Сглаживающий фильтр Советский патент 1982 года по МПК G05B5/01 

(54) СГЛАЖИВАЮЩИЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в сис. темах управления промьлшленными объектами для вьщеления полезной низкочастотной составляющей измеренных сигналов .

Известен фильтр, содержащий суммирующий элемент, дифференцирующее звено, усилитель и двухпозиционный релейный элеМЁнт1П.

Недостатком данного фильтра является низкая точность выделения полезного сигнала.

Наиболее близким по технической . сущности к предлагаемому является фильтр, содержащий первый и второй фильт ш низкой частоты, первый блок сравнения и сумматор, первый вход которого соединен с вьаходом первого фильтра низкой частотыС2.

. Недостатком известного фильтра является также низкая точность выделения полезного сигнала.

Цель изобретения - повышение точности фильтра.

Указанная цель достигается тем, что в сглаживаюошй фильтр введены детектор знака, дифференциатор, второй, третий, четвертый и пятый блоки сравнения, первый и второй нн(Теграторы, первый и второй квашраторы, первый и второй задатчики, :.лёмент ИЛИ и ключ, причем первый вход первого блока сравнения соединен с выходом первого фильтра низкой частоты, второй вход - с входами фильтра и первого фильтра низкой частоты, а выход через второй фильтр низкой частоты - с первым входом ключа, вто10рой вход .которого соединен с выходом элемента ШШ, а выход - с вторым входом сумматора, первый вход второго блока сравнения подключен через детектор знака к выходу второго фильт15ра низкоп частоты, второй вход к выходу первого интегратора, а выход через последовательно соединенные первый интегратор и первый квадратор - к первому входу третье20го блока сравнения, второй вход и выход которого соединены соответственно с первым задатчиком и первым входом элемента ИЛИ, первый вход четвертого блока сравнения подключен

25 через дифференциатор к выходу второго фильтра низкой частоты, второй вход - к выходу второго интегратора, а выход через последовательно соединенные второй интегратор и вто30рой квадратор - к первому входу пятого блока сравнения,.второй вход и выход которого соединены соответственно с вторым эадатчиком и с вторым входом элемента ИЛИ. На фиг.1 представлена структур 1ая схема предлагаемого сглаживающего фильтра; на фиг.2 - график изменения полезногоf здшумленного и сглаженного сигналов в дискретном времени. Устройство содержит превый фильтр 1 низкой частоты, лервый блок 2 срав нения, второй фильтр 3 низкой частоты, детектор 4 знака, второй блок 5 сравнения, первый интегратор 6, пер,вый квадратор 7, третий блок 8 срав нения, первый задатчик 9, элемент ИЛИ 10, дифференциатор 11, четвертый блок 12 сравнения, второй интегратор 13, второй квадратор 14, пятый блок 15 сравнения, второй задатчик 16, ключ 17, сумматор 18, полезный сигнал 19, зашумленный сигнал 20 сглаженный с помощью известного фильтра 21 сигнал -, сглажеуный, сглй живающим фильтром 22 сигнала, вход ной Сигнал фильтра xCt), сглаженный сигнал, с выхода первого фильтра ) низкой частоты, сглаженный сигнал с выхода второго фильтра ) низкой частоты, сглаженный сигнал на выходе фильтра 5c(t) . Сглаживающий фильтр работает сле.дующим образом. Входной сигнал x(t) поступает на вход первого фильтра 1 низкой частоты реализованного, например, в виде последовательно соединенных блока сравнения, ограничителя и интегратор (не показаны) выход которого соединен с входом блока сравнения, на выходе интегратора получается сглаженный сигнал xJt). Сигнёл X2(t) x(t) - 5c.j(t), получаемый на выходе первого блока 2 сравнения, подает ся на вход второго фильтра 3 низкой частоты. Этот фильтр является более быстродействующим по сравнению с первым фильтром 1 низкой частоты. На выходе второго фильтра 3 низкой частоты получается сигнал со сглажен ным значением разности )-х, (t) . Далее вырабатывается сигнал на отключение или подключение более быстродействующего фильтра. Для этого выходной сигнал x/t) подается на вход детектора 4 знака с законом функционирования Г1 при x/tJ7,0 t(t) sign 5c|t) j. p Сигнал с выхода детектора 4 знака .о полученной последовательности сгла живается экспоненциальным сглаживателе, реализованным с помощью второго блока 5 сравнения и первого интегратора 6. Если в сигнале о разности 5ij(t) имеется относительно низкочастотная составляющая, то выходной сигнал первого интегратора б будет стремиться к +1 или -1. Если же такая составляющая отсутствует, то на выходе первого интегратора 6 будет сигнал близкий к нулю. Выходной сигнал первого интегра- тора 6 поступает на первый квадратор 7, в котором устраняется знак сигнала. Выходной сигнал с первого квадрата 7 сравнивается в третьем блоке 8 сравнения с постоянным сигналом, равным, например 0,9, поступающим с задатчика 9 на вход третьего блока 8 сравнения. Если выходной сигнал первого интегратора 6 превышает заданную величину, то ср абатывает элемент ИЛИ 10 и с помощьюключа 17 подключается выходной сигнал второго фильтра 3 низкой частоты к входу сумматора 18. Затем производится анализ скорости изменения XjCt). С этой-целью находят его производную в дифференциаторе 11, которая сглаживается в экспоненциальном сглаживателе (четвертый блок 12 сравнения и второй интегратор 13), работанвдем аналогично описанному сглаживателю (выполненному на втором блоке 5 сравнения и первом интеграторе б). Сглаженный сигнал о скорости Изменения (t) поступает на второй квадратор 14, а затем сравнивается в пятом блоке 15 сравнения с постоянной величиной, поступающей с второго задатчика 16 и выбираемой в зависимости от скорости изменения ). Если скорость изменения 5с(1) большая, то срабатывает элемент ИЛИ 10 и с помощью ключа 17 подключает выход второго фильтра 3 низкой частоты к входу сумматора 18. Таким образом, в сумматоре 18 либо суммируются выходной сигнал с первого фильтра 1 низкой частоты с выходным сигналом второго фильтра 3 низкой частоты ) либо на выход сумматора 18 поступает сигнал 5 (t) . В качестве критерия точности работы сглаживающего фильтра приняли среднемодульное отклонение N (i)-x(;,, где X (г) - полезный сигнал X ({). - сглаженный сигнал. Использование предлагаемого изобретения повьвдает точность выделения полезной низкочастотной составляющей измеренных сигналов на 35% по сравнению с известным фильтром, что в свою очередь позволяет повысить точность выработки управляющих воздействий на 0,5-1% в случае применения предлагаемого фильтра в регуляторе.

Формула изобретения

Сглаживающий фильтр, содержащий первый и второй фильтры низкой часяготы, первый блок сравнения и сум матор, первый вход которого соединен с выходом первого фильтра низкой частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фильтра, он содержит детектор знака, дифференциатор, второй, третий, четвертый и пятый блоки сравнения, первый и второй интеграторы, первый и второй квадраторы, первый и второй задатчики, элемент ИЛИ и ключ, причем первый вход первого блока сравнения соединен с выходом первого фильтра низкой частоты, второй вход с входами фильтра и первого фильтра низкой частоты, а выход через второй фильтр низкой частоты - с первым входом ключа, второй вход которого соединен с выходом элемента ШШ, а выход - с вторым входом сумматора, первый вход второго блока сравнения под1«пючен через детектор знака к выходу второго фильтра низкой частоты, второй вход - к выходу первого интегратора, а выход через последовательно соединенные первый интегратор и первый квадратор к первому входу третьего блока

сравнения, второй вход и выход которого соединена соответственно с первым задатчиком и с первым входом элемента ИЛИ, первый вход четвертого блока сравнения подключен через

дифференциатор к выходу второго фильтра низкой частоты, второй вход - к выходу второго интегратора, а выход через последовательно соединенные второй интегратор и второй квалратор - к первому входу пятого блока сравнения, второй вход и выход которого соединены соответственно с вторым задатчиком и с вторым входом элемента ШШ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 296079, кл. G 05 В 5/01, 1970.

2.Сб.Итоги науки и техники. Сер, Техническая кибернетика. М.,

т.4, 1972, с.24-25 (прототип).