CS260480B1 - Zařízení pro číslicové zpracování analogových signálů - Google Patents

Description

Vynález sa týká zařízení pro číslicové zpracování analogových signálů, které nevykazuje nežádoucí složky ve snímaném nebo naměřeném signálu jako šumy a rušení.

Při provozním snímání nebo měření časově proměnných fyzikálních veličin, zejména technologického procesu, obsahují tyto veličiny nežádoucí složky jako šumy, rušení atd., které podstatně ovlivňují kvalitu regulace nebo zkreslují naměřené výsledky. Proto· ie nutno tyto nežádoucí složky ze snímaného nebo naměřeného signálu předem odstranit.

Dosud známé systémy pro zpracování analogových signálů používají analogové a číslicové filtry.

Nevýhodou analogových filtrů, zejména v číslicových regulačních obvodech je, že jsou jimi ovlivňovány dynamické vlastnosti těchto obvodů. Navíc konstrukce a nastavování takových filtrů je provozně složité a náročné.

Nevýhodou číslicových filtrů, které obvykle tvoří univerzální číslicové počítače je to, že se u nich naráží na problém filtrace většího množství různých analogových signálů v reálném čase. Navíc je použití takových počítačů pro účely filtrace nákladné, a to jak z hlediska technického, tak i programového vybavení.

Použití analogových nebo číslicových filtrů je orientováno na daný konkrétní případ, nemá tudíž dostatečně obecný charakter.

Uvedené nevýhody dosud známých systémů pro zpracování analogových signálů se odstraní zařízením podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z anulogově číslicového· převodníku, napojeného na první sumátor, druhý čítač impulsů a blok řadiče, kde první sumátor a druhý čítač impulsů jsou propojeny navzájem a napojeny na dělicí blok, který je rovněž napojen na blok řadiče a dále na první čítač impulsů, druhý násobící blok a druhý sumátor. Druhý násobící blok je napojen na blok řadiče a dále na třetí sumátor, kde první čítač impulsů je rovněž napojen na třetí sumátor, přičemž třetí sumátor je napojen na blok řadiče a třetí násobící bio!; spolu s druhým zadávacím blokem. Třetí násobící blok je napojen na blok řadiče a první násobící blok a třetí sumátor na druhý sumátor, kde druhý sumátor je napojen na první násobící blok spolu s prvním zadávacím blokem. První a třetí násobící blok, dále řadicí blok, na který jsou napojeny blok impulsů děličů frekvence a skrze něj generátor impulsů, jsou napojeny na čtvrtý sumátor, který je napojen na blok styku spolu se řadicím blokem, kde blok styku je napojen na zařízení.

Výhodou zařízení podle vynálezu je to, že využívá ve své funkci kombinace vícenásobného vzorkování a aritmetického průměru a že ve srovnání s analogovými filtry je vysoce adaptibilní, tzn. že parametry filtrace nemusíme znát už při návrhu regulační smyčky, pracuje navíc s nulovým zpožděním, čímž nezanáší do regulace další setrvačnosti.

Další jeho výhodou je, že ve srovnání s klasickými číslicovými filtry, které číslicově realizují analogové filtry, je odolné vůči náhodným chybám způsobených chybami čidel a měření, a že ve srovnání s číslicovými filtry, využívajících vícenásobného vzorkování v rámci regulační periody, je odolné také proti průmyslovému periodickému šumu, který může zatěžovat měřený signál. Jeho výhodou rovněž je, že může pracovat v reálném čase bez toho, že by jakýmkoli způsobem zatěžovalo řídicí člen, a že se dá použít i pro analogové regulační systémy doplněním příslušnými převodníky.

Zařízení podle vynálezu je jako příklad znázorněno na přiloženém výkresu.

Zařízení podle příkladného provedení sestává z analogově číslicového převodníku A, dále prvního sumátoru B, druhého čítače L impulsů, dělicího bloku C, druhého sumátoru D., prvního násobícího bloku E, prvního čítače F impulsů, druhého násobícího bloku G, třetího sumátoru H, třetího násobícího bloku I, čtvrtého sumátoru J, bloku K styku, generátoru O impulsů, bloku P děličů frekvence, blok Q řadiče a prvního a druhého zadávacího bloku M a N, což mohou být permanentní paměti, číselné klávesnice, či jiná podobná zařízení. Blok K styku je napojen na zařízení R, které ke své funkci vyžaduje filtrovaný analogový signál.

Analogově číslicový převodník A má analogový vstup 1, řídicí vstup 2 a číslicový výstup 3, který je propojen s číslicovým vstupem 4 prvního sumátoru B. První sumátor B má dále dva řídicí vstupy .5, 6, jeden číslicový výstup 7, který je propojen s číslicovým vstupem 8 prvního sumátoru <B a s číslicovým vstupem 10 dělicího bloku G. Kromě číslicového vstupu 10 má dělicí blok C ještě číslicový vstup 9, řídicí vstup 11 a číslicový výstup 12, který je propojen s číslicovým vstupem 13 druhého sumátoru D a s číslicovým vstupem 26 druhého násobícího bloku G. Druhý čítač L impulsů má řídicí vstup 48, pulsní vstup 46 a číslicový výstup 47, který je propojen s číslicovým vstupem 9 dělicího bloku G. Druhý sumátor D má dva číslicové vstupy 13 a 17, dva řídicí vstupy 14, 15 a jeden číslicový výstup 16, který je propojen s číslicovým vstupem 17 druhého sumátoru D a s číslicovým vstupem 18 prvního násobícího bloku E.

První násobící blok E má dva číslicové vstupy 18, 21, jeden řídicí vstup 19 a jeden číslicový výstup 20, který je propojen s číslicovým vstupem 39 čtvrtého sumátoru J. První zadávací blok M má jeden číslicový výstup 49, který je propojen s číslicovým vstupem 21 prvního násobícího bloku

E. První čítač F impulsů má pulsní vstup 22, řídicí vstup 23 a číslicový výstup 24, který je propojen s číslicovým vstupem 25 druhého násobícího bloku G. Druhý násobící blok G má dva číslicové vstupy 23 a 26, jeden řídicí vstup 27 a jeden číslicový výstup 28, který je propojen s číslicovým vstupem. 29 třetího sumátoru H. Třetí sumátor H má dva číslicové vstupy 29, 33, dva řídicí vstupy 30, 31 a jeden číslicový výstup 32, který je propojen s číslicovým vstupem 34 třetího násobícího bloku I.

Třetí násobící blok I má dva číslicové vstupy 34, 37, jeden řídicí vstup 35 a číslicový výstup 38, který je propojen s číslicovým vstupem 38 čtvrtého sumátoru J. Číslicový vstup 37 třetího násobícího bloku

I je propojen s číslicovým výstupem 50 druhého zadávacího bloku N. Čtvrtý šumá tor J má dva číslicové vstupy 38 a 39, řídicí vstup 40 a číslicový výstup 41, který je propojen s číslicovým vstupem 42 bloku K styku. Kromě číslicového vstupu 42 má blok K styku ještě řídicí vstup 45, řídicí výstup 43 a číslicový výstup 44, který je propojen s číslicovým vstupem 72 zařízení R. Řídicí výstup 73 zařízení R je propojen s řídicím vstupem 45 bloku K styku.

Generátor O pulsů má pulsní výstup 51,. který je propojen s pulsním vstupem 52 bloku P děličů frekvence. Blok P děličů frekvence má dále řídicí vstup 53 a pulsní výstupy 54 až 57, které jsou propojeny na pulsní vstupy 58 až Bl bloku Q tak, že je propojen pulsní výstup 54 s pulsním vstupem Bl, pulsní výstup 55 s pulsním vstupem BO, pulsní výstup 36 s pulsním vstupem .59 a pulsní výstup 57 s pulsním vstupem 53. Řídicí vstup 83 bloku Q řadiče je propojen s řídicím výstupem 43 bloku K styku. Blok O. řadiče má dále řídicí výstupy 62 a 64 až 71, které jsou propojeny s řídicími vstupy jednotlivých bloků zařízení následujícím způsobem.

Řídicí výstup 62 bloku Q řadiče je propojen s řídicím vstupem 53 bloku P děličů frekvence, řídicí výstup 64 bloku O. řadiče s řídicím vstupem 40 čtvrtého sumátoru J, řídicí výstup 65 bloku. Q řadiče s řídicím vstupem M prvního násobícího bloku E a s řídicím vstupem 35 třetího násobícího bloku S, řídicí výstup 66 bloku Q řadiče s řídicím vstupem 15 druhého sumátoru D, s řídicím vstupem 23 čítače F impulsů s řídicím vstupem 31 třetího sumátoru H, řídicí výstup 67 bloku Q řadiče s řídicím vstupem 14 druhého sumátoru D a s řídicím vstupem 30 třetího sumátoru H, řídicí výstup S8 bloku Q řadiče s řídicím vstupem 27 druhého násobícího bloku G, řídicí výstup 69 bloku 0 řadiče s řídicím vstupem

II dělicího bloku C a s pulsním vstupem 22 čítače F impulsů, řídicí výstup 70 bloku. O řadiče s řídicím vstupem 8 prvního sumátoru B s řídicím vstupem 48 druhého čítače L impulsů a řídicí výstup 71 bloku Q řadiče s řídicím vstupem Z analogově číslicového převodníku A, s řídícím vstupem 5 prvního sumátoru Bas pulsním vstupem 46 druhého čítače L· impulsů.

Funkce zařízení je následující. Vstupní analogový signál je přiveden na analogový vstup í analogově číslicového převodníku A. S příchodem řídicího impulsu je vstupní analogový signál převeden na číslicový výstup 3 analogově číslicového převodníku A jako číslicová hodnota. V rytmu řídicího impulsu se číslicová hodnota vstupního analogového signálu dále přičte k aktuálnímu obsahu prvního sumátoru B. Aktuální obsah prvního sumátoru B je trvale připojen na číslicový výstup 7, a tím i na. číslicový vstup 8 prvního sumátoru B. Aktuální obsah prvního sumátoru E se v dělicím bloku G dělí v rytmu řídicích impulsů obsahem druhého čítače L impulsů, který čítá řídicí impulsy. Aktuální obsah prvního sumátoru B je do dělicího bloku C přiváděn pres číslicový vstup 10 a obsah druhého čítače impulsů přes číslicový vstup 9. Tak vzniká na číslicovém výstupu 12 dělícího bloku C číslicová hodnota, která je úměrná aritmetickému průměru číslicových hodnot vstupního analogového signálu, a která se v rytmu řídicích impulsů přičítá k aktuálnímu obsahu druhého sumátoru D. Aktuální obsah druhého sumátoru D je trvale připojen na číslicový výstup 16, a tím i na číslicový vstup 17 druhého sumátoru D. Aktuální obsah druhého sumátoru D se v rytmu řídicích impulsů násobí v prvním násobícím bloku E číslicovou hodnotou prvního zadávacího bloku M. Aktuální obsah druhého sumátoru D je do prvního násobícího bloku E přiváděn přes číslicový vstup 18 a číslicová hodnota prvního zadávacího bloku M přes číslicový vstup 21.

Číslicová hodnota rovná aritmetickému průměru se dále násobí v druhém násobícím bloku 6 v rytmu řídicích impulsů obsahem prvního čítače F impulsů, který čítá řídicí impulsy. Číslicová hodnota rovná aritmetickému průměru je přiváděna do druhého· násobícího· bloku G přes číslicový vstup 28 a obsah prvního čítače F přes číslicový vstup 25. Výstupní číslicová hodnota druhého násobícího bloku G se v rytmu řídicích impulsů přičítá k aktuálnímu obsahu třetího sumátoru H.

Aktuální obsah třetího sumátoru H je trvale připojen na číslicový výstup 32, a tím i na číslicový vstup 33 třetího sumátoru H. Akutální obsah třetího sumátoru H je v rytmu řídicích impulsů násoben ve třetím násobícím bloku I číslicovou hodnotou druhého zadávacího bloku N. Aktuální obsah třetího sumátoru H je do třetího násobícího bloku I přiváděn přes číslicový vstup 34 a číslicová hodnota druhého zadávacího bloku přes číslicový vstup 37. Výstupní číslicová hodnota násobícího bloku E a výstupní číslicová hodnota násobícího bloku I se v rytmu řídicích impulsů sečítají ve čtvrtém sumátoru f přiváděna přes číslicový vstup 39 výstupní číslicová hodnota přes číslicový vstup 33. Obsah čtvrtého sumá-toru J je trvale připojen na číslicový výstup 41 čtvrtého sumátoru J, a tím i na číslicový vstup 42 bloku K styku. Blok S styku upravuje obsah čtvrtého sumátoru J na číslicovou hodnotu čtvrtého sumátoru j, která svým tvarem vyhovuje zařízení R. Hodnota čtvrtého sumátoru. J vstupuje do zařízení R přes číslicový vstup 72 při příchodu vnějšího synchronizačního impulsu na řídicí vstup 4S bloku K styku.

K synchronizaci celého zařízení se používají vnější synchronizační impulsy s konstantní opakovači frekvencí. Synchronizační impulsy vysílá zařízení R přes svfij řídicí výstup 73. Tím také opakovači perioda synchronizačních impulsů představuje vnější vzorkovací periodu. Z vnějších synchronizačních impulsů jsou v bloku K styku odvozeny vnitřní synchronizační impulsy. Blok Π styku je vysílá přes svůj řídicí výstup 43 na řídicí vstup 63 bloku Q řadiče. Pro vlastní řízení jednotlivých částí zařízení se používají řídicí impulsy, které přes své řídicí výstupy 62, 34 až 71 vysílá blok Q řadiče. Řídicí impulsy odvozuje blok Q řadiče z výstupních impulsů bloku P děličů frekvence, které blok P děličů frekvence vysílá přes svá pulsní výstupy 54 až 57.

Výstupní generátor Q impulsů vysílá přes svůj pulsní výstup 51. Opakovači frekvence těchto impulsů je mnohonásobně větší, než je opakovači frekvence vnějších synchronizačních impulsů.

Řídicí impulsy z řídicího výstupu 70, odvozené cd řídicích impulsů z řídicího výstupu 69, slouží k nulování prvního sumátoru B a druhého čítače L impulsů. Řídicí impulsy z řídicího výstupu 63, odvozené od řídicích impulsů z řídicího výstupu 64, slouží k nulování druhého sumátoru D, třetího sumátoru H a prvního čítače F impulsů. Ostatní bloky zařízení jsou nulovány pouze po spuštění zařízení, jinak si uchovávají vstupní číslicový signál do okamžiku příští změny podle povelu příslušných řídicích impulsů.

K řízení bloku P děličů frekvence se používají řídicí impulsy, odvozené od vnitřních synchronizačních impulsů a zabezpečují potřebné časové zpoždění mezi vnějšími synchronizačními impulsy a první skupinou řídicích impulsů v dané vnější vzorkovací periodě.

Zařízení podle vynálezu se dá využít kdekoliv, kde je nutno zbavit měření signály rušivých složek, to znamená v regulačních obvodech při měření a podobně.

Claims (1)

1. Zařízení pro číslicové zpracování analogových signálů, vyznačené tím, že sestává z analogově číslicového převodníku (Aj, napojeného na první sumátor (Bj, druhý čítač (L) impulsů, a blok (Q) řadiče, kde první sumátor (B) a druhý čítač (Lj impulsů jsou propojeny navzájem a napojeny na dělicí blok (Cj, který je rovněž napojen na blok (nj řadiče a dále na první čítač (F) impulsů, druhý násobící blok (G) a druhý sumátor (D), kde druhý násobící blok (GJ je napojen na blok (Q) řadiče a dále na třetí sumátor (Hj a kde první čítač (Fj impulsů je rovněž napojen na třetí sumátor (Hj, přičemž třetí sumátor (H) je napojen

   VYNÁLEZU na blok (Q) řadiče a třetí násobící blok (I) spolu s druhým zadávacím blokem (Nj, kde třetí násobící blok (I) je napojen na blok (Q) řadiče a první násobící blok (Ej a třetí sumátor (H) na druhý sumátor (DJ, kde druhý sumátor (Dj je napojen na první násobící blok (Ej spolu s prvním zadávacím blokem (Mj, přičemž první a třetí násobící blok (E, Ij, dále řadicí blok (Qj, na který jsou napojeny blok (Pj impulsů děličů frekvence a skrze něj generátor (OJ impulsů, jsou napojeny na čtvrtý sumátor (J) , který je napojen na blok (K) styku spolu s řadicím blokem (Q), kde blok (KJ styku je napojen na zařízení (R).