Устройство для мажоритарного преобразования сигналов Советский патент 1982 года по МПК H05K10/00 G05B23/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАЖОРИТАРНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

СИГНАЛОВ

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано в различных измерительных схемах для обработки сигналов датчиков первичной информации .

Известно устройство для мажоритарного преобразования сигналов, содержащее N цепочек, каждая из которых .составлена из последовательно соединенных элемента; сравнения (вычитания) и нелинейного элемента, выход каждого нелинейного элемента подключен к одному из N входов суммирующего усилителя, выход которого через пропорциональное звено с единичным коэффициентом усиления подключен к каждому из первых входов элементов сравнения, вторые входы элементов сравнения являются N входами устройства, выходом устройства является выход суммирующего усилителя TilНаиболее близким к изобретению техническим решением является устройство, содержащее N цепочек, каждая из которых составлена из последов тельно соединенных элементов сравнения и нелинейного элемента, выход каждого нелинейного элемента подключен к одному из N входов сумматора, выход которого подключен к входу усилителя, выход которого подключен к каждому из первых входов элементов сравнения, вторые входы элементов сравнения являются N входами устройства, выходом устроПотва является выход усилителя 2J.

Недостатком известных устройств является их сложность, обусловлен10ная большим количеством нелинейных элементов и элементов сравнения. Кроме того, устройства не могут быть использованы для мажоритарной обработки одного нестационарного

15 сигнала без введения дополнительных элементов задержки, трудно реализуеNsjx на практике.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и упро20щение устройства.

. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для мажоритарного преобразования сигналов, содержащее усилитель, выход которого со25 .единен с выходом устройства, элемент сравнения, первый вход которого подключен к выходу усилителя, а выход - к входу нелинейного .элемента, введены инерционное звено и коммута30тор, входы которого соединены с входами устройства,,а выход подключен к второму входу элемента сравнения вход инерционного звена подключен к выходу нелинейного элемента, а выход - к входу усилителя. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства} на фиг. 2 - результаты моделирования предлагаемого устройства для случая мажоритарного преобразования трех сигналов/ на фиг. 3 - то жеj для случая обработки одного нестационар ного сигнала. Устройство содержит коммутатор 1, элемент 2 сравнения, нелинейный элемент 3, инерционное звено 4 и усилитель 5. Входы устройства подключены к входам коммутатора 1, а его выход подключен к второму входу элемента 2 сравнения. Выход элемента 2 сравнения соединен с входом нелинейного элемента 3, выход которого подключе к входу ийердионного звена 4. Выход инерционного звена 4 соединен с вхо дом усилителя 5, выход которого под ключен к первому входу элемента 2 сравнения. Выход усилителя 5 соединен с выходом устройства. Устройство работает следующим об разом. Сигналы, подлежащие мажоритарном преобразованию, поступают на N входов коммутатора 1, который последовательно подключает каждый из входных сигналов в течение интервалов, времени длительностью д1 к второму (суммирующему) входу элемента 2 сравнения. Время цикла коммутации всех преобразуемых сигналов составляетAt-N, CD

где N - число входных сигналов.

Величину At рекомендуем принимать с учетом минимального интервалас постоянства входных сигналов и возможности, по крайней мере, шестикратного их опроса, чему соответствует выражение

тдп

(2)

At

Шестикратный опрос каждого входного сигнала обеспечивает требуемое затухание переходных процессов при условии надлежащего выбора постоянной времени инерционного звена.

На вычитающий вход элемента 2 сравнения подается сигнсш с выхода усилителя 5. .В элементе 2 сравнения происходит алгебраическое вычитание и на выходе его образуется сигнал ошибки, который поступает на вход нелинейного элемента 3. В нелинейном элементе 3 сигнал ограничивается до допустимой величины и поступает на вход инерционного звена 4-. Ине эционЭто гарантирует затухание переходного процесса и получение динамически неискаженной оценки.

5 Из (5) получаем настройки (4), положив

1 Тин ,,K

ИН/ .

З.с.

. t-N,

Т,

цикл

где ut находится из формулы (2).

Сигнал с выхода инерционного звена 4 поступает на вход усилителя 5. Коэффициент усиления Ку. усилителя 5 выбирается из условия осуществления глубокой отрицательной обратной связи,

Если мажоритарному преобразованию подвергается один сигнал, он может сразу подаваться на суммируквдий (второй) вход элемента 2 сравнения.

0 На фиг.- 2 представлены результаты моделирования устройства для случая мажоритарного преобразования трех сигналов, где кривые 6-8 - обрабатываемые сигналы; кривая 9 - сигнал

5 на выходе устройства. ное звено 4 описывается передаточной функцией вида инСр) Y где К коэффициент усиления инэрционного звена; постоянная времени инерционного звена. Инерционное звено 4 выполняет функцию динамического суммирования последовательно поступающих на его вход ограниченных импульсов, т.е. работает аналогично блоку суммирования известного устройства. В дискретном варианте этому соответствуют известные устройства экспоненциального сглаживания и рекуррентные формы оценивания текущего среднего, а через него и суммарной величины. Для того, чтобы выходной сигнал инерционного звена 4.был близок к суммарной величине, необходимо на- строечные коэффициенты выбирать по соотновлениям т iMTlin Kyt-N, (4) ИHи- где KVJJ. - коэффициент усиления усилителя 5. Такой выбор постоянной времени инерционного звена приводит, примерно, к двух-, трехкратному повторению длительности переходного процесса на интервале минимального постоянства входных .сигналов, что вытекает из передаточной функции замкнутой системы при работе на линейном участ-, ке ограничителя VW, (р):: . TT,,/K. Sc)-P4 W4urSc).

На фиг. 3 показаны результаты моделирования устройства для случая обработки одного нестационарного сигнала, где кривая 10 - обрабатываемый сигнал, кривая 11 - сигнал на выходе устройства.

Снижение точности мажоритарного преобразования сигналов в предлагаемом устройстве составляет не 5% по сравнению с результатами преобразования в известном устройстве (для трех обрабатываемых сигналов), а также с результатами преобразования одного сигнала по алгоритму, реализованному на ЭЦВМ НАИРИ-2, что является приемлемым для многих практических задач.

Таким образом, изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства и упрощение его конструкции. .

Экономический эффект от внедрения устройства, например, в мартеновском электросталеплавильном и доменном производствах составит около 40 тыс. руб. в год за счет упрощения устройств для мажоритарной обработки сигналов, применяемых для контроля и прогнозирования изменения технологических переменных.

Формула изобретения

Устройство для мажоритарного преобразования сигналов, содержащее усилитель, выход которого соединен

с выходом устройства, элемент сравнения , первый вход которого подключен к выходу усилителя, а выход - к входу нелинейного элемента, отличающееся тем, что, с целью

0 расширения функциональных возможностей и упрощения устройства, в него введены инерционное звено и коммутатор, входы которого соединены с входами устройства, а выход подключен к второму входу элемента сравнения, вход инерционного звена подключен к выходу нелинейного элемента, .а выход - к входу усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0

v

Vto

и

4j

«

b

M