Дифференцирующее устройство второго порядка Советский патент 1975 года по МПК G06G7/18 

1

Изобретение относится к области автоматического управления и вычислительной техники.

Известны дифференциаторы 2-го порядка, содержащие элемент сравнения, соединенный первым входом с входом устройства, подключенный к выходу элемента сравнения первый релейный элемент, два интегратора, выход первого из которых подключен к второму входу элемента сравнения, и первый фильтр, подключенный к выходу устройства.

Однако помехозащищенность известных дифференциаторов невысока.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности дифференциатора.

Цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит соединенные последовательно второй фильтр и второй релейный элемент, вход второго фильтра подключен к выходу первого релейного элемента, а выход второго релейного элемента соединен с входом второго интегратора, выход которого связан с входом дополнительно введенного сумматора, его выход подключен к входу первого интегратора, а выход первого релейного элемента соединен с другим входом сумматора.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит элемент сравнения 1, релейные элементы 2 и 3, фильтры 4 и 5, интеграторы 6 и 7, сумматор 8.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал устройства, представляющий собой аддитивную смесь полезного низкочастотного сигнала, вторую производную которого необходимо получить, и щума с неизвестными статическими характеристиками, поступает на вход элемента сравнения 1. С выхода элемента сравнения сигнал через первый релейный элемент 2 подается на один из двух входов сумматора 8 и на вход фильтра 4 с передаточной функцией

1 W,(p)

ip + l

Фильтр 4 введен для выделения первой производной из широтно-импульсного людулированного выходного сигнала элемента 2. Ввыходном сигнале второго релейного элемента 3 содержится информация о второй производной полезного сигнала, для выделения которой служит второй фильтр 5 с передаточной

функцией Wj(p) , выход которого

+ 1

является выходом устройства. Структура содержит два релейных блока и в ней, в отсутствие шумов и при некоторых ограничениях на входной сигнал, можно обеспечить возникновение и существование скользящего режима. При малых неидеальностях переключающих релейных блоков постоянную времени Т

первого фильтра 4 можно сделать достаточно малой и обеспечить в структуре близкий к идеальному скользящий режим. В скользящем режиме величины сигналов на входах релейных блоков 2 и 3 близки к нулю, эквивалентные коэффициенты передачи релейных блоков стремятся к бесконечности, и передаточная функция дифференциатора имеет вид

Р

(),

WAp}.

Т,р+1

где R - уровень входного шума; TZ - постоянная времени энерционного звена (фильтра) 5, величина которой тем меньше, чем меньше неидеальности переключающих элементов. Таким образом, в отсутствие шумов (/.0) описываемое устройство линейно и осуществляет операцию «чистого (в случае идеальных релейных блоков) одно-и двухкратного дифференцирования.

Под действием помех скользящий режим прекращается, возникает режим переключения и начинают проявляться нелинейные свойства устройства. Коэффициенты передачи релейных блоков 2 и 3 уменьшаются, что приводит к увеличению постоянной времени знаменателя в нередаточной функции эквивалентной линейной схемы. Передаточная функция может быть представлена в виде

(Р)(),

1

1

-р+ 1

-р +

KiKiKZ

где /Сь K.Z - эквивалентные коэффициенты передачи первого и второго релейных блоков соответственно, причем значение величины K.i, К.2 тем ниже, чем выше дисперсия помехи.

Таким образом, происходит пассивная адантация схемы к внешнему возмущению: с увеличением дисперсии щума помехозащищенность возрастает за счет увеличения постоянной времени знаменателя эквивалентной нередаточной функции.

Дифференциатор целесообразно использовать для получения оценок второй производной полезного сигнала, наблюдаемого в смеси с щумом, уровень которого априори не известен и может меняться в широких пределах.

Формула изобретения

Дифференцирующее устройство второго норядка, содержащее элемент сравнения, соединенный первым входом с входом устройства, подключенный к выходу элемента сравнения первый релейный элемент, два интегратора, выход первого из которых подключен к второму входу элемента сравнения, и первый фильтр, подключеипый к выходу устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, оно дополнительно содержит соединенные последовательно второй фильтр и второй релейный элемент, вход второго фильтра нодключен к

выходу нервого релейного элемента, а выход второго релейного элемента соединен с входом второго интегратора, выход которого связан с входом дополнительно введенного сумматора, его выход подключен к входу

первого интегратора, а выход первого релейного элемента соединен с другим входом сум.матора.

1Г

J -

7(

I