SU980065A1

SU980065A1 - Pipeline filter

Info

Publication number: SU980065A1
Application number: SU813305786A
Authority: SU
Inventors: Виталий Павлович Авдеев; Леонид Павлович Мышляев; Ирина Николаевна Щемелева; Владимир Иванович Носырев; Игорь Геннадьевич Черныш
Original assignee: Сибирский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт им.Серго Орджоникидзе
Priority date: 1981-06-22
Filing date: 1981-06-22
Publication date: 1982-12-07

Description

(54) СГЛАЖИВАЮЩИЙ ФИЛЬТР(54) SMOOTH FILTER

Изобретение относитс к автоматике и может быть использовано в сис . темах управлени промьлшленными объектами дл вьщелени полезной низкочастотной составл ющей измеренных сигналов .The invention relates to automation and can be used in the system. control subjects topics to provide the useful low frequency component of the measured signals.

Известен фильтр, содержащий суммирующий элемент, дифференцирующее звено, усилитель и двухпозиционный релейный элеМЁнт1П.A filter is known that contains a summing element, a differentiating element, an amplifier, and a two-stage relay element.

Недостатком данного фильтра вл етс низка точность выделени полезного сигнала.The disadvantage of this filter is the low accuracy of the selection of the useful signal.

Наиболее близким по технической . сущности к предлагаемому вл етс фильтр, содержащий первый и второй фильт ш низкой частоты, первый блок сравнени и сумматор, первый вход которого соединен с вьаходом первого фильтра низкой частотыС2.The closest technical. Essentially, the proposed filter is a first and second low frequency filter, a first comparison unit and an adder, the first input of which is connected to the input of the first low frequency filter C2.

. Недостатком известного фильтра вл етс также низка точность выделени полезного сигнала.. A disadvantage of the known filter is also the low accuracy of the selection of the useful signal.

Цель изобретени - повышение точности фильтра.The purpose of the invention is to improve the accuracy of the filter.

Указанна цель достигаетс тем, что в сглаживаюошй фильтр введены детектор знака, дифференциатор, второй, третий, четвертый и п тый блоки сравнени , первый и второй нн (Теграторы, первый и второй квашраторы , первый и второй задатчики, :.лёмент ИЛИ и ключ, причем первый вход первого блока сравнени 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, вто10 рой вход .которого соединен с выходом элемента ШШ, а выход - с вторым входом сумматора, первый вход второго блока сравнени подключен через детектор знака к выходу второго фильт15 ра низкоп частоты, второй вход к выходу первого интегратора, а выход через последовательно соединенные первый интегратор и первый квадратор - к первому входу третье20 го блока сравнени , второй вход и выход которого соединены соответственно с первым задатчиком и первым входом элемента ИЛИ, первый вход четвертого блока сравнени подключен This goal is achieved by introducing a sign detector, a differentiator, a second, third, fourth, and fifth comparison block, first and second nN (Tegrators, first and second pickers, first and second setters,: OR key and key, the first input of the first comparator unit is connected to the output of the first low-pass filter, the second input to the filter inputs and the first low-pass filter, and the output through the second low-pass filter to the first key input, the second input to which is connected to the output of the ШШ element, and the output is with the second input of the adder, the first input of the second comparator unit is connected through the sign detector to the output of the second low frequency filter, the second input to the output of the first integrator, and the output through the first integrator and the first quadrant connected in series to the first input of the third comparison unit, the second input and the output of which is connected respectively to the first setter and the first input of the OR element, the first input of the fourth comparison unit is connected

25 через дифференциатор к выходу второго фильтра низкой частоты, второй вход - к выходу второго интегратора , а выход через последовательно соединенные второй интегратор и вто30 рой квадратор - к первому входу п того блока сравнени ,.второй вход и выход которого соединены соответственно с вторым эадатчиком и с вторым входом элемента ИЛИ. На фиг.1 представлена структур 1а схема предлагаемого сглаживающего фильтра; на фиг.2 - график изменени полезногоf здшумленного и сглаженного сигналов в дискретном времени. Устройство содержит превый фильтр 1 низкой частоты, лервый блок 2 срав нени , второй фильтр 3 низкой частоты , детектор 4 знака, второй блок 5 сравнени , первый интегратор 6, пер ,вый квадратор 7, третий блок 8 срав нени , первый задатчик 9, элемент ИЛИ 10, дифференциатор 11, четвертый блок 12 сравнени , второй интегратор 13, второй квадратор 14, п тый блок 15 сравнени , 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 сравнени , ограничител и интегратор ( не показаны) выход которого соединен с входом блока сравнени , на выходе интегратора получаетс сглаженный сигнал xJt). Сигнёл X2(t) x(t) - 5c.j(t), получаемый на выходе первого блока 2 сравнени , подает с на вход второго фильтра 3 низкой частоты. Этот фильтр вл етс более быстродействующим по сравнению с первым фильтром 1 низкой частоты. На выходе второго фильтра 3 низкой частоты получаетс сигнал со сглажен ным значением разности )-х, (t) . Далее вырабатываетс сигнал на отключение или подключение более быстродействующего фильтра. Дл этого выходной сигнал x/t) подаетс на вход детектора 4 знака с законом функционировани Г1 при x/tJ7,0 t(t) sign 5c|t) j. p Сигнал с выхода детектора 4 знака .о полученной последовательности сгла живаетс экспоненциальным сглаживателе , реализованным с помощью второго блока 5 сравнени и первого интегратора 6. Если в сигнале о разности 5ij(t) имеетс относительно низкочастотна составл юща , то выходной сигнал первого интегратора б будет стремитьс к +1 или -1. Если же така составл юща 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 устран етс знак сигнала. Выходной сигнал с первого квадрата 7 сравниваетс в третьем блоке 8 сравнени с посто нным сигналом , равным, например 0,9, поступающим с задатчика 9 на вход третьего блока 8 сравнени . Если выходной сигнал первого интегратора 6 превышает заданную величину, то ср абатывает элемент ИЛИ 10 и с помощьюключа 17 подключаетс выходной сигнал второго фильтра 3 низкой частоты к входу сумматора 18. Затем производитс анализ скорости изменени XjCt). С этой-целью наход т его производную в дифференциаторе 11, котора сглаживаетс в экспоненциальном сглаживателе (четвертый блок 12 сравнени и второй интегратор 13), работанвдем аналогично описанному сглаживателю (выполненному на втором блоке 5 сравнени и первом интеграторе б). Сглаженный сигнал о скорости Изменени (t) поступает на второй квадратор 14, а затем сравниваетс в п том блоке 15 сравнени с посто нной величиной, поступающей с второго задатчика 16 и выбираемой в зависимости от скорости изменени ). Если скорость изменени 5с(1) больша , 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 суммируютс 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 критери точности работы сглаживающего фильтра прин ли среднемодульное отклонение N (i)-x(;,, где X (г) - полезный сигнал X ({). - сглаженный сигнал. Использование предлагаемого изобретени повьвдает точность выделени полезной низкочастотной составл ющей измеренных сигналов на 35% по сравнению с известным фильтром, что в свою очередь позвол ет повысить точность выработки управл ющих воздействий на 0,5-1% в случае применени предлагаемого фильтра в регул торе.25 through the differentiator to the output of the second low-pass filter, the second input to the output of the second integrator, and the output through the second integrator and the second quadrant connected in series to the first input of the fifth comparator unit, the second input and output of which are connected respectively to the second air sensor and with the second input element OR. Figure 1 shows the structures 1A scheme of the proposed smoothing filter; Fig. 2 is a graph showing the change in useful noise and smoothed signals at discrete time. The device contains the first low frequency filter 1, the first comparison unit 2, the second low frequency filter 3, the detector 4 characters, the second comparison unit 5, the first integrator 6, the first quad squadron 7, the third comparison unit 8, the first unit 9, the element OR 10, differentiator 11, fourth comparator block 12, second integrator 13, second quad 14, fifth comparator block 15, second master 16, key 17, adder 18, useful signal 19, noisy signal 20 smoothed by a known filter 21 signal , smooth, due to the living filter 22 signals, input sig al xCt filter), the smoothed signal output from the first filter) low frequency smoothed signal output from the second filter) low-frequency signal to output the smoothed filter 5c (t). The smoothing filter works as follows. The input signal x (t) is fed to the input of the first low-pass filter 1 implemented, for example, in the form of a serially connected comparison unit, the limiter and the integrator (not shown) whose output is connected to the input of the comparator unit, the smoothed signal xJt is obtained at the integrator output. The signal X2 (t) x (t) -5c.j (t), obtained at the output of the first comparison unit 2, supplies s to the input of the second low-frequency filter 3. This filter is faster than the first low-pass filter 1. At the output of the second low-pass filter 3, a signal is obtained with the smoothed difference value (x), (t). Next, a signal is generated to disconnect or connect a faster filter. For this, the output signal x / t) is fed to the input of the detector 4 signs with the law of operation Г1 at x / tj7.0 t (t) sign 5c | t) j. p The signal from the output of the detector 4 characters. On the resulting sequence is smoothed by an exponential smoother, implemented using the second comparison unit 5 and the first integrator 6. If the difference signal 5ij (t) has a relatively low frequency component, then the output of the first integrator b will be aim for +1 or -1. If this component is absent, then the output of the first integrator 6 will be a signal close to zero. The output of the first integrator 6 is fed to the first quad 7, in which the sign of the signal is eliminated. The output signal from the first square 7 is compared in the third comparison block 8 with a constant signal, for example, 0.9, coming from the setpoint 9 to the input of the third comparison block 8. If the output of the first integrator 6 exceeds a predetermined value, then cf abuts the element OR 10 and, using switch 17, connects the output of the second low-pass filter 3 to the input of the adder 18. Then, the rate of change of XjCt is analyzed. For this purpose, its derivative is found in the differentiator 11, which is smoothed in the exponential smoother (fourth comparison block 12 and second integrator 13), working in the same way as the smoother described (performed on second comparison block 5 and first integrator B). The smoothed signal on the rate of change (t) goes to the second quadrant 14, and then is compared in the fifth comparison block 15 with a constant value received from the second setter 16 and selected depending on the rate of change). If the rate of change 5c (1) is large, then the element OR 10 is triggered and using key 17 connects the output of the second low-pass filter 3 to the input of the adder 18. Thus, in the adder 18, either the output signal from the first low-pass filter 1 is summed with the output signal the second filter 3 low frequency) or the output of the adder 18 receives the signal 5 (t). As a criterion for the accuracy of the smoothing filter, the mean modulus deviation N (i) -x (;, where X (g) is the useful signal X ({). Is the smoothed signal. The use of the proposed invention increases the accuracy of the selection of the useful low-frequency component of the measured signals 35% compared with the known filter, which in turn allows an increase in the accuracy of control action by 0.5-1% in the case of applying the proposed filter in the controller.

Claims

1. USSR author's certificate 296079, cl. G 05 B 5/01, 1970.

2. Sb. Results of science and technology. Sir, Technical Cybernetics. M.,

v.4, 1972, pp.24-25 (prototype).