Устройство для вычисления частной производной Советский патент 1984 года по МПК G06J1/02 

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано в специализированных вычислительных устройствах и системах автоматического регулирования. Известно устройство для вычисления частной производной, состоящее из двух следящих систем, образованных двумя масштабными устройствами и двумя интеграторами соответственно, которые соединены между собой посредством ютючей. Выход масштабного устройства независимой переменной соединен с входами логического устройства и компаратора, второй вход которого соединен с опорным источником. Выход масщтабного устройства дифференцируемой функции соединен через дополнительный ключ и логическое устройство с блоком памяти 1. К недостаткам этого устройства следует отнести невозможность получения результата вычислений в цифровой форме, низкую точность из-за потери информации в запоминающих устройствах, выполненных на аналоговых элементах. Особенно это ощутимо при вычислении частных производных медленно протекающих процессов. Наиболее близким по технической сущности к изобретен ию является устройство для вычисления частной производной, содержащее триггер, выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым счетными входами первого реверсивного счетчика, выходы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к первому и второму счетным входам второго реверсивного счетчика, формирователь прямоугольных импульсов, первый цифро-аналоговый преобразователь и два компаратора. Кроме того, устройство содержит дещифратор, маску, осциллоскоп и запоминающий блок 2. Недостатком этого устройства является низкая точность вычисления. Целью изобретения является повышение точности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее триггер, выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И, выходы которых соединены, соответственно, с первым и вторым счетными входами первого реверсивного счетчика, выходы третьего и четвертого элементов И подключены, соответственно, к первому и второму счетным входам второго реверсивного счетчика, формирователь прямоугольных импульсов, первый цифро-аналоговый преобразователь и два компаратора, введены пороговый блок, четыре элемента И два счетчика, второй цифро-аналоговый преобразователь, блок задержки, элемент ИЛИ и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первым входам третьего и четвертого элементов И и к первому входу пятого элемента И, выход которого соединен с первым входом шестого элемента И и со счетным входом первого счетчика, группа выходов которого подключена к группе входов первого цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом первого компаратора и со входом порогового блока, выход которого подключен к первому установочному входу триггера, выход которого соединен со вторым входом шестого элемента И, выход которого подключен к счетному входу второго счетчика, выход которого соединен со входом формирователя прямоугольных импульсов, выход которого подключен ко входу блока задержки и к первы.м входам седьмого и восьмого элементов И, выходы которых являются выходом устройства, первый информапгионный вход которого соединен со вторым входом первого компаратора, выход которого подключен ко второму входу пятого элемента И, второй информационный вход устройства соединен с первым входом второго компаратора, первый и второй выходы которого подключены ко вторым входа.м, соответственно, третьего и четвертого элементов И, выходы которых подключены ко вторым входам, соответственно, первого и второго элементов И вход сброса устройства соединен со входами сброса триггера, первого и второго счетчиков, с первым входом элемента ИЛИ и со входом сброса второго реверсивного счетчика, группа выходов которого подключена к группе входов второго цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом второго компаратора, выход блока задержки подключен ко вторюму входу элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом сброса первого реверсивного счетчика, первый и второй выходы которого подключены ко вторым входам, соответственно, седьмого и восьмого элементов И. На чертеже схематически представлено предлагаемое устройство. Устройство содержит информационные входы 1 и 2 устройства, счетчик 3, цифроаналоговый преобразователь ЦАП 4, компаратор 5, элемент И 6, триггер 7, элемент И 8, счетчик 9, формирователь 10 прямоугольных импульсов, блок 11 задержки, реверсивный счетчик 12, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 13, компаратор 14, элементы И 15, 16, реверсивный счетчик 17, генератор 18 тактовых импульсов, пороговый блок 19,элементы И 20-23, элемент ИЛИ 24, Устройство работает следующим обраС увеличением независимой переменной Ux , подаваемой на вход 1, срабатывает компаратор 5. С генератора 18 импульсы через элемент И 6 поступают на вход счетчика 3. На выходе цифро-аналогового преобразователя 4 увеличивается напряжение, которое подается на вход компаратора 5. Происходит уравновешивание схемы. При достижении Оцад некоторого заданного уровня, определяемого пороговым блоком 19, последНИИ вырабатывает потенциал, который подается на раздельный вход триггера 7. Триггер 7 устанавливается в другор состояние. С его выхода на элементы И 8, 20 и 21 поступает разрешающий сигнал. На другой вход элемента И 8 поступают импульсы с выхода элемента И 6. Эти импульсы поступают на счетчик 9, который производит подсчет входных импульсов и при достижении некоторого числа NX вырабатывается импульс напряжения. Этот импульс через формирователь 10 прямоугольных импульсов поступает на блок задержки 11 и элементы И 22, 23. Одновременно с увеличением Ux изменяется Uy,. пода Баемое на вход 2. Уравновещивание следящей системы, состоящей из компаратора 14, элементов И 15, 16, реверсивного счетчика 12 и цифро-аналогового преобразователя 13, происходит аналогично описанному. Отличием в работе данной следящей системы является то, что при Uiwni Uy компаратор 14 разрещает прохождение импульсов на вычитающий вход реверсивного счетчика, а при иц4П; Uy импульсы поступают на суммирующий вход счетчика. С установкой триггера 7 импульсом с порогового блока 19 он разрешает поступление импульсов с выходов элементов И 15 и 16 через элементы И 20 и 21 на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 17. При поступлении импульса с выхода формирователя 10 на входы элементов И 22 и 23 на их выходе будет код, значение которого пропорционально частной производной входной функции Uy...Счетчик 3 вырабатывает импульс напряжения при поступлении на ее вход NX импульсов Nx uUxMUi, где Д Ui-ступенька квантования ЦАП 4 - величина постоянная; AUx-приращение U (изменяющееся плавно без скачка) от момента срабатывания порогового элемента 19 или при дальнейшей работе от момента появления импульса с формирователя 10. На выходе устройства будет код, соответствующий числу импульсов Ny uUr/AUz(2) где 4 Uj-ступенька квантования ЦАП 13 - величина постоянная; AUy-приращение Uy, вызванное изменением Ujc, на величину AUx. После считывания результата вычисления частной производной с помощью элементов И 22 и 23 (для простоты показаноы их два), счетчик 17 сбрасывается в нулевое состояние задержанным импульсом, который поступает с выхода формирователя через блок задержки II. Блок задержки задерживает импульс на время, которое значительно меньше периода повторения импульсов генератора 18. Частота импульсов генератора выбирается достаточно большой, чтобы следящие системы отрабатывали входные сигналы без задержек. В дальнейщем, с изменением Ux на величину AUx, счетчик 9 вырабатывает очередной импульс, и цикл повторяется. Пороговый блок 19 определяет только начальное значение Ux, от которого начинаются вычисления частных производных функции. Выходной код устройства, пропорциональный количеству импульсов счетчика 17 (Ny), при достаточно малом выбранном значении можно считать точным значением частной производной dUy/dUx. Действительно, из выражений (1) и (2) следует Njr/Nx Д Uy Д и, /Д Ux -AUa или Ny K4Uy/-aUc, где К NX uUiluUz - const. при достаточно малом значении d U;, KMUv KdUy/dUx, т.е. на выходе устройства будет код, пропорциональный частной производной входной функции Uy. По сравнению с известными устройствами в предлагаемом устройстве, при вычислении медленно протекающих процессов. точность вычисления выше на 1,7%, кроме того, результат вычисления частной производной представляется в цифровой форме.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ЧАСТНОЙ ПРОИЗВОДНОЙ, содержащее триггер, выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И, выходы которых соединены, соответственно,с первым и вторым счетными входами первого реверсивного счетчика, выходы третьего и четвертого элементов И подключены, соответственно, к первому и второму счетным входам второго реверсивного счетчика, формирователь прямоугольных импульсов, первый цифро-аналоговый преобразователь и два компаратора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены пороговый блок, четыре элемента И, два счетчика, второй цифро-аналоговый преобразователь, блок задержки, элемент ИЛИ и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первым входам третьего и четвертого элементов И и к первому входу пятого элемента И, выход которого соединен с первым входом шестого элемента И и с счетным входом первого счетчика, группа выходов которого подключена к группе входов первого цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом первого компаратора и с входом порогового блока, выход которого подключен к первому установочному входу триггера, выход которого соединен с вторым входом шестого элемента И, выход которого подключен к счетному входу второго счетчика, выход которого соединен с входом формирователя прямоугольных импульсов, выход которого подключен к входу блока задержки и к первым входам седьмого и восьмого элементов И, выходы которых являются выходом устройства, первый информационный вход которого соединен с вторым входом первого компаратора, выход которого подключен к второму входу пятого элемента И, второй информационный в.ход устройства соединен с первым входом второго компаратора, первый и второй выходы которого подключены к вторым входам, соответственно, третьего и четвертого элементов И, вы.ходы которых подключены к вторым входам, соответственно, первого и второго элементов И, вход сброса устройства соединен с входами сброса триггера, первого и второго счетчиков, с первым входом элемента ИЛИ и с входом сброса второго реверсивного счетчика, группа выходов которого подключена к группе входов второго цифро-аналогового СП преобразователя, выход которого соединен СО с вторым входом второго компаратора, выход блока задержки подключен к второму со входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом сброса первого реверсивного счетчика, первый и второй выходы которого подключены к вторым входам, соответственно, седьмого и восьмого элементов И.