Электронный аппарат для получения функций двух переменных Советский патент 1955 года по МПК G06G7/26 G06G7/28 

Предметом изобретения является электро1-1ный аппарат для получения функций двух переменных, заданных в виде электрических напряжений, предназначенный для использования в вычислительной технике непрерывного действия.

Известные электромеханические устройства для получения функций двух переменных вида/у (-Гь л2), реализуюндие механичеекп пли электромеханически куеочио-линейну о аппроксимацию заданной функции по соответствующим переменным, не обеспечивают достаточной быстроты действия п точности работы ввиду замедленной работы механических частей и применения стунснчатой аппрокснмацни.

В описываемом аппарате отмечен;п 1е недостатки устранены тем. что в нем применены электронные блоки, в том числе множительные блоки с треугольными характеристиками, работающие по время-импульсному способу и выполпенные в виде электронных ключей.

На фиг. 1 представлен элемент поверхности, образуемой функцией (.V), лй) в трехмерном пространстве; на фиг. 2-сечения поверхности -по фиг. 1 плоскостями, перпендикулярными осям .V| нли Хо; на (риг. 3-скелетиая схема описываемого аппарата; па фиг. 4-графическое изображенне функции X(x-i) на фиг. 5-графическое изображение выходной величины у в фупкцпп ло; на фиг. 6 - схема блока лг, составленного из набора аттенюаторов с характеристиками .Vi(.V2); на (. 7-графики промежутков времени, в течение которых диод /-го аттенюатора отнерт и пропускает функцию f(x на выход схемы; на фиг. 8-электрическая схема для формирования функцнй /i(.vi); на фиг-. 9 -электрпческая схе-ма для подачи на катодЕя диодов аттенюаторов еуммы iJoi+ ii zОписыЕ.аемый аппарат состоит нз блоков -Vi и л2, реа.пзующих приищрш кусочно-лннейной аппроксимации функции (.Vi, х-) двух неременпых по обеим независимым переменным л и .vj.

Для реализации нелинейной зависимости но одной из перемеп}1ых л1 в аппарате может быть использован нелинейный функциональпый

№ 100891- 2

преобразовател) на диодах иди триодно-диодная схема, состоящая i-,,, двух усилителей постоянного тока t/i и г/2 (см. фиг. 8), на вход которых поступают напряжения -Г и -Xi, а на ныходе включен паралле.льно ряд дополнительных триодных каскадов усилепия, вступающих в действие один за другим по мере прохождения перемеипой х всего диапазона.

Схема для реализации кусочно-линейной аппроксимации функции по х. представляет собой ряд диодных ключей D, (см. фиг. 9), управляемых выходным напряжением триггеров Г,; (см. фиг. 6), включенных напряжения делителей на усилитель У постоянного тока, на вход которого поступает напряжение, пропорциональное х.

Триггеры возбуждаются пилообразным напряжением периода Т от генератора и вступают в работу одип за другим благодаря наличию обратной связи, обрывающейся в конце прохождения каждым триггером своего динамического диапазона.

Каждый из диодных ключей подключен к двум сложным триггерам и пропускает на выходной усилитель одну из функций //(xi) i:. течение части периода Т.

При прохождении переменной Ху каких-либо двух смежных интервалов отпосительпое время срабатывания ключа изменяется по известиоыу треугольному закону, а среднее значение выходного напряжения суммирующего усилите.пя представляет собой кусочно-линейную функцию Л2.

В схеме описываемого аппарата значения двух входных величин Xi и Л2 В виде электрических папряжений подаются на вход аппарата путем независимого набора переменных для отдельных точек:

п - ()«/n 1, 2, 3. т

л-.у:- (2)шгл - уд ./ 1. 2, 3,п,

где г-И у-целые числа, и Дхо-постоянные величиьы интервало ;. В промел ;утках:

изменение функций происходит по кусочно-линейному закону.

Функцию у - f{xi, Xz) можно представить в трехмерном прострапстве с осями у, Xi, Xz в виде поверхности, составленной из элементов линейчатых поверхностей Д5. Точки Ль /12, Лз н Л4 каждого элемента устанавливаются независимо одна от другой, поэтому поверхность А5 не является плоской, ибо плоскость определяется лишь тремя точками.

Любое сечение изображенной на фиг. 1 поверхности плоскостями, перпендикулярными осям Xi или Х2, дает кусачпо-линейпь(е кривые, наподобие изображенных па фиг. 2.

Скелетная схема аппарата изображена на фиг. 3.

Величина Xi представляется в виде электрического напряжения и подается в блок «.,, в котором формируется п функций переменных -V( :/ (xi), /2(1 ),...„ (xz), проходящих через блок «Х2, составленный из набора аттенюаторов аь а до о.„На выходе последних получаются уменьшенные значения aifi(;i), причем . Величины Я; суть функции xz.

На выходе Е схемы произведения a;(-t.,/;(xi) суммируются в обпцдо

п выходную величину ;/ У-: (xz){i (A-|), графически изображе и ую па

фиг. 4 Е виде треугольников.

Каждая из этих функций Ui(x2) отличная от нуля лишь на иротяженни двух смежных интервалов .Xz, , и Ало пул.ю на всех

Х,:,

- 2/-i-l

оста.чьных интервалах. В точке, общей двум с.)ежмым ннтерзалам, Lujiiчина а, достигает значения 1, в других «райних точках этих интервалов % равна нулю; она изменяется в нромежуточных точках по линейному закону.

Поэтому выходная величина //, наиример, при А-2 (aj) „„„ равна /i(Ai). При 2 (..V2) /,„ функння ui(, а остальные и/ равны нулю. При л2 (А2),„,:„+Дл;2 функция а2(А2) 1, а остальные а равны нулю.

Величина у как функция л2 графически показана на фиг. 5.

Внутри каждого из интервалов л2 выходная величина // есть сумм;, двух функций

у - а. (x,)ff (х, ) + а,. ,(.t.,)/, .;,(л-, ), поскольку остальные а.(к-2} равны нулю.

В этом интервале одна из функций, а именно и , убывает -но линейному закону, а другая-U;-i-возрастает по тому же закону, в связи С чем значения у как функции х внутри ннтервала изменяются также но линейному закону, плавно переходя от значения /I(AIJ до значения /,, , (А ) , как это изображено пунктиром на фиг. 5.

Функция/г (Xi) является кусочно-линейной внутри интервалов A.VI, как это Изображено в сечении на фиг. 2.

Поскольку на вход выходного усилителя передаются лишь две функции, то на общий дрейф выходной величины оказывает влияние только дрейф двух выходных кана/юв б,тока .Vi :фнг. 3), что уменьшает погрешность аппарата в целом.

Блок Л2 состоит нз набора аттенюато)01з а,- (хч), электрическая раз15ернутая схема которых изображена на фиг. 6.

Верхняя часть схемы содержит диодные ключи Z)|, Dj,О„, нронускающие в своем нроводяше.м состоянии токи, соотзетствуюн1ие функниям li(x), /2(Ai),.../„(,Г), на выходной усилитель ,.схемы. Усилители У и УЗ;, являются трехкаскаднымн усилителями постоянного тока с большим коэффициентом усиления, работаюнщми в режиме глубокой обратной связи. Функции /;(AI) представлены в виде суммы токов, текуп1,их па -рунпе сопротивлений , .

Если диод D проводит, а оста.гыгые-не проводят, тогда группа сопротивлений , ,, оказывается приключенной через диод к точке А, т. е. к сетке нервого каскада усилителя y,,.,,;v Проходящий через сопротивление ток равен сумме токов, текущих по грунпе сопротивлений RU, Ri2,Rt,i, И выходное напряжение усилителя У пропорционально Е;еличипе /I(A-,) н обратно ей по знаку. Так как Л (А-) О, то .

ПосредствоМ нотенциометра Я, нриключенного к источнику постоянного напряжения 6, можно изменять величину добавочного тока /„, нротекаюшего но сопротивлению R , сдвигая величину выходного напряжения.

При включении диода DZ на выход схемы передается напряжени. соответствующее функции /2(Ai), а при одновременном включении диодов DI и D-2 на выход нередается сумма функций /I(AI) и /SIAI). Диоды открываются лишь в течение части периода Т при управленип их триггерами 7i, Т-2,7,,. К схеме триггеров подают второе из входных напряжений - А-2. присоединенное через сопротивленне Сопротнвленнями обратной связи, охватывающими усилитель У, служат сопротивления 1, R2/,,,, присоединенные к анодам триггеров, и.меюпшм потеициалы U, (,2,U .

Выход усилителя У через потенниометр ,, приключен к сетке триггера Т,, к которой через конденсато) нодается периодически изменяемое напряжепне U „, пе показанное на схеме, меняюн1ееся с чаAlo 1008914

„ , 1г

стотои / -. причем в течение периода / напряжение с„заг5исит jraнейно от времени, т. е. является пнлообразным.

Изменяя выходное напряжение усилителя У, можно изменять и относительное время т момента срабатывания триггера от нуля до Т. После срабатывания триггера в момент времени t он остается щ этом состоянии до конца -периода.

В начальный, момент следующего периода пилообразное напряжение заставляет триггер скачком переместиться в первоначальное состояние. Выходное напряжение каждого триггера является периодической функцией времени, имеюш,ей вид прямоугольника.

Постоянная составляющая этого нанряжения, линейно зависящая от т, подается через фильтр на сопротивление обратной связи R,

Примеренная схема с обратной связью обеспечивает в точке В, то есть на сетке усилителя У, поддержание потенциала, близкого к нулю.

Изменение среднего значения напряжения первого триггера Hi, а, следовательно, и величины его относительного времени срабатывания ть пропорционально изменению х. По мере увеличения х величина времени срабатывания TI убывает от Т до нуля. Когда Х: доходит до конца первого интервала Ахч, величина TI О- Дальнейшее небольшое увеличение Xz заставляет выходное напряжение усилителя У увеличиться настолько, что в работу вступает второй триггер. Когда Хч проходит второй интервал, то Т2 убывает от Т до нуля, далее включается в действие третий триггер и т. п.

Каждый Из диодов нрисоединен к двум смежным триггерам через двойной, диод D. Например, диод DI через сопротивления i, Rz, Rz R. присоединен к потенциалу U первого анода первого триггера Т и к потенциалу t/j второго анода триггера Т. Диод DI отпирается при срабатывании триггера TI и запирается при срабатывании триггера Tz, остальные диоды работают аналогично.

На фиг. 7 заштрихованными участками изображен нромежуток времени, в течение которого диод отперт и пропускает функцию 1(Х,} на выход схемы. На первом верхнем графике .показано положение, при котором триггер TI срабатывает в конце периода Т. При увеличении х в /-ОМ интервале момент срабатывания перемещается к началу периода-как изображено на графиках 2 и 3 фиг. 7. При переходе х- на интервал /-fl срабатывает триггер с временем срабатывания t;+, после чего диод запирается, в связи о чем период сокращается, как это изображено на графике 4 и 5. Когда ла доходит до интервала /-Ы, -моменты и совпадают один с другим и диод Dj оказывается запертым в течение всего периода.

Фор1мирование функции// (xi) может производиться с помощью схемы, изображенной на фиг. 8.

Усилители У и У-г имеют четное число каскадов. К выходам усилителей подключено еще по каскаду усиления посредство ламп //ц и Л2.

При изменении величины х в одном направлении изменяется потенциал точки В от заданной положительной величины, например, 190 вольт, до нуля. Возможность изменения потенциала ниже нуля ограничивается диодом D.

Потенциал точки Ль увеличиваясь от потенциала 190 вольт, фиксируемого диодом D, доходит до нуля, при котором лампа Лц запирается. Изменения потенциалов точек А v. В происходят в одном интервале пропорционально изменению величины х, так как эти точки соединены через сопротивления и обратной связи с входами соответствующих усилителей. С потенциометра Яц может быть снято положительное или отрицательное напряжение, характеризуемое ломаной

фивой. Аналогичным образом к усилителям У, и Уг подключены другие схемы с выходными потенциометрами, включенными между соответственныМИ точками этих схем. Каждая из этих схем вступает в работу в соответствующем интервале изменения величины Xi.

Снимая с потенциометров в этих схемах напряжения, кривые которых в функции Xi являются ломаными, можно получить их , являющуюся кусочно-ломаной функцией Xi.

С помощью электрической схемы, показанной на фиг. 6 или 9, можно получить значения функции одной- переменной с квадратичной аппроксимацией, для чего вместо фун-кции fi(X}) следует подавать на катоды диодов суммы + р(.о, где U j-постоянные величины, а i-постоянные коэффициенты.

Набор значений у производят по граничным значениям интервалов изменения х и Х2, а внут1)И интервалов при постоянном значении одной из входных величин t/ меняется линейно в функции другой величины, обеспечивая -кусочно-лкпейную аппроксимацию -по обеим величинам.

П Р е д м е т и зобретения

1.Электронный аппарат для получения функций двух переменных, состоящий Из блока для получения нескольких напряжений, являющихся функцией одного переменного ряда множительных блоков и суммирующего блока, отличающийся тем, что, в целях увеличения быстродействия и упрощения устройства, множительные блоки сделаны электронными и их характеристики на некотором интервале имеют форму треугольников.

2.Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью упрощения схемы, множительные блоки выполнены в виде электронных ключей и осуществляют умножение время-импульсным способом.

- 5 --,N9,10089-1

f ZITlin

(n.

l i}max/ - , X,, fHi //. r

zi/2j- M

,-si;. i/-/-ti - ii .

- -«Фаг i

«гЬиг 2

Mrr.;.

zmin Ir

zi-1 %

21 main

0wa, 4

// /xVy/.fx,; .Д /;,f.v,j

/ :

-г

,;

in

f

Фиг- 5

Фиг 6

f(

-и,

02

Фаг. 8

./

м

сЬиг.7

Ь-Г1 Т/Л Фиг.З