Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах, а также в различных автоматизированных устройствах, где требуется определение значения arctg(X/Y) с высокой точностью и в большом динамическом диапазоне.
Известно устройство для определения аргумента вектора, содержащее логарифмические функциональные генераторы, блоки суммирования и вычитания напряжений, блок памяти, блок нелинейной коррекции, коммутаторы и блок калибровки. Его работа основана на аппроксимации функции аргумента логарифмическими функциями ортогональных составляющих.
Устройство довольно сложное в реализации, имеет ограниченную точность из-за аппроксимации.
Известно устройство цифроаналогового тангенсного преобразователя, содержащего два резистора с цифроуправляемой проводимостью, резистор с цифроуправляемым сопротивлением и операционный усилитель.
Устройство имеет малую методическую погрешность, так как для аппроксимации взято математическое выражение:
arctg x (A1x + A3x3)/Bo + x2), где коэффициенты A1, A3, Bo должны устанавливаться с очень высокой точностью, менее 0,02%
Устройство требует применения сложных цифровых устройств, что в сочетании с аналоговыми сигналами нерационально.
Известно устройство для тригонометрического преобразования, содержащее сумматоры и блоки деления на логарифмических усилителях, подключенные к блоку вычитания, выход которого связан с антилогарифмическим блоком. Оно решает в неявном виде следующее соотношение:
arctg(z/x) Uвых
π/2(z/x),1,2125/[1+(z/x)1,2125]
Устройство довольно простое в исполнении, имеет высокое быстродействие, однако такой вид аппроксимации дает большую погрешность (0,7о).
Аналогично можно реализовать более сложную математическую зависимость с помощью множительно-делительных устройство и блоков суммирования. В этом случае устройство будет иметь высокое быстродействие, малую методическую погрешность, но ограниченный динамический диапазон и довольно большую инструментальную погрешность, так как погрешности нескольких нелинейных устройств будут определять суммарную погрешность.
Наиболее близкими по общим техническим признакам являются тригонометрические функциональные преобразователи время-импульсного действия, основанные на формировании временных интервалов с использованием генератора тригонометрических функций, в которых для получения выходного сигнала, пропорционального значению arctg(z/x), используют генератор тригонометрических функций, два множительно-делительных блока, сумматор, блок сравнения и блок регистрации
Устройство довольно простое в исполнении, однако обладает невысокой точностью при уменьшении амплитуды одного из сигналов, так как в этом случае приходится проводить измерения с гармоническими сигналами малой амплитуды.
Целью изобретения является повышение точности при расширении динамического диапазона.
Сущность изобретения состоит в том, что когда X ≅ Y, то измерения осуществляют в диапазоне углов от 0 до π /4 для arctg(X/Y), а для получения значения arctg(X/Y) в диапазоне углов от π /4 до π/2, когда Y≅X, то используют соотношение arctg(X/Y) π /2-arcctg(Y/X), и измерения проводят для значений arcctg(Y/X).
Такой способ определения значений arctg(X/Y) позволяет использовать для измерений саму функцию тангенса или котангенса на интервалах, где их абсолютные величины не превышают значений единицы, тем самым снизить требования к используемым измерительным звеньям, повысить точность измерений и расширить динамический диапазон.
Цель в устройстве для определения аргумента вектора, содержащем блок деления, блок сравнения, блок регистрации и генератор тригонометрических функций, первый выход которого подключен к первому входу блока сравнения, выход которого подключен к первому входу блока регистрации, достигается тем, что оно дополнительно содержит амплитудный селектор, а блок регистрации выполнен управляемым, причем первый и второй входы устройства подключены к соответствующим входам амплитудного селектора, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам блока деления соответственно, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, второй выход генератора тригонометрических функций подключен к второму входу блока регистрации, управляющий вход которого подключен к третьему выходу амплитудного селектора; амплитудный селектор содержит блок выделения максимума, минимума и блок сравнения, причем первый и второй входы амплитудного селектора подключены соответственно к попарно соединенным первым и вторым входам блоков выделения максимума, минимума и блока сравнения, два выхода блока выделения максимума, минимума и выход блока сравнения подключены к первому, второму и третьему выходам амплитудного селектора, соответственно.
Генератор тригонометрических функций содержит квадратурный генератор, блок деления и формирователь опорного импульса, причем первый и второй выходы квадратурного генератора подключены к первому и второму входам блока деления соответственно, вход формирователя опорного импульса подключен к одному из выходов квадратурного генератора, выходы блока деления и формирователя опорного импульса подключены к первому и второму выходам генератора тригонометрических функций соответственно.
Управляемый блок регистрации содержит логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ключ, причем первый вход управляемого блока регистрации подключен к первым входам логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ключа, второй вход которого подключен к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход последнего подключен к второму входу управляемого блока регистрации, управляющий вход которого подключен к управляющему входу ключа, выход которого является выходом управляемого блока регистрации.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для определения аргумента вектора.
Оно содержит амплитудный селектор 1; блок деления 2; блок сравнения 3, генератор 4 тригонометрических функций; блок коммутации 5.
Блоки в устройстве для определения аргумента вектора соединены следующим образом. Первый и второй входы устройства подключены к первому и второму входам амплитудного селектора 1 соответственно, выходы которого подключены к первому и второму входам блока деления 2 соответственно. Выход последнего подключен к первому входу блока сравнения 3, к второму входу которого подключен первый выход генератора 4 тригонометрических функций. Второй выход последнего подключен к первому входу управляемого блока регистрации, второй вход которого подключен к выходу блока сравнения 3. Третий (управляющий) вход управляемого блока регистрации подключен к третьему выходу амплитудного селектора 1.
На фиг. 2 приведена структурная схема амплитудного селектора 1. В его состав входят блок 6 выделения максимума и минимума и блок сравнения 7. Блоки в амплитудном селекторе 1 соединены следующим образом. Первые и вторые входы блока 6 выделения максимума, минимума и блока сравнения 7 попарно соединены между собой и подключены к первому и второму входам амплитудного селектора 1 соответственно. Первый и второй выходы блока 6 выделения максимума и минимума подключены к первому и второму выходам амплитудного селектора 1 соответственно. Выход блока сравнения 7 подключен к третьему выходу амплитудного селектора 1.
На фиг. 3 приведена структурная схема генератора 4 тригонометрических функций, В его состав входят квадратурный генератор 8, блок деления 9 и формирователь 10 опорного импульса. Блоки соединены следующим образом. Первый и второй выходы квадратурного генератора 8 подключены к первому и второму входам блока деления 9 соответственно. Вход формирователя 10 опорного импульса подключен к одному из выходов квадратурного генератора 8. Выходы блока деления 9 и формирователя 10 опорного импульса подключены к первому и втором выходам генератора 4 тригонометрических функций.
На фиг.4 приведена структурная схема управляемого блока коммутации 5. В его состав входят логический элемент 11 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ключ 12. Первый вход управляемого блока регистрации 5 подключен к первым входам логического элемента 11 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ключа 12. Второй вход управляемого блока регистрации 5 подключен к второму входу логического элемента 11 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к второму входу ключа 12. Управляющий вход ключа 12 подключен к третьему (управляющему) входу управляемого блока регистрации.
Устройство для определения аргумента вектора работает следующим образом.
Входные напряжения Ux и Uy, соответствующие величинам X и Y, поступают на первый и второй входы амплитудного селектора 1 и соответственно блока 6 выделения максимума, минимума и блока сравнения 7. Так как рассматривается главное значение угла для первого квадранта, то входные сигналы имеют одинаковые знаки. Блок 6 выделения максимума, минимума выделяет, например, на первом своем выходе максимальное из двух напряжение U1-1, а на втором минимальное напряжение U1-2, которое поступает, например, на второй вход блока деления 2, являющийся входом сигнала-делимого. Максимальное напряжение U1-1 поступает на первый вход блока деления 2, являющийся входом сигнала делителя.
Таким образом, на выходе блока деления 2 получают напряжение U2 пропорциональное отношению (U1-2)/(U1-1) K ≅1, т.е. использование амплитудного селектора обеспечивает работу блока деления 2 в диапазоне значений К, лежащих в интервале 0≅К≅1. При этом напряжение U2 будет линейно изменяться при изменениях значений К. Следовательно, можно записать:
U2 UoK, (1) где K X/Y Ux/Uy при Ux ≅ Uy и K Uy/Ux при Uy ≅ Ux.
Напряжение U2 поступает на первый вход блока сравнения 3. На второй вход последнего поступает напряжение U4-1 от генератора 4 тригонометрических функций. Формирование напряжения U3 на выходе блока сравнения 3 поясняет диаграмма, представленная на фиг.5.
Напряжение U4-1 получается после деления двух гармонических напряжений (см. фиг. 5,а,б), следовательно это напряжение соответствует напряжению, изменяющемуся по закону функции котангенса. Блок сравнения 3 сравнивает напряжение U2 с выхода блока деления, которое является опорным, с напряжением U4-1. Напряжения U2 и U4-1 выбираются так, чтобы при условии Ux=Uy напряжение U2 было равно напряжению U4-1 в момент времени, соответствующий π /4, т.е. 1/8 периоду гармонических колебаний квадратурного генератора.
В этом случае в течение времени, когда напряжение U4-1 ≥ U2, на выходе блока сравнения 3, например, сигнал логической "1", а в течение времени, когда U4-1 ≅ U2, на выходе блока сравнения 3 устанавливается сигнал логического "0", напряжение U3 (см.фиг.5,в). Эта последовательность импульсов, длительность которых пропорциональна значению arcctg(U1-2)/U1-1), поступает на первый вход управляемого блока регистрации 5, т.е. на первые входы логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ключа 12.
На второй вход управляемого блока регистрации 5 и соответственно на второй вход логического элемента 11 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ поступает последовательность импульсов напряжений U4-2 c второго выхода генератора 4 тригонометрических функций, длительность которых соответствует 1/4 периода гармонических колебаний квадратурного генератора 8.
Эта последовательность импульсов сигнала U4-2, которая формируется на выходе формирователя 10, приведена на фиг.5,г. Формирователь 10 может быть построен разными способами и подключен своим входом к любому из выходов блоков 8 и 9, поэтому он не выделен как самостоятельный блок.
Последовательность импульсов U3 и U4-2 на выходе логического элемента 11 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ формирует на его выходе сигнал U11 (см.фиг.5,д), представляющий собой последовательность импульсов, длительность которых соответствует разности длительностей сигналов U4-2 и U3. Так как длительность импульса сигнала U4-2 соответствует интервалу π /2, а длительность импульса сигнала U3 соответствует значению arcctg(U1-2)/U1-1), которое можно представить в соответствии с выражением (1):
arcctg(U1-2)/U1-1) arctg(X/Y)arcctg(Y/X) при X ≥ Y (2)
Длительность импульса сигнала U11 можно записать следующим образом:
π /2-arcctg(U1-2)/(U1-1)
π /2-arcctg(X/Y) arctg(X/Y)
при X≅ Y (3)
Таким образом, на первом и втором входах ключа 12 имеем последовательности импульсов напряжений U3 и U11, длительности которых пропорциональны, соответственно, arctg(X/Y) при X ≥ Y и arctg(X/Y) при X ≅Y.
Эти сигналы напряжений U3 или U11 проходят на выход ключа 12 в соответствии с управляющими логическими сигналами U1-3 с третьего выхода амплитудного селектора 1, которые формируются на выходе блока сравнения 7. В случае, когда X≅Y, т.е. Ux≅Uy, на выход ключа 12 поступают сигналы U11, длительность импульса которых пропорциональна значению arctg(X/Y), а в случае X≥Y. т.е. Ux≥Uy, на выход ключа 12 с первого входа поступают сигналы U3, длительность импульса которых пропорциональна значению arctg(X/Y) ( π /2-arcctg(X/Y).
Таким образом, для различных соотношений X и Y получим на выходе управляемого блока 5 последовательность импульсов, длительность которых пропорциональна значению arctg(X/Y).
Блок сравнения 6 может быть построен различными путями при сравнении одного из входных сигналов с другим входным или любым из выходных сигналов блока 5 выделения максимума и минимума (поэтому он входит в состав амплитудного селектора, а не выделен в отдельный блок).
На первом выходе генератора 4 тригонометрических функций может быть реализация функции различного вида, содержащая в интервале 1/8 периода функцию, изменяющуюся по закону тангенса или котангенса.
Методическая ошибка устройства равняется нулю, а при изменениях амплитуд входных сигналов в большом динамическом диапазоне погрешность преобразования будет меньше, чем в прототипе, так как использование амплитудного селектора обеспечивает работу всех блоков в меньшем диапазоне. Инструментальная погрешность в предлагаемом устройстве будет меньше также из-за того, что погрешности в различных звеньях устройства будут относится не к 90о, как в других устройствах, а к 45о, что снизит погрешность примерно в 2 раза.
Устройство реализуется с помощью обычных известных звеньев.
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах. Цель изобретения - повышение точности при расширении динамического диапазона. Устройство содержит генератор тригонометрических функций, состоящий из блока деления, формирователя опорного импульса и квадратурного генератора, два блока сравнения, блок выделения максимума и минимума, блок деления и блок коммутации, состоящий из элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и аналогового ключа. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.
Цифроаналоговый тангенсный преобразователь | 1985 |
|
SU1300504A1 |
Приспособление для точного наложения листов бумаги при снятии оттисков | 1922 |
|
SU6A1 |
Преобразователь прямоугольных координат вектора в полярные | 1977 |
|
SU624363A1 |
Приспособление для точного наложения листов бумаги при снятии оттисков | 1922 |
|
SU6A1 |
Авторы
Даты
1996-05-20—Публикация
1992-10-28—Подача