SU1016770A1 - Фильтр дл систем автоматического регулировани - Google Patents

Abstract

ФИЛЬТР ДЛЯ СИСТЕМ АВТОМА|ТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ, содержащий усилитель и последовательно соединенные блок сигнатуры, интегратор, первый сукиатор, инвертор и второй сумматор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности , в нем дополнительно установлены апериодическое звено и усилитель с насыщением, подключенный входом к выходу второго сумматора, а выходом - к входЕи блока сигнатуры и усилител , выход которого через апериодическое звено подключен к второму входу первого сумматора. ел G

Description

Изобретение относитс  к элементам систем автоматического регулировани  и может быть применено в системах, в выходных сигналах датчиКов которых имеютс  импульсные помехи , например в системе управлени  доменным процессом, в которой в качестве датчиков температуры используютс  оптические пирометры излучени .

Известен фильтр дл  систем автоматического регулировани , содержащий последовательно соединенные первый усилитель, блок сравнени , усилитель с насыщением, интегратор и второй усилитель, подключенный входом к второму входу блока сравнени  Си.

Недостатком такого фильтра  вл етс  значительное, даже при отсутствии помех, воздействие на полезный сигнал, которое про вл етс , в частности, в виде фазовых искажений искажений формы- и IT.п.

Известен фильтр дл  систем автоматического регулировани , содержащий последовательно соединенные первый сумматор, блок сигнатуры, второй сумматор, интегратор и инвертор , подключенный выходом к второму входу первого сумматора, и дифференциатор , подключенный выходом к второму входу второго сумматора ,2J.

Недостаток : фильтра - искажение полезного сигнала по амплитуд

Наиболее близким по технической; Jc:yщнocти к предлагаемому  вл етс  фильтр, содержащий усилитель и последовательно соединенные блок сигна-. туры, интегратор, второй сумматор, инвертор и второй сумматор, подключенный выходом к входу блока сигнатуры , выходом подключенного через усилитель к второму входу первого сумматора СЗ Недостатком известного фильтра  вл етс  его низка  эффективность в св зи с искг1жением полезного сигнала и наличием высокочастотной помех в его выходном сигнале.

Цель изобретени  - повышение эффективности фильтра путем уменьшени  высокочастотной составл ющей в еговыходном (Сигнале. .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в фильтре дл  систем автоматического регулировани , содержащем усилитель и последовательно соединенные блок сигнатуры, интегратор первый сумматор, инвертор и второй сумматор, дополнительно установлены апериодическое Звено и усилитель с насыщением, подключенный входом к выходу второго сумматора, а выходом к входам блока сигнатуры и усилител , выход которого через апериодическое звено подключен к второму входу..первого сумматора.

На чертеже представлена блок-схема фильтра.

Фильтр содержит второй сумматор 1 усилитель 2 с насыщением, усилитель 3, блок 4 сигнатуры, апериодическое звено 5, интегратор 6, первый сумматор 7 и инвертор 8.

На чертеже представлена блок-схема конкретного примера выполнени  фильтра, используемого в подсистеме автоматического контрол  температуры фурменной зоны доменной печи. В этом случае источником внешнего сигнала  вл етс  оптический пирометр излучечени  {не показан ), Второй сумматор

1выполнен, например, в виде суг мирующего операционного усилител , первый вход которого  вл етс  входом фильтра. Выход второго сумматора 1 подключен к входу усилител  2 с насыщением , т.е. к входу первого нелинейного звена, выполненного, например , в виде операционного усилител  с небольшим коэффициентом усилени 

и с ограничител ми амплитуды сигнала на выходе. Выход усилител  2 с насыщением подключен к входам усилител 

2и блока 4 сигнатуры, т.е. к входу второго нелинейного элемента, выполненного , например, в виде операционного усилител  с большим -коэффициентом усилени  с ограничител ми амЩ1ИТУДЫ сигнала на выходе. Выход усилител  3 подключен к входу апериодического звена 5, реализованного, например, в виде электрической RC-цепи . Выход блока 4 сигнатуры подключен к входу интегратора 6, выполненного , например, в виде операционного интегрирующего усилител , выход коjroporo подключен к первому входу сумматора 7, к второму входу которого подключен выход апериодического звена 5, а выход которого  вл етс  выходом фильтра и подключен к входу инвертора 8, выход кото рого подключен к второму входу второго сумматора 1.

Фильтр работает следующим образом .

Когда в выходном сигнале пирометра нет импульсных помех, нет посто нно действующей высокочастотной помехи и абсолютное значение скорости изменени  полезного сигнала не превышает заданной величины, контур фильтра линеаризуетс  в звено с единичным коэффициентом усилени . Это объ сн етс  тем, что при изменении сигнала на входе фильтра на выходе второго cyNwaTopa 1 по вл етс  сигна который,проход  без искажений через усилитель 2 с насыщением, выводит блок 4 сигнатуры в одно из двух возможных состо ний, при этом начинает измен тьс  выходной сигнал интегратора 6, который, проход  через первый сумматор 7 и инвертор 8, вычитаётс  во втором сумматоре 1 из вход ного сигнала фильтра и тем самым компенсирует его. Пр  этом на выходе второго сумматора 1 возникает пере-. менный сигнал большой частоты с амплитудой , близкой к нулевому значению , на выходе блока 4 сигнатуры возникает меандр такой же частоты, а на выходе интегратора 6 посто нно поддерживаетс  значение входного сиг нала фильтра. Сигнал с выхода второго сумматора 1 без иск.ажений прохо дит через усилитель 2 с насыщением на вход усилител  3, после чего сгла живаетс  в апериодическом звене 5 до нулевого значени . Таким образом, выходной сигнал фильтра определ етс  значением выходн го сигнала интегратора 6, который повтор ет значение входного сигнала фильтра. В этом случае фильтр представл ет собой звено с единичным коэффициентом усилени . При превьЕиении абсолютного значени  производной входного сигнала; фильтра заданной величины или (что то же самое) при по влении импульсного выброса выходной сигнал интегратора б не успевает скомпенсировать изменение входного сигнала фильтра, в результате чего на выходе второго сумматора 1 по вл етс  сигнал значительной величины, который выводит усилитель 2 с насыщением в режим насыщени . Таким образом, изменение выходного сигнала фильтра в этом случае определ етс  суммой выходного сигнала интегратора 6 и медленно И31 1ен ю1цегос  выходного сигнала апериодического звена,5, скорость которого определ етс  посто нной времени апериодического звена 5. Происходит сглаживание импульсного выброс При посто нно действующей на входе фильтра высокочастотной помехе небольшой- амплитуды сигнал на выходе интегратора 6  вл етс  огибающей суммарного входного сигнала снизу, если производна  полезного сигнала положительна, и огибающей сверху, если производна  полезного сигнала отрицательна, вследствие работы бло ка 4 сигнатуры, который при сильно отличающихс  по абсолютной величине амплитудах положительного и отрицательного сигналов на вхсще принимае одинаковые по абсолютной величине и отличаювдаес  по знаку значени  си нала на выходе. Таким образом, посл прохождени  сигнала с, выхода интегратора б через первый сумматор 7, инвертор 8 и второй сумматор 1 на выходе последнего выдел ютс  высоко частотные колебани , наложенные на посто нную составл ющую (положитель ную или отрицательную в зависимости от знака производной полезного сигнала ) с величиной амплитуды равной

-.

1016770 римерно половине амплитудм высокоастотной помехи. Эти колебани  без скажений проход т через усилитель. , 2 с насыщением (так как зона насыени  его выбрана таким o6pa3Ofj, тобы высокочастотна  помеха не оганичивалась этой зоной ), усиливатс  усилителем 3 и сглаживаютс  апериодическим звеном 5, на выходе которого присутствует посто ннал составл юща , суммирующа  в первом cyNMaTope 7 с выходным сигналом интегратора 6 и таким образом восстанавливающа  значение полезного сигнала на выходе фильтра. Величина коэффициента усилени  К усилител  3 выбираетс  из соотношени  где Т5(р) - передаточна  функци  фильтра; р - оператор Лапласа; RC - посто нна  времени апериодического звена 5. То есть К выбираетс  из услови  )Обеспечени  неискаженной передачи посто нной составл ющей высокочастотных колебаний «. l) и из услови  обеспечени  достаточной ве пичины времени фильтра () . Таким образом, введение апериодического звена 5, включенного мегеду усилителем 3 л вторым входом первого сумматора 7, позвол ет сгладить высокочастотные колебани  входного сигнала, выделенные (в результате действи  фильтра ) на выходе второго сумматора 1 и присутствующие во вход .ном сигнале усилител  3. Причем во входном сигнале усилител  3 присутствуют только посто нно действующие млсокочастотные колебани , а импульсный выброс, поступающий на вход фильтра, не шрохрд т на вход усилител  3 (. в св зи с наличием зоны на сыщени  усилител  2 с насыщением ) и не оказывает вли ни  на выходной сигнал фильтра. Однако введение апериодического звена 5 вносит запаздывание полезного сигнала при прохождении через фильтр, которое устран етс  блоком 4 сигнатуры, т.е. нелинейным звеном типа сухое трение, включенным мехщу выходом усилител  2 с насыщением и интегратором 6. Это достигаетс  в результате того, что при скорости изменени  полезного сигнала, не превьиаающей скорости изменени  сигнала на выходе интегратора б (а скорость изменени  сигнала на выходе интегратора б определ етс  величиной выходного сигнала блока 4 . сигнатуры и может принимать только .. .- jv. 5 , f .. . два значени  --равные по абсЗЛЙтнЫг величине и разные по знаку, выходной сигнал фильтра полностью повтор ет полезный сигнал, т.е. в этом случае фильтр линеаризуетс  в звене с единичным козффициентом усилени . Линеаризаци  фильтра в звено с единичным коэффициентом усилени  возможна вследствие того, что скорость изменени  сигнала на выходе интегратора 6 больше скорости изменени  сигнала на входе фильтра (что св зано с выбором величины уровн  выходного сигнала усилител  2 с насыщением ). Это в свою очередь позвол ет быстро компенсировать во бтором сумматоре 1 небольшие изменени  сигнала на входе фильтра. Выходной, сигнал второго сумматора 1 при этом становитс  мало отличающимс  от нуле вого значени , а выходной сигнал . фильтра повтор ет значение полезного сигнала на входе фильтра. Посто нна  составл кица  на выходе апериодического зйена 5 суммируетс  в первом сумматоре 7 с выходным сигналом интегратора б, в результате чего на выходе фильтра- восстанавливаетс  значение полезного сигнала более точно, чем в прототипе, где усредненное значение полезного сигнала уменьшено. Таким образом, введение апериодического звена 5, вход которого под7o ключен к выходу усилител  3, а выход - к второму входу первого сумматора 7, и усилител  2 с насыщением, вход которого подключен к выходу второго сумматора 1, а выход - к вхо дам усилител  3 и блока 4 сигнатуры, позвол ет устранить в выходном сигнале фильтра посто нно действующую на входе высокочастотную помеху, что повькиает зффективность фильтра. Так, например, при измерении температуры видимой части стенки фурменной полости доменной печи оптическим пирометром неизбежно по вление в выходном сигнале пирометра высокочастотной составл ющей, обусловленной непрерывной циркул цией холодных кусков кокса перед фурмой. Амплитуда высокочастотной составл ющей измер емого сигнала достигает 30-40 С, .что составл ет 1,5-2% от среднего значени  температуры фурменной зоны. Применение предлагаемого фильтра позвол ет снизить высокочастотную помеху до уровн  0,01% от указанного среднего значени , т.е. практически устранить высокочастотную помеху в выходном сигнале пирометра, не иска- . зив при этом значение теплового уровн  фурменной зоны. Таким образом, изобретение позвол ет повысить эффективность предлагаемого фильтра почти в дес ть раз по сравнению с известными

Claims (1)

1. ФИЛЬТР ДЛЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ, содержащий усилитель и последовательно соединенные блок сигнатуры, интегратор, первый сумматор, инвертор и второй сумматор, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, в нем дополнительно установлены апериодическое звено и усилитель с насыщением, подключенный входом к выходу второго сумматора, а выходом - к входам блока сигнатуры и усилителя, выход которого через апериодическое звено подключен к второму входу первого сумматора.