Устройство для выполнения арифметических коммутативных операций Советский патент 1986 года по МПК G06G7/12 

Изобретение относится к вычислительной технике и .может быть исполь ,зовано в аналоговых вычислительных системах, машинах и устройствах, а также в устройствах управления и регулирования разнообразного назначения .

Целью изобретения является распш рение функциональных возможностей устройства путем обеспечения непрерывного управления выполняемыми операциями.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства для случая, когда число информационных входов равно трем.

Устройство содерзкит первую групп универсальных функциональных преобразователей 1, группу двухвходовых сумматоров 2. вторую группу универсальных функциональных преобразователей 3, многовходовый сумматор 4, дополнительный универсальный функциональный преобразователь 5, дополнительный двухвходовьй сумматор 6, универсальный функциональный преобразователь 7 и инвертор 8, соединенные по приведенной схеме.

Рассмотрим работу устройства на примере настройки универсальных функциональных преобразователей 1 и 5 на воспроизведение гиперлогарифмических, а преобразователей 3 и 7 гиперэкспоненциальных функций.

На информационные входы 9-11 (X ,, у и 2 ) устройства поступают сигналы, над которыми необходимо выполнить коммутативную обобщенную операцию,, например просуммировать их или перемножить. Значение ступени коммутативной обобщенной операции задается по входу 12 задания вьшолняемой операции (ot), причем сложению, т.е. первой ступеьш, соответствует нулевое значение сигнала на входе 12, а умножению, т.е., второй ступени, - единичное значение сигнала. Ступени oi +1 соответствует значение сигнала ot . Входные сигналы можно считать положительными. Ступень операции может быть равна 2 или ниже, включая отрицательны значения. Если ступень выше 2, то входные сигналы должны удовлетворят дополнительным условиямj ограничивающим их снизу. Так, при ступени 3 входные сигналы должны быть не меньше единичного положительного значе

5

0

5

0

5

0

ния. При ступени, равной 4, сигналы должны быть не меньше е 2,71828 и т.п. При ступени ниже 2 входные сигналы могут принимать и отрицательные значения, а при ступени 1 и ниже ограничений на входные сигналы нет. Функциональный преобразователь для воспроизведения гиперлогарифмической зависимости преобразует сигнал, давая на выходе сигнал, равньш гиперлогарифму от сигнала на входе. Функция гиперлогарифма может быть определена функциональным уравнением giplnx gipln(ln х) + 1, (1)

где gipln X - обозначение для гиперлогарифмической функции ,

1п л - натуральный логарифм, В классе аналитических функций гиперлогарифмическая функция олреде- ляется однозначно. При реализации гиперлогарифмических функциональных преобразователей можно воспользоваться методом сплайн-функций, задав функцию-только на интервале О, 11 а вне этого интерва,ла определять значение функции из функционального уравнения (1) путем предвари-тельного логарифмирования или экспоненцирова- ния аргумента нужное число раз для приведения его к интервалу О, lj . На интервале Го, Л гиперлогарифмическая функция может быть задана в виде полинома с любой требуемой степенью точности. Так, при использовании степени полинома п 10 на интервале О, lj гиперлогарифмическая функция может быть вычислена по формуле

0

5

giplnx 0,9161324502954-х + +0,2488641006781 Х2+ +(-0,1118364223775)-ХЭ- 0,0931585984031х + +0,0139505408541-х + +05,0368895758333- х - -0,0001945930294 Х - -0,0176724455840 +0,00818690133б 23 х - -0,0011615096029 -х .

Это выражение получено из условия Непрерывности функции и ее производных вплоть до девятого порядка в точках склейки сплайн-функции.

Гиперэкспоненциальные преобразователи 3 и 7 выполняют преобразование, обратное преобразованию блоков 1 и 5.

Если сигнал на входе 12 устройства равен нулю, то сумматоры 2 и дополнительный сумматор 6 выполняют тождественное преобразование, и поэтому сигналы на соответствующих входах сумматора 4 равны соответствующим сигналам на входах 9-11 устройства, а сигнал на выходе 13 устройства равен сигналу на выходе сумматора 4 и поэтому равен сумме входных сигналов. При этом гиперлогарифмические преобразования в преобразователях 1 и 5 нейтрализуются гиперэкспоненциальными преобразованиями в преобразователях 3 и 7 соответственно. Устройство в целом работает в режиме сумматора.

Если сигнал 06 на входе 12 равен единичному значению, то после гиперлогарифмирования входных сигналов в преобразователях 1 сигналы с их выходов уменьшены на единицу в сумматорах 2, после чего они подвергаются гиперэкспоненцированию в преобразователях 3. Из функционального уравнения (1) видно, что при этом все цепочки из преобразователей 1 и 3 и сумматоров 2 в целом осуществляют операции логарифмирования входных сигналов. При этом на выходе сумматора 4 получается сумма логарифмов входных сигналов устройства, а на выходе устройства получается произведение входных сигналов, так как цепочка преобразователей 5 и 7 и сумматора 6 дает операцию, обратную логарифмированию (формула (1) при ).

I Если сигнал oi на входе 12 равен 2, то цепочки из преобразователей 1 и 3 и сумматоров 2 в целом выполняют операцию двойного логарифмирования, а цепочка из преобразователей 5 и 7

и сумматора 6 дает операцию двойного экспоненцио нирования.В итоге устрой- во в целом выполняет операцию возведения в степень. Если х и у - сигналы на двух входах, а z сигнал на выходе устройства, то

iO

Z X

лу Епх

При дробных значениях сигнала об на-входе 12 устройство вьшолняет соответствующие промежуточные коммутативные операции. Так, при значении сигнала с 0,5 выполняется опера-, ция, средняя между сл:ожением и умножением. Использование таких операций (нецелых ступеней), расширяет возможности аналитического огшсания физических процессов, позволяет использовать в системах управления и регулирования более широкий класс функций и непрерьшно управлять структурой регуляторов и других подобных устройств.Так,использование последовательного соединения ряда элементов или блоков с заданными передаточными функциями в каналах регулирования позволяет получить результирующую передаточную функцию в виде произведения операторных коэффициентов передачи отдельных звеньев, а параллельное соединение каналов дает сложение передаточных функций отдельных каналов. Таким образом, операции, промежуточные между умножением и сложением, соответствуют структурам, промежуточным между последовательньм и параллельным соединением, причем переход от одних структур к другим может осуществляться непрерывно.

Составитель А.Маслов- Редактор О.Юрковецкая ТехредOl-MMKem

8419/53 Тираж 709Подписное

О

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5

Филиал ШШ Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Корректор И.Эрдейи