КОНЪЮНКТИВНО-ДИЗЪЮНКТИВНЫЙ РЕЛЯТОР Российский патент 1999 года по МПК G06G7/25 

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и автоматики и может быть использовано в качестве схемно-элементного базиса в аналоговых средствах преобразования и обработки сигналов, в частности в качестве базовых элементов предикатной алгебры выбора - конъюнктивные и(или) дизъюнктивные релятора, непрерывной (безконечнозначной, нечеткой) логики - минимизирующие, максимизирующие и (или) минимаксные амплитудные селекторы, булевой алгебры логики - булевые конъюнкторы и(или) дизъюнкторы, для построения логических преобразователей, аналоговых реляторных процессоров, нейротехнических сетей и др.

Известны аналоговые логические элементы - реляторы, воспроизводящие элементарные операции предикатной алгебры выбора (ПАВ) (авт. св. СССР N 1270777, кл. G 06 G 7/25, фиг. 1 и 2).

Недостатком известных реляторов и устройств, построенных на их основе, является их ограниченные функциональные возможности, так как при необходимости перехода от конъюнктивных операций к дизъюнктивным и обратно необходима схемная взаимная перекоммутация компараторных или переключательных входов реляторов.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является кодоуправляемый релятор, содержащий двухканальный релятор, состоящий из компаратора и переключательных каналов, содержащих замыкающий и размыкающий ключи с управляющими входами, соединенными со выходом компаратора, выходные выводы ключей в каждом канале образуют выходы релятора, а их входные выводы образуют их переключательные входы, а неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора образуют компараторные входы релятора (Андреев Д.В., Волгин Л.И., Самчелейкин С.В. Реляторы. - Ульяновск: ЦНТИ, 1997, рис. 1, 2; авт. св. N 2112276, кл. 6 G 06 G 7/25), принятые за прототип.

В прототипе переход от воспроизведения конъюнктивной операции к дизъюнктивной и обратно достигается введением в схему релятора логической схемы "исключающее ИЛИ", на один из управляющих входов которой подается кодовый сигнал - логические "0" или "1".

В прототипе кодовый управляющий сигнал (логические "0" или "1") не может быть использован в качестве дополнительного информационного сигнала, так как уровни логического "нуля" и "единицы" фиксированы, что ограничивает его функциональные возможности.

Технический результат расширения функциональных возможностей при реализации изобретения достигается тем, что в схему введен второй релятор, выполненный по аналогичной с первый релятором схеме, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым компараторными входами первого релятора, а во втором реляторе входные выводы замыкающего и размыкающего ключей первого переключательного канала соединены соответственно с входными выводами размыкающего и замыкающего ключей второго переключательного канала, причем компараторные входы и входные выводы замыкающего и размыкающего ключей первого переключательного канала второго релятора образуют соответственно компараторные и управляющие входы, а переключательные входы и выходы первого релятора являются соответственно переключательными входами и выходами конъюнктивно-дизъюнктивного релятора.

Схема предложенного конъюнктивно-дизъюнктивного релятора приведена на фиг. 1. Здесь первый 1 и второй 2 двухканальные реляторы RL₁ и RL₂ содержат дифференциалные компараторы 3, выходы которых соединены с управляющими входами замыкающих S₁, S₂ и размыкающих и ключей реляторов 1 и 2. Реляторы 1 и 2 выполнены по аналогичным схемам и содержит два переключательных канала, каждый из которых состоит из замыкающего S_i и размыкающего ключей (i = 1, 2), объединенные выходные выводы которых образуют выходы реляторов, а входные выводы являются их переключательными входами. Неинвертирующие и инвертирующие входы компараторов 3 являются компараторными входами реляторов, на которые подаются управляющие x_oi и предикатные x_i, входные переменные (напряжения), i= 1, 2.

Первый и второй выходы второго релятора 2 соединены соответственно с первым (неинвертирующим) и вторым (инвертирующим) компараторными входами первого релятора 1. Во втором реляторе 2 входные выводы замыкающего S₁ и размыкающего ключей первого переключательного канала соединены соответственно с входными выводами размыкающего и замыкающего S₂ ключей второго переключательного канала.

Компараторные входы и входные выводы замыкающего S₁ и размыкающего ключей первого переключательного канала второго релятора 2 образуют соответственно управляющие и компараторные входы, переключательные входы первого релятора 1 является переключательными входами, а первый и второй выходы первого релятора 1 являются соответственно основным Z₁ и дополнительным Z₂ (дублирующим) выходами конъюнктивно-дизъюнктивного (КД) релятора.

Работа КД-релятора осуществляется следующим образом. На управляющие входы КД-релятора (на входы компаратора 3 второго релятора 2) подаются управляющие сигналы (напряжения) x₀₁ и x₀₂, а на его переключательные входы (на переключательные входы первого релятора 1) подаются соответственно идентифицирующие аналоговые сигналы y₁, y₂, y₃ и y₄. Положение ключей на фиг. 1 соответствует ситуации, когда x₀₁ > x₀₂, x₁ > x₂.

Выходное напряжение по основному выходу Z₁ КД-релятора определяются выражением

где




Здесь I(x) есть единичная функция, равная нулю при x < 0 и единице при и есть соответственно прямое и обратное скалярные произведения векторов и (x₁, x₂), прямое скалярное произведение векторов и (y₁, y₂), Х₁ и Х₂ - выходные напряжения второго релятора 2.

Для дополнительного выхода КД-релятора Z₂ все вышеприведенные выражения остаются в силе при замене в них y₁ и y₂ соответственно на y₃ и y₄.

При x₀₁ > x₀₂ переменные X₁=x₁, X₂=x₂, а при x₀₁ < x₀₂ имеем X₁=x₂, X₂= x₁, т. е. при x₀₁ > x₀₂ и x₀₁ < x₀₂ выходные сигналы по основному выходу КД-релятора будут определяться соответственно дизъюнкцией и конъюнкцией предикатной алгебры выбора:


В частном случае один из управляющих сигналов (x₀₁ = 0, x₀₂ = x₀, или x₀₁ = x₀, x₀₂ = 0) может быть заземлен. Тогда тип воспроизводимой функции (дизъюнкции или конъюнкции) изменяется при инверсии полярности управляющего сигнала x₀.

В отличии от прототипа здесь управляющие сигналы x₀₁ и x₀₂ (управляющий сигнал x₀) совместимы с допустимым диапазоном изменений компараторных сигналов х₁ и x₂, что существенно расширяет области применения КД-релятора.

На фиг. 2 представлено условное изображение базовой схемы (фиг. 1).

На фиг. 3-4 приведены типовые включения конъюктивно-дизъюнктивного релятора, изображенного на фиг. 1.

При соединении входов КД-релятора (фиг. 1) в соответствии с фиг. 3 по выходам Z₁ и Z₂ при x₀ > 0 и x₀ < 0 воспроизводятся соответственно дизъюнкция и конъюнкция непрерывной (безконечнозначной, нечеткой) логики:
Z₁ = Z₂ = max (x₁, x₂), Z₁ = Z₂ = min (x₁, x₂).

При соединении входов КД-релятора в соответствии с фиг. 4 по выходам Z₁ и Z₂ воспроизводятся непрерывно-логические функции:
Z₁ = max(x₁, x₂), Z₂ = min(x₁, x₂),
а по симметричному выходу (выходной сигнал Z = Z₁ - Z₂ снимается между основным Z₁ и дополнительным Z₂ несимметричными выходами) воспроизводится модуль-функция разности двух аналоговых сигналов
При этом для двоичных переменных с логическими уровнями x₁, x₂∈ {0,1} функции для выходов Z₁, Z₂, Z = Z₁ - Z₂ являются соответственно булевыми дизъюнкцией Z₁ = x₁v x₂, конъюнкцией Z₂= x₁∧x₂ и функцией "исключающее ИЛИ" (сложение по модулю 2) где есть булевая инверсия.

При x₀ < 0 для фиг.4 Z₁ = min (x₁, x₂), Z₂ = max (x₁, x₂),
В общем случае при различных межсоединений входов КД-релятора, отождествлениях и фиксациях предикатных, управляющих и идентифицирующих переменных возможно воспроизведение широкой номенклатуры операций, функций, линейно-разрывных и изломных функций.

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и автоматики. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей релятора за счет использования управляющего сигнала в качестве дополнительного информационного сигнала. Конъюнктивно-дизъюнктивный релятор содержит первый и второй двухканальные реляторы, каждый из которых состоит из дифференциального компаратора и двух переключательных каналов, содержащих замыкающий и размыкающий ключи с управляющими входами, соединенными с выходом компаратора, входные выводы ключей образуют переключательные входы релятора, объединенные выводы ключей в каждом переключательном канале образуют выходы релятора, а неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора образуют компараторные входы релятора. Первый и второй выходы второго релятора соединены соответственно с первым и вторым компараторными входами первого релятора, а во втором реляторе входные выводы замыкающего и размыкающего ключей первого переключательного канала соединены соответственно с входными выводами размыкающего и замыкающего ключей второго переключательного канала, причем компараторные входы и входные выводы замыкающего и размыкающего ключей первого переключательного канала второго релятора образуют соответственно компараторные и управляющие входы, а переключательные входы и выходы первого релятора являются соответственно переключательными входами и выходами конъюнктивно-дизъюнктивного релятора. 4 ил.

Конъюнктивно-дизъюнктивный релятор, содержащий первый двухканальный релятор, состоящий из дифференциального компаратора и двух переключательных каналов, каждый из которых содержит замыкающий и размыкающий ключи с управляющими входами, соединенными с выходом компаратора, входные выводы ключей образуют переключательные входы релятора, объединенные выходные выводы в каждом переключательном канале образуют выходы релятора, а неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора образуют компараторные входы релятора, отличающийся тем, что в схему введен второй релятор, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым компараторными входами первого релятора, а во втором реляторе входные выводы замыкающего и размыкающего ключей первого переключательного канала соединены соответственно с входными выводами размыкающего и замыкающего ключей второго переключательного канала, причем компараторные входы и входные выводы замыкающего и размыкающего ключей первого переключательного канала второго релятора образуют соответственно компараторные и управляющие входы, а переключательные входы и выходы первого релятора являются соответственно переключательными входами и выходами конъюнктивно-дизъюнктивного релятора.