EXTRM - экстремум

Назначение.

Функциональный блок EXTRM применяется для поиска и фиксации локальных экстремумов (минимального и максимального значения) меняющегося во времени сигнала.

Состав структурной переменной.

Переменная со структурным типом EXTRM будет добавлена в локальный словарь автоматически при добавлении блока в редактор.

Описание алгоритма.

До запуска блока (RUN=FALSE), поиск экстремумов не осуществляется (Dsmx =Dsmn =FALSE), входной сигнал X без изменения передается на выходы (Ymin=Ymax=X).
После запуска блока (RUN=TRUE), на выходах Ymax и Ymin сохраняется значение сигнала X на момент запуска, и начинается поиск локальных экстремумов. В процессе поиска входной сигнал X проходит через фильтр нижних частот, представленный передаточной функцией:

,

где ТF - постоянная времени фильтра.
Если TF<=0, то входной сигнал X не фильтруется (Ymin=Ymax=X).
Найденное минимальное или максимальное значение входного сигнала X передается на выход Ymin или Ymax соответственно, и сохраняется до обнаружения нового локального экстремума. После обнаружения локального минимума или максимума соответствующие дискретные выходы Dmin=TRUE или Dmax=TRUE в течение одного цикла контроллера.
Направление поиска фиксируется на дискретных выходах Dsmn и Dsmx: в процессе поиска минимума Dsmn= TRUE, в процессе поиска максимума Dsmx = TRUE.

Пример работы блока.

В качестве примера продемонстрирована диаграмма сигналов с поэтапным описанием изменений:

Блок не запущен, Ymin=Ymax=X.
После запуска Ymin=Ymax=X_{в момент запуска}, осуществляется поиск локального максимума (Dsmx=TRUЕ);
Локальный максимум передан на выход Ymax, после чего Dmax=TRUE на один цикл контроллера. Осуществляется поиск локального минимума (Dsmn=TRUE);
Локальный минимум передан на выход Ymin, после чего Dmin=TRUE на один цикл контроллера. Осуществляется поиск локального максимума (Dsmx=TRUE);
Локальный максимум передан на выход Ymax, после чего Dmax=TRUE на один цикл контроллера. Осуществляется поиск минимума (Dsmn=TRUE).

Дополнительные параметры фильтрации сигнала.

В процессе поиска локальных экстремумов можно отфильтровывать помехи, для этого используются значения зоны нечувствительности и допустимой скорости изменения сигнала в районе экстремума.

Зона нечувствительности задается через входной параметр DB:

DB<=0 - найденное значение локального экстремума фиксируется и передается на соответствующий выход Ymin или Ymax, как только направление изменения сигнала изменилось на противоположное (противоположное изменение знака производной).
DB>0 - найденный локальный экстремум будет зафиксирован и выведен на соответствующий выход, если после прохождения экстремума значение сигнала в противоположном направлении изменилось на величину, больше значения DB. Если сигнал в противоположном экстремуму направлении изменился на величину меньше DB и затем продолжил изменяться в исходном направлении, экстремум не фиксируется.

Допустимая скорость изменения сигнала, при которой фиксируется экстремум, задается через входной параметр V:

V<=0 - ограничения на скорость не накладываются, найденное значение локального экстремума фиксируется и передается на соответствующий выход Ymin или Ymax.
V>0 - экстремум фиксируется и выводится, если после прохождения экстремума (или зоны нечувствительности, при ее наличии) скорость изменения сигнала Vx<=V.

Влияние зоны нечувствительности и максимальной скорости продемонстрировано на следующем изображении.

Пример синтаксиса на языке ST.

//вызов функционального блока EXTRM

Block.EXTRM(RUN, X, TF, DB, V);

//чтение локального максимума

Ymax := Block.Ymax;

//выход Dsmx=true во время поиска максимума

Dsmx := Block.Dsmx;

//выход Dmax=true в течение цикла контроллера после фиксации максимума

Dmax := Block.Dmax;

//чтение локального минимума

Ymin := Block.Ymin;

//выход Dsmn=true во время поиска минимума

Dsmn := Block.Dsmn;

//выход Dmin=true в течение цикла контроллера после фиксации минимума

Dmin := Block.Dmin;