УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИЗЛОМНЫХ И РАЗРЫВНЫХ ФУНКЦИЙ Российский патент 1995 года по МПК G06G7/25 

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для воспроизведения семейств типовых кусочно-изломных и кусочно-разрывных функций, включая гистерезисные функции, с одной и (или) двумя точками излома и (или) разрыва.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет расширения класса воспроизводимых функций.

На фиг. 1 изображена базовая схема устройства; на фиг.2 и 3 изображены примеры включения базовой схемы по фиг.1 и воспроизводимые при этом функции; на фиг.4 - графики функций, воспроизводимых схемой по фиг.3д; на фиг.5 - схемы включения для воспроизведения семейства гистерезисных функций; на фиг.6 - графики гистерезисных функций, воспроизводимых схемами по фиг.6.

Устройство содержит первый и второй управляющие входы, на которые подаются соответственно входные управляющие напряжения х₁ и х₂, с первого по четвертый информационные входы 1-4, первый 5 и второй 6 аналоговые релейные элементы (реляторы), инвертор 7 знака, дифференциальный компаратор 8 и переключатели 9, 10 первого релейного элемента 5, резисторы 11 и 12, дифференциальный компаратор 13 и переключатель 14 второго релейного элемента 6.

При изображенных на фиг.1 положениях переключателей напряжения на неинвертирующих входах компараторов 8, 13 больше напряжений на их инвертирующих входах. В каждом релейном элементе 5, 6 выходы компараторов соединены с управляющими входами их переключателей. Управляющее напряжение х₁ подается на неинвертирующий вход компаратора 8 и через резистор 11 на неинвертирующий вход компаратора 13. Управляющее напряжение х₂ подается на инвертирующий вход компаратора 8 и через резистор 12 на неинвертирующий вход компаратора 13. Задающие напряжения у₁, у₂, у₃, у₄ подаются на информационные входы 1-4 устройства, которые соединены соответственно с входными (информационными) выводами первого 9 и второго 10 переключателей первого релейного элемента 5. Первый выход релейного элемента 5 (выходной вывод переключателя 9) подключен к первому входному выводу переключателя 14 и к второму выходу устройства. Второй выход релейного элемента 5 (выходной вывод переключателя 6) присоединен к входу инвертора 7 и к третьему выходу устройства. Выход инвертора 7 подключен к второму входному выводу переключателя 14 и к четвертому выходу устройства. Выход релейного элемента 6 (выходной вывод переключателя 14) присоединен к первому (основному) выходу устройства. Пятый выход является дублирующим.

Работает устройство следующим образом.

По первому выходу устройство воспроизводит функцию ситуационного мультиплексирования
Z₁= которая является порождающей для класса воспроизводимых функций. Для первой (Z₁=-y₄) и четвертой (Z₁=y₁) ситуаций выходное напряжение Z₁ не зависит от знака управляющего напряжения х₂. При этом полярность напряжения k₁x₁+k₂x₂ на неинвертирующем входе компаратора 13 определяется как значениями и полярностью управляющих напряжений х₁ и х₂, так и коэффициентами передачи k₁=R₂/(R₁+R₂), k₂= R₁/(R₁+R₂), где R₁ и R₂ есть сопротивления резисторов 11 и 12.

На фиг. 2а представлено условное изображение базовой схемы (фиг.1) без дублирующего выхода Z₅= x₁. В зависимости от конкретных значений задающих напряжений y_i и заданных комбинациях соединений входных выводов устройство воспроизводит различные типовые кусочно-изломные, кусочно-разрывные и кусочно-сшитые функции с одной и (или) двумя точками излома и (или) разрыва. В частности, при соединении информационных входов в соответствии с фиг.2б воспроизводится функция двухпорогового компарирования (функция допускового контроля) при R₁= R₂ (при k₁=k₂=0,5). Здесь и в дальнейшем изложении графики, изображенные сплошной линией, соответствуют случают х₂>0, пунктирной линией - случаю х₂<0.

При у₁=у₄=у, у₂=у₃=0 и х₂ ≠0 cхема по фиг.2а воспроизводит функцию безгистерезисного однопозиционного реле (фиг.2в), инвариантную к знаку напряжения х₂. При х₂=0 схема по фиг.2в воспроизводит функцию компарирования.

Схема по фиг.2г при х₂ ≠0 воспроизводит режекторную модуль-функцию, а при х₂=0 - модуль-функцию Z₁=x.

Cхема по фиг.2д при х₁=var, x₂=const является селекторным фильтром уровней сигнала х₂ с инверсией (х₂<0) и без инверсии (х₂>0) его передачи. При х₁= var, x₂=var схема по фиг.2д является амплитудным модулятором-демодулятором с подавлением сигнала вне рабочего участка характеристики.

Схема по фиг.3а при х₁=var, x₂=const воспроизводит семейство предикатных функций параллельного двустороннего ограничения с инверсной (х₂<0) и неинверсной (х₂>0) передачей напряжения х₁.

Схема по фиг. 3б воспроизводит функцию инверсии-повторения напряжения х₁, которая при х₂=0 вырождается в непрерывнологическую модуль-функцию Z₁= x.

Схема по фиг.3в при х₁=var воспроизводит предикатную модуль-функцию с селекторным ограничением срединного участка, которая при у=х₂вырождается в непрерывнологическую модуль-функцию с селекторным ограничением (фиг.3г).

Схема по фиг.3д при х₁=var, x₂=const воспроизводит непрерывнологическую функцию двустороннего параллельного ограничения с инверсной (х₂<0) и неинверсной (х₂>0) передачей напряжения х₁. При х₁=var, x₂=var схема по фиг.3д воспроизводит операцию амплитудной модуляции-демодуляции с ограничением сигнала вне рабочего участка характеристики. Для всех схем по фиг.2,3 R₁=R₂, т.е. k₁=k₂=0,5.

Дальнейшее расширение классов воспроизводимых функций возможно путем снятия напряжений с дополнительных выходов Z₂, Z₃, Z₄(несимметричные выходы) и между выходными выводами устройства (симметричные выходы). В частности, на фиг.4 приведены графики функций при снятии выходных напряжений в схеме по фиг.3д с дополнительных выходов и разностных сигналов между этими выводами. При снятии выходных напряжений с выходов Z₂, Z₃, Z₄ в схеме по фиг. 3д воспроизводится соответственно базовые операции непрерывной логики выделения минимального Z₂=min(x₁, x₂) (функция одностороннего параллельного ограничения сверху - фиг. 4а), максимального Z₃=max(x₁, x₂) (функция одностороннего параллельного ограничения снизу - фиг.4б) и операция инвертирования функции Z₃:Z₄=-Z₃=min(-x₁, -x₂).

При снятии разностного напряжения между вторым и третьим выходами в схеме по фиг.3д воспроизводится смещенная модуль-функция Z₂-Z₃=- x₁- x₂| (фиг.4в).

При снятии в схеме по фиг.3д напряжения между основным и пятым выходами воспроизводится функция двустороннего последовательного ограничения Z₁-Z₅ (фиг. 4г). При снятии напряжений между выходами Z₂ и Z₅, Z₃ и Z₅ воспроизводятся функции Z₂-Z₅ (фиг.4д) и Z₃-Z₅ (фиг.4е) одностороннего последовательного ограничения.

Во всех вышеприведенных примерах точки излома (разрыва) по оси абсцисс относительно начала координат являются симметричными, так как было принято R₁=R₂. Классы воспроизводимых устройством функций могут быть расширены введением асимметрии путем соответствующего изменения сопротивлений R₁ и R₂ резисторов 11 и 12, т.е. путем изменения коэффициентов передачи k₁ и k₂. В частности, в предельном случае при k₁=0 (при k₂=1), что соответствует устранению в релейном элементе 6 резистора 12 (R₂ = ∞), схема по фиг.3д воспроизводит функции, изображенные на фиг.4ж (х₂<0) и фиг.4з (х₂>0).

Базовая схема (фиг. 1) может быть использована для воспроизведения гистерезисных и неоднозначных функций. В частности, при Z₂=x₁ (фиг.5а) воспроизводятся гистерезисные функции, изображенные на фиг.6а, б, в. При отождествлении в схеме по фиг.5а переменных х и у₄, т.е. при х=у₄(фиг.5б), воспроизводятся гистерезисные функции, изображенные на фиг. 6г, д. При отождествлении в схеме по фиг.5а переменных х и у₃ (при х=у₃) по выходу Z₃ воспроизводится гистерезисная функция с наклонным участком прямой ветви характеристики (фиг. 6е). На фиг. 6ж, з изображены графики воспроизводимых схемой по фиг.5а функций при снятии выходных напряжений между выходами Z₃ и Z₅ при х=у₄ (фиг.6ж) и при х=у₃ (фиг.6з).

Базовая схема по фиг.1 позволяет также воспроизводить неоднозначные нелинейные функции. Для этого в качестве второй управляющей переменной х₂ необходимо использовать производную от х₁ по времени t, т.е. х₂==dx₁(t)/dt. Тогда при х₂>0 (при движении х₁ "вперед") изображающая точка движется по прямой ветви характеристики (на фиг.2. 3 это графики, изображенные сплошной линией), а при изменении направления движения изображающей точки на обратное она переходит на обратную ветвь (на фиг.2, 3 это графики, изображенные штриховыми линиями).

Устройство для воспроизведения изломных и разрывных функций относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для воспроизведения семейства типовых и нетиповых кусочно-разрывных и изломных функций и для воспроизведения аналоговых логических операций. Сущность изобреения: устройство содержит аналоговые релейные элементы 5, 6, один из которых выполнен на дифференциальном усилителе 8 и двух переключателях 9 и 10, а другой - на дифференциальном усилителе 13 и переключателе 14, а также инвертор 7. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИЗЛОМНЫХ И РАЗРЫВНЫХ ФУНКЦИЙ, содержащее первый и второй аналоговые релейные элементы, каждый из которых выполнен в виде дифференциального компаратора, подключенного выходом к управляющему входу переключателя, инвертор, причем выход переключателя второго аналогового релейного элемента является первым выходом устройства, выход переключателя первого аналогового релейного элемента, являющийся вторым выходом устройства, соединен с первым информационным входом переключателя второго аналогового релейного элемента, второй информационный вход которого соединен с выходом инвертора, неинвертирующий и инвертирующий входы дифференциального компаратора первого аналогового релейного элемента являются соответственно первым и вторым управляющими входами устройства, а первый и второй информационные входы переключателя первого аналогового релейного элемента являются соответственно первым и вторым информационными входами устройства, отличающееся тем, что в первый аналоговый релейный элемент введен дополнительный переключатель, управляющий вход которого соединен с выходом дифференциального компаратора первого аналогового релейного элемента, первый и второй информационные входы являются соответственно вторым и третьим информационными входами устройства, а выход, являющийся третьим выходом устройства, подключен к входу инвертора, выход которого является четвертым выходом устройства, инвертирующий вход дифференциального компаратора второго аналогового релейного элемента соединен с общей шиной устройства, а неинвертирующий вход через соответствующие резисторы подключен к первому и второму управляющим входам устройства. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй и третий информационные входы устройства объединены и подключены к его первому управляющему входу, а первый и четвертый информационные входы устройства подключены к общей шине устройства. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй и третий информационные входы устройства объединены и подключены к его первому управляющему входу, первый и четвертый информационные входы объединены и подключены к его второму управляющему входу. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй выход устройства подключен к первому управляющему входу устройства.