(О- ло, такое,что

.тю 50 -2п-и (t)l I q I iZn.T(t)(t0)l2du, + /IF((U)l2du)e.-2n-1.T(t)ll.

J°° i. /IZo(u) + /IZo(w)l2du; e где I 1 -у Н (ft)) I 1 .

-00т D0 )T

/lz(u)i2du + iz(cw)i2dco eИз теоремы Банаха следует.что после- оот довательность хг.т сходится к функции ZT (t)

и

Р(й) Рт(со) + РСт

F (у)при I u) I T , О при I (0 I T. О при I (O I T Р(й))при I tu I T .

I IZ(t)-Zn,T(t)l I Ј SI IZi.T-Zo.T I (1

-q)|yl (sup I H(w)l I I

)ST

Xo.T(fl)l I +l 1Рт(ш) l)qn/

Перейдем к исследованию втор уравнений (4). Нетрудно видеть, что

I I (tj-Zn.cT (t)l I I (t)-Zn-i.cr(t)-y/h(t-r)((r)- 00

-Zn-1.er(T)dr I I

I I (y)-Zn-i,cT(y)yH(uO((u)-Zn-1,cT(fiO)l

sup I 1-H(u)l I I Z(w)Ш

-Zn-1.CT (G)l I S I I Z T-Zn-l.cr IZ (t)-Zn-1,cT(t)l I ... IZcr-Zo.cr l I S2Ј.

Из неравенств (5) и (6) следует, ч

I |Z(t)-Zn(t)l I 2е +

00

+ lyl I l(/ h(t-(T)Z0(r)drl I +

- 00

+ l lf(t)l l)qn-V(1-q).

нении с постоянными возмущениями (7) слеТаким образом, если уравнение (1) име- дует, что погрешность определения Z есть ет ем нственное решение х (t), то к нему величина Л , где Ј- погрешность реалмзэ- сходится итерационный процесс (3).ции величины F(x) n А П. : онстгята А зави 5 сит от функций F, р и параметра Хп)

Существование единственного реше- используемых в итерациях (2). ния х (t) при наложенных условиях на функ-Устройство рг оотзет следующим обра- цию h(t) следует (6). зом

Так как непосредственно реализовать итерационный процесс при комплексном Представляется невозможным, то полагая у а + i/3 , Z х + ly. представим итераци- онный процесс (3) в вещественной области выражениями

оо

10

х„ + 1 х„ - а / h (t - 00

-r)xn(T)(t- Of

-r)yn(r)dr + af

аз Уп + 1 (t

оо

-r)xn(r)dr-a/h(t(7)

- 00

25

-r)yn(r)dr+/9f

при начальном приближении x0(t) - f(t), yn(t) 0.

В выражении (Т) все параметры вещественны. Выходным сигналом устройства является функция xn(t). Функция yn(t) является вспомогательной.

Введение комплексного параметра у позволяет расширить область применения устройства, так как оно оказывается применимым к устройствам, у которых импульсная характеристика Н (ш) сосредоточена не тольхо в правей полуплоскости комплексной переменной.

Увеличение точности по сравнению с

прототипом обусловлено тем, что в предлагаемом устройство отсутствует аналого- цифровой преобразователь (АЦП) с хар ктеристикой F(Z). Наличие этого преобразователя может рызвать болылую погрешность, так как скорректированный результат Z определяется из равенства F(y (Z)) F(x). Точность определения Z в этом случае зависит от точности реализации Функции F.

Из методов решения операторных уравПервый цикл. В начале работы в первый, второй, третий и четвертый блохи памяти записываются нулевые сигналы. Первый, второй и третий переключатели переводятся в положение I. Выходной сигнал f(t) подается на переключатель 1 и запоминается в первом блоке памяти 2. Первый переключатель 1 переводится в положение II, Сигнал f(t) проходит через корректируемое устройство 5 и запоминается в третьем

00

блоке памяти 7. Сигнал V(t) / h(t-i) f(r)

- 00

dr выхода третьего блока памяти 7 умножается на константу -а и подается на вход первого сумматора 13, на второй вход первого сумматора 13. на второй вход которого подается нулевой сигнал. С выхода первого сумматора 13 сигнал подается на вход третьего сумматора 14, на второй вход которого - сигнал f(t), записанный в первом блоке памяти 2. Выходом третьего сумматора 14 является первое приближение xi. Нулевой сигнал, записанный в четвертом блоке памяти 8, подается на третий блок умножения на константу 11, выход которого соединен со входом второго сумматора 15, на второй вход которого подается сигнал -/3V(t). Выходной сигнал второго сумматора 15 подается на вход четвертого сумматора 16. на второй вход которого подается сигнал с выхода второго блока памяти 3. Выходом четвертого сумматора 16 является первое приближение yi. Выходные сигналы xi(t) и yi(t) запоминаются в первом и втором блоках памяти 2 и 3,

Второй и последующие циклы. Второй и третий переключатели переводятся в положение I. Результат предыдущей итерации хп, записанный в первом блоке памяти 2, проходит через корректируемое устройство 5 и записывается в третьем блоке памяти 7. Второй и третий переключатели переводятся в положение 2. Результат предыдущей итерации уп. записанный во втором блоке памяти 3. проходит через корректируемое устройство 5 и записывается в четвертом блоке памяти 8. Обозначим сигналы, записанные в третьем и четвертом блоках памяти, через Vn(t) и Wn(t) соответственно. На вход первого сумматора 13 подаются сигналы -a Vn(t) и /3Wn(t). На вход третьего сумматора 14 подаются сигналы xn(t) и -cVn(t) + (t). Выходной сигнал третьего сумматора 14 равен хп+1 xn(t) - oVn(t) + rf3Wn(t). На вход второго сумматора 15 подаются сигналы - /A/n(t) и -a Wn(t). Ha вход четвертого сумматора 16 подаются сигналы-/ Vn(t) - oWn(t) и yn(t). Выходной сигнал четвертого сумматора 16 равен yn+i - yn (t) - oWn(t).

Выходные сигналы хп+1 и уп-н запоминаются соответственно в первом и втором блоках памяти. Цикл закончен.

Устройство может быть использовано при коррекции сигналов, искаженных измерительным трактом, функционирование которого описывается нелинейным уравнением

00

/h(t-r)x(r)dr +

- оо

15

00

+ /V(t.r.x(r))dr f(t).

- 00

При этом достаточно выполнения следующего условия: при достаточно больших значениях Т (Т const 0) найдется такая константа у (в общем случае комплексная), что sup |1-уН(ш)

-т У т

00 00

lyl // IVu (t,r,g(r))l

L.00.00 dtdrl 1 -q qi.

где Vu (t,r,u)dV/du.

35

00

g(t)fcS(f.r). l/(h(t-r)f(r) +

- 00

+ V(t.rff(T)))dr-f(r)l l/(1-qi). 40 S(xer) {xe.la: I Ix-xol I rj.

По сравнению с прототипом применение данного устройства позволит повысить точность коррекции выходного сигнала и существенно расширить класс устройств, допускающих итерационную корректировку выходных сигналов.

Формула изобретения Устройство коррекции выходных сигналов, содержащее переключатель, блок памяти, сумматор, блок умножения на константы, отличающееся тем. что, с целью увеличения точности коррекции выходного сигнала и расширения класса устройств, допускающих итерационную корректировку выходных сигналов, в него введено три блока памяти, три сумматора, три блока умножения на константу и два

переключателя, причем выход первого переключателя через последосэтельно соединеннее пспэый памяти, второй переключатель, клеммы для подключения корректируемого блока подключены к входу третьего переключателя, первый выход которого подключен к входу третьего блока памяти, а второй - к входу четвертого блока памяти, выход третьего блока памяти через первый блок умножения подключен к перго- му входу перпого сумматора, второй вход которого через четвертый блок умножения подключен к выходу четвертого блока ти, первый вход второго блока памяти через второй блок умножения подключен к выходу

0

5

третьего блока памяти, а второй сход через третиг-. блок умножения подключен к выходу четвертого блока памяти, выход первого сумматора подключен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого подключен к второму выходу первого блока памяти, второй вход которого подключен к выходу третьего блока пг.мяти, выход второго блока памяти подключен к входу четвертого блока памяти, выход которого через второй и четэертый сумматоры подключен к входу второго блока памяти, второй выход которого подключен к второму входу второго переключателя, а вход - к выходу четвертого сумматора.