RU2012029C1 - Non-linear correcting device - Google Patents
Non-linear correcting device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2012029C1 RU2012029C1 SU5006190A RU2012029C1 RU 2012029 C1 RU2012029 C1 RU 2012029C1 SU 5006190 A SU5006190 A SU 5006190A RU 2012029 C1 RU2012029 C1 RU 2012029C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- signal
- sign
- integrator
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано в качестве корректирующего устройства в системах автоматического регулирования. The invention relates to the field of automatic control and can be used as a correction device in automatic control systems.
Известно нелинейное корректирующее устройство (НКУ) с амплитудно-частотной характеристикой, как у интегратора, но с малым фазовым запаздыванием [1] . Недостатками НКУ являются величина регулируемого фазового запаздывания (порядка минус 18о), неизменяемый первый наклон логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАЧХ) и отсутствие зависимости коэффициента передачи устройства от знака скорости модуля входного сигнала.Known non-linear corrective device (NKU) with amplitude-frequency characteristic, like an integrator, but with a small phase delay [1]. The disadvantages of NKU are the magnitude of the adjustable phase delay (of the order of minus 18 ° ), the unchanged first slope of the logarithmic amplitude-frequency characteristic (LFC) and the absence of dependence of the transmission coefficient of the device on the sign of the speed of the input signal module.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является нелинейный интегратор с нулевым фазовым сдвигом, содержащий два канала преобразования входного сигнала устройства, блок перемножения выходных сигналов и интегратор, причем первый канал содержит блок масштабирования входного сигнала, выход которого является выходом первого канала и соединен с входом блока перемножения выходных сигналов каналов, второй канал содержит дифференциатор входного сигнала, блоки определения знаков входного сигнала и его производной по времени, перемножитель выходных сигналов блоков определения знаков, выходной сигнал перемножителя соответствует знаку скорости модуля входного сигнала устройства [2] . Недостатком данного устройства является узость его функциональных возможностей, выражающаяся в неизменности фазочастотной характеристики (ФЧХ) (нулевой фазовый сдвиг) и первого наклона ЛАЧХ, в нерегулируемости зависимости коэффициента передачи устройства от знака скорости модуля входного сигнала, а также в отсутствии механизма компенсации накапливающихся ошибок интегрирования, проявляющихся в дрейфе выходного сигнала аналогового интегратора или ошибках выбранного метода численного интегрирования для цифровых систем. The closest in technical essence to the invention is a non-linear integrator with zero phase shift, containing two channels for converting the input signal of the device, a unit for multiplying the output signals and an integrator, the first channel containing a scaling unit of the input signal, the output of which is the output of the first channel and connected to the input of the block multiplying the output signals of the channels, the second channel contains an input signal differentiator, blocks for determining the signs of the input signal and its time derivative, a multiplier of the output signals of the character determination units, the output signal of the multiplier corresponds to the sign of the speed of the input signal module of the device [2]. The disadvantage of this device is the narrowness of its functionality, expressed in the invariability of the phase-frequency characteristic (PFC) (zero phase shift) and the first slope of the LAC, in the unregulated dependence of the transmission coefficient of the device on the sign of the speed of the input signal module, and also in the absence of a mechanism for compensating for cumulative integration errors, manifested in the drift of the output signal of the analog integrator or errors of the selected method of numerical integration for digital systems.
Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет уменьшения влияния ошибок интегрирования на частотные характеристики устройства, изменения коэффициента передачи устройства в зависимости от знака скорости модуля входного сигнала при соблюдении условия совпадения знаков входного и выходного сигналов устройства, варьирования порядка интегрирования. The purpose of the invention is to expand the functionality of the device by reducing the influence of integration errors on the frequency characteristics of the device, changing the transmission coefficient of the device depending on the sign of the speed of the input signal module, subject to the condition of coincidence of the signs of the input and output signals of the device, varying the order of integration.
На фиг. 1 представлена функциональная схема НКУ; на фиг. 2 - графики качественных временных зависимостей сигналов для частотного случая НКУ с нулевым фазовым сдвигом; на фиг. 3 - графики качественных временных зависимостей сигналов для частотного случая НКУ с фазовым запаздыванием и неизменным выходным сигналом интегратора при отрицательном знаке скорости модуля входного сигнала НКУ; на фиг. 4 - графики качественных временных зависимостей сигналов для частотного случая НКУ с фазовым опережением. Входной сигнал НКУ на графиках гармонический, без постоянной составляющей. In FIG. 1 shows a functional diagram of the GCC; in FIG. 2 - graphs of the qualitative temporal dependences of the signals for the frequency case of NKU with zero phase shift; in FIG. 3 - graphs of the qualitative temporal dependences of the signals for the frequency case of the switchgear with phase delay and a constant output signal of the integrator with a negative sign of the speed of the module of the input signal of the switchgear; in FIG. 4 - graphs of the qualitative temporal dependences of the signals for the frequency case of the switchgear with phase advance. The input signal of the NKU on the graphs is harmonic, without a constant component.
Устройство содержит блоки 1,2,3 с соответствующими коэффициентами К, К+, К-, сумматоры 4,5, блоки 6,7 перемножения, размыкающий ключ 8, блоки 9,10,11 определения знака сигнала, блок 12 определения положительного знака сигнала, блок 13 определения отрицательного знака сигнала, формирователи 14,15 импульса при нулевом входном сигнале, дифференциатор 16, интегратор 17 с устройством обнуления, блок 18 формирования степенной функции с постоянным положительным показателем степени. The device contains
Через x(t) и y(t) обозначены соответственно входной и выходной сигналы НКУ, f'(t) и f(t) - соответственно входной и выходной сигналы интегратора, F(t) - выходной сигнал блока формирования степенной функции и второго канала преобразования входного сигнала НКУ, t - переменная времени, D - оператор дифференцирования, l/D - оператор интегрирования, r - постоянный положительный показатель степенной функции. By x (t) and y (t) are designated the input and output signals of the NCC, f '(t) and f (t) are the input and output signals of the integrator, respectively, F (t) is the output signal of the power-generating unit and the second channel transforms the input signal of the NKU, t is the time variable, D is the differentiation operator, l / D is the integration operator, r is a constant positive exponent of the power function.
Анализ предложенного решения в сравнении с прототипом выявил отличительные признаки, следовательно, предложенное решение обладает критерием новизны. Analysis of the proposed solution in comparison with the prototype revealed distinctive features, therefore, the proposed solution has a novelty criterion.
Анализ предложенного решения в сравнении с другими аналогами выявил наличие в схеме НКУ интегратора во втором канале и устройства обнуления выходного сигнала интегратора, но в отличие от предложенного решения нет блока формирования степенной функции и зависимости коэффициента передачи НКУ от знака скорости модуля входного сигнала. Эти отличия в совокупности со сходными признаками приводят к новому техническому результату - расширению функциональных возможностей. Следовательно, предложенное решение обладает критерием изобретательского уровня. An analysis of the proposed solution in comparison with other analogues revealed the presence of an integrator in the second channel of the NKU circuit and a device for resetting the output signal of the integrator, but unlike the proposed solution, there is no power-generating function block and the dependence of the NKU transmission coefficient on the sign of the input signal module speed. These differences, together with similar features, lead to a new technical result - the expansion of functionality. Therefore, the proposed solution has the criterion of inventive step.
В соответствии с фиг. 1 устройство работает следующим образом. In accordance with FIG. 1 device operates as follows.
Входной сигнал x(t) поступает на входы нескольких ветвей устройства. На выходе ветви, состоящей из последовательно соединенных блоков дифференцирования по времени 16 и определения знака сигнала 9, формируется сигнал знака скорости входного сигнала НКУ. В результате перемножения в блоке 6 знака скорости и знака самого входного сигнала НКУ, определенного в блоке 10, формируется знак скорости модуля входного сигнала НКУ. В зависимости от полярности этого сигнала он пропускается либо через ветвь, состоящую из блоков 12,2 (положительный знак скорости модуля входного сигнала НКУ), либо через ветвь, состоящую из блоков 13,3 и размыкающего ключа 8 (отрицательный знак скорости модуля. На выходе сумматора 4 формируется входной сигнал интегратора 17 f'(t), являющийся масштабированным сигналом знака скорости модуля входного сигнала НКУ. В зависимости от полярности сигнала f'(t) выходной сигнал интегратора f(t) либо увеличивается, либо уменьшается. Далее этот сигнал возводится в положительную степень в блоке 18 формирования степенной функции, и полученный сигнал F(t) перемножается в блоке 7 перемножения с масштабированным в блоке 1 входным сигналом НКУ. В результате перемножения образуется выходной сигнал НКУ y(t). При отрицательном знаке скорости модуля входного сигнала НКУ и при обнулении сигналов f(t), F(t), y(t) сигнал f'(t) также обнуляется. Это условие реализовано в предложенной структуре НКУ с помощью сумматора 5, блоков 10 и 11 определения знаков входного и выходного сигналов НКУ, формирователя 14 импульса при нулевом сигнале, размыкающего (нормально замкнутого) ключа 8. При обнулении выходного сигнала НКУ на выходе блока 11 происходит схема полярности сигнала. При разнополярных сигналах блоков 10 и 11 на выходе сумматора 5 формируется нулевой сигнал, от действия которого формирователь 14 импульса управляет размыкающим ключом 8, который разрывает цепь между блоком 3 и сумматором 4. Отрицательный сигнал на вход интегратора при этом перестает поступать, а положительный может поступать через блок 2 и другой вход сумматора 4. Как только выходной сигнал интегратора становится положительным и знаки входного и выходного сигналов НКУ начинают снова совпадать, на выходе сумматора 5 формируется ненулевой сигнал, формирователь 14 импульса снимает управляющий сигнал и ключ 8 снова замыкает цепь прохождения сигнала отрицательного знака скорости модуля входного сигнала НКУ. Обнуление выходного сигнала интегратора 17 происходит также от действия управляющего сигнала формирователя 15 импульса при нулевом входном сигнале НКУ.The input signal x (t) is applied to the inputs of several branches of the device. At the output of the branch, consisting of series-connected units of differentiation by time 16 and determining the sign of signal 9, a signal of the sign of the speed of the input signal of the NKU is formed. As a result of multiplying in block 6 the speed sign and the sign of the input NKU signal itself, defined in block 10, the sign of the speed of the module of the input NKU signal is formed. Depending on the polarity of this signal, it is passed either through a branch consisting of blocks 12.2 (a positive sign of the speed of the input signal module of the GCC) or through a branch consisting of blocks 13.3 and a disconnect switch 8 (a negative sign of the speed of the module. At the output the
Математически работу устройства можно описать следующей системой уравнений:
y(t) = K*x(t)*F(t);
F(t) = [f(t)] r, r>0;
f(t)= { K1·[sign(x)·sign(dx/dt)] } ·dt, f(t)≥ 0
y(to) = F(to) = f(to) = 0 при x(to) = 0 где К - постоянный положительный коэффициент блока масштабирования входного сигнала устройства;
К1 - постоянный коэффициент блока масштабирования выделенного отрицательного или положительного знака скорости модуля входного сигнала устройства (на фиг. 1 этому коэффициенту соответствует К- и К+, причем К- может быть любым по величине и знаку, К+ обязательно положительным);
to - момент времени срабатывания устройства обнуления выходного сигнала интегратора при нуле входного сигнала НКУ.Mathematically, the operation of the device can be described by the following system of equations:
y (t) = K * x (t) * F (t);
F (t) = [f (t)] r , r>0;
f (t) = {K1 · [sign (x) · sign (dx / dt)]} dt, f (t) ≥ 0
y (t o ) = F (t o ) = f (t o ) = 0 for x (t o ) = 0 where K is a constant positive coefficient of the scaling unit of the input signal of the device;
K1 is the constant coefficient of the scaling unit of the selected negative or positive sign of the speed of the input module of the device (in Fig. 1, this coefficient corresponds to K- and K +, and K- can be of any size and sign, K + is necessarily positive);
t o is the instant of operation of the device to zero the output signal of the integrator when the input signal of the switchgear is zero.
НКУ может использоваться в различных местах корректируемой системы автоматического регулирования, прежде всего в канале ошибки следящей системы. GCC can be used in various places of the corrected automatic control system, especially in the error channel of the tracking system.
За счет работы устройства обнуления выходного сигнала интегратора происходит периодическое сбрасывание выходного сигнала интегратора f(t) с содержащимися в нем погрешностями интегрирования. Благодаря этому уменьшается влияние ошибок интегрирования на частотные характеристики устройства, реализуется независимость характеристик от начальных условий включения интегратора в работу и обеспечивается малый фазовый сдвиг НКУ. В цифровой реализации НКУ интегратор с устройством обнуления может быть выполнен в виде генератора импульсов и счетчика с обнуляющим входом, который соединен с выходом формирователя 15 импульса обнуления при нуле входного сигнала НКУ. В аналоговом варианте НКУ интегратор может быть реализован с помощью операционного усилителя с емкостью в цепи обратной связи. В этом случае устройство обнуления интегратора представляет собой замыкающий (нормально разомкнутый) ключ, соединенный параллельно емкости, вход управления ключа соединен с выходом формирователя 15 импульса обнуления. Due to the operation of the device to reset the integrator output signal, the integrator output signal f (t) is periodically reset with the integration errors contained in it. Due to this, the influence of integration errors on the frequency characteristics of the device is reduced, the independence of the characteristics from the initial conditions for the inclusion of the integrator in the work is realized, and a small phase shift of the switchgear is provided. In a digital implementation of NKU, the integrator with a zeroing device can be made in the form of a pulse generator and a counter with a zeroing input, which is connected to the output of the zeroing pulse shaper 15 at zero input signal of the NKU. In the analogue version, the switchgear integrator can be implemented using an operational amplifier with a capacity in the feedback circuit. In this case, the integrator zeroing device is a closing (normally open) key connected in parallel with the capacitor, the key control input is connected to the output of the zeroing pulse shaper 15.
За счет изменения коэффициента передачи устройства в зависимости от знака скорости модуля входного сигнала НКУ при соблюдении условия совпадения знаков входного и выходного сигналов устройства нужным образом изменяются динамические свойства корректируемой системы при увеличении и уменьшении модуля входного сигнала НКУ. В частности, в случае гармонического входного сигнала НКУ при различных расчетных соотношениях величин коэффициентов К- и К+ это приводит к появлению небольшого (максимум до двух-трех десятков градусов) эквивалентного фазового сдвига первой гармоники выходного сигнала относительного входного гармонического сигнала НКУ. Этот фазовый сдвиг регулируется в зависимости от соотношения величин коэффициентов К- и К+ и может быть как положительным, так и отрицательным, в частном случае равенства коэффициентов получается НКУ с нулевым фазовым сдвигом. By changing the transmission coefficient of the device depending on the sign of the speed of the input module of the NKU module, subject to the condition for the signs of the input and output signals of the device to match, the dynamic properties of the corrected system change as the module of the input signal of the NKU increases and decreases. In particular, in the case of a harmonic input signal of the GCC for various calculated ratios of the coefficients K- and K +, this leads to the appearance of a small (maximum up to two to three tens of degrees) equivalent phase shift of the first harmonic of the output signal of the relative harmonic input signal of the GCC. This phase shift is regulated depending on the ratio of the values of the coefficients K- and K + and can be either positive or negative, in the particular case of equality of the coefficients, an NKU with a zero phase shift is obtained.
Условие совпадения знаков входного и выходного сигналов необходимо для предотвращения возможностей потери устойчивости следящей системы, в которой используется НКУ. The condition for coincidence of the signs of the input and output signals is necessary to prevent the possibility of loss of stability of the tracking system in which the GCC is used.
Анализ частотных характеристик НКУ показывает, что они соответствуют ЛАЧХ интегрирующего звена (при показателе степени r= 1), но с малым фазовым сдвигом. За счет выбора показателя степени r блока формирования степенной функции изменяется порядок интегрирования (астатизма) устройства. Благодаря этому изменяется наклон ЛАЧХ гармонически линеаризованной передаточной функции НКУ: по сравнению с r= 1 наклон ЛАЧХ увеличивается при r>1, а при r<1 уменьшается. Соответствующим образом меняются динамические свойства скорректированной системы автоматического управления. Данное свойство подтверждается математическими выкладками, результатами моделирования характеристик НКУ на ЭВМ и результаты испытаний макетного образца. Analysis of the frequency characteristics of the low-voltage switchgear shows that they correspond to the LACH of the integrating link (with an exponent r = 1), but with a small phase shift. By choosing the exponent r of the power-generating unit, the order of integration (astatism) of the device changes. Due to this, the slope of the LAHF of the harmonically linearized transfer function of the NCC changes: in comparison with r = 1, the slope of the LAHC increases for r> 1, and for r <1 it decreases. The dynamic properties of the adjusted automatic control system change accordingly. This property is confirmed by mathematical calculations, the results of modeling the characteristics of the switchgear on a computer and the test results of the prototype.
В отсутствии постоянной составляющей во входном гармоническом сигнале НКУ обладает псевдолинейными свойствами, т. е. его частотные характеристики не зависят от амплитуды входного гармонического воздействия и зависят только от циклической частоты ω , возведенной в степень r. In the absence of a constant component in the input harmonic signal, the NCC has pseudo-linear properties, i.e., its frequency characteristics are independent of the amplitude of the input harmonic effect and depend only on the cyclic frequency ω raised to the power r.
Вычисления коэффициентов гармонической линеаризации предложенного НКУ выполняются с помощью вычислений определенных интегралов, которые в общем виде (при произвольных значениях r, K-, K+ производятся только через рекурретные соотношения интегралов с понижением степени подинтегральной функции. Поэтому в общем виде невозможно получить окончательные математические выражения вычисляемых интегралов. Числовые значения интегралов можно получить расчетным путем при конкретных величинах r, K-, K+. Также возможно получение законченных математических формул коэффициента передачи КНКУ и фазы FНКУ для частных случаев величин r, K-, K+.The calculations of the harmonic linearization coefficients of the proposed NKU are carried out using the calculations of certain integrals, which in general form (for arbitrary values of r, K-, K + are made only through the recurrence relations of the integrals with decreasing degree of the integrand. Therefore, in general form it is impossible to obtain the final mathematical expressions of the calculated integrals The numerical values of the integrals can be obtained by calculation for specific values of r, K-, K +. It is also possible to obtain complete mathematics of the transmission coefficient formulas K NKU and phase F NKU for special cases of r, K-, K +.
В качестве примеров рассмотрим три частных, наиболее характерных и используемых случая НКУ:
1) с нулевым фазовым сдвигом при K- = K+, а) r= 1, б) r= 2;
2) с фазовым запаздыванием и неизменным выходным сигналом интегратора при отрицательном знаке скорости модуля входного сигнала НКУ, для чего выбирается K- = 0, а) r= 1, б) r= 2;
3) с фазовым опережением при K- >> K+, а) r= 1, б) r= 2.As examples, we consider three particular, most characteristic and used cases of NKU:
1) with a zero phase shift at K- = K +, a) r = 1, b) r = 2;
2) with phase delay and a constant output signal of the integrator with a negative sign of the speed of the module of the input signal of the switchgear, for which K- = 0 is selected, a) r = 1, b) r = 2;
3) with a phase lead at K- >> K +, a) r = 1, b) r = 2.
В этих случаях коэффициент передачи КНКУ и фаза FНКУ в отсутствии постоянной составляющей во входном гармоническом сигнале соответственно равна
1а) КНКУ = 1,104*K*(K+ / ω );
FНКУ = 0о;
1б) КНКУ = 1,322*К*(К+ / ω ); 2
FНКУ = 0о;
2а) КНКУ = 1,360*К*(К+ / ω );
FНКУ = -10,6о;
2б) 2
КНКУ = 1,974*К*(К+/ ω );
FНКУ = -16,2о;
3а)
КНКУ = 0,606*К*(К+/ ω );
FНКУ = +24,4о;
3б) 2
КНКУ = 0,701*К*(К+/ ω );
FНКУ = +19,5о.In these cases, the transmission coefficient K NKU and phase F NKU in the absence of a constant component in the input harmonic signal, respectively, is
1a) K NKU = 1.104 * K * (K + / ω);
F NKU = 0 about ;
1b) K NKU = 1,322 * K * (K + / ω); 2
F NKU = 0 about ;
2a) K NKU = 1,360 * K * (K + / ω);
F NKU = -10.6 about ;
2b) 2
NKU = 1.974 * K * (K + / ω);
F NKU = -16.2 about ;
3a)
NKU = 0.606 * K * (K + / ω);
F NKU = +24.4 about ;
3b) 2
NKU = 0.701 * K * (K + / ω);
F NKU = +19.5 about .
Реализация предложенного НКУ возможна в аналоговом, аналогово-цифровом, цифровом видах и в виде программы, работающей в реальном времени. Implementation of the proposed NKU is possible in analog, analog-digital, digital forms and in the form of a program that works in real time.
Применение в системах автоматического управления предложенного НКУ с существенно расширенными функциональными возможностями позволит улучшить их динамические свойства. The use in the automatic control systems of the proposed NKU with significantly expanded functional capabilities will improve their dynamic properties.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5006190 RU2012029C1 (en) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | Non-linear correcting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5006190 RU2012029C1 (en) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | Non-linear correcting device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012029C1 true RU2012029C1 (en) | 1994-04-30 |
Family
ID=21587288
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5006190 RU2012029C1 (en) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | Non-linear correcting device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2012029C1 (en) |
-
1991
- 1991-09-04 RU SU5006190 patent/RU2012029C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rao et al. | Extension of computation beyond the limit of initial normal interval in Walsh series analysis of dynamical systems | |
MY123725A (en) | Method and device for local contrast enhancement of video signal | |
RU2012029C1 (en) | Non-linear correcting device | |
KR860006903A (en) | Digital video signal peaking circuit | |
Chakraborty et al. | Generalized normal window for digital signal processing | |
US6573697B2 (en) | Method and apparatus for determining the energy of a signal | |
Murray | Another proof and a sharpening of Huang's theorem | |
RU2435172C1 (en) | Tracking instrument | |
RU2012086C1 (en) | Device for division constituents of short-circuit current | |
US3590231A (en) | Digital signal generator using digital differential analyzer techniques | |
RU2022312C1 (en) | Nonlinear correcting unit | |
RU2058588C1 (en) | Trigonometric secant function generator | |
US20230393184A1 (en) | Device and methods for phase noise measurement | |
KR100189937B1 (en) | Rotation angle estimation device and method using sinusoidal wave | |
RU2683180C1 (en) | Broad-pulse converter | |
US6907441B2 (en) | Square root extractor | |
SU1262535A1 (en) | Device for solving non-linear algebraic equations | |
SU840790A1 (en) | Non-linear correcting device | |
RU2072555C1 (en) | Arc-cosine function generator | |
SU418831A1 (en) | DEVICE FOR RESEARCHING CHARACTERISTICS OF AUTOMATIC CONTROL SYSTEMS | |
GB936124A (en) | Speech bandwidth compression systems | |
RU2060547C1 (en) | Cosine function generator | |
SU777658A1 (en) | Wide-range logarithmic converter of voltage into pulse number | |
SU1695391A1 (en) | Analog storage for narrow-band signal | |
RU2058576C1 (en) | Adaptive control system |