Множительное устройство Советский патент 1988 года по МПК G06G7/16 

11А

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.

Целью изобретения является повьше- ниё точности работы устройства,

На фиг.1 приведена схема множительного устройства; на фиг.2 - схема блока управления.

Множительное устройство (фиг.1) содержит блок 1 умножения, блоки 2 и 3 коррекции, каждый из которых - включает в себя переключатель 4, сумматор 5, блоки 6 и 7 масштабных коэффициентов, квадратор 8 и блок 9 управления.

Блок 9 управления (фиг.2). содержит первый, второй и третий элементы 10-12 памяти соответственно, первый, второй, третий и четвертый ключи 13- 16.соответственно, дифференциальный усилитель 17, генератор 18 импульсов распределитель 19 импульсов, входной резистор 20. -

Работа множительного устройства основана на следующем.

Выходной сигнал реального множительного устройства может быть с достаточно высокой точностью представлен выражением z a+bx+cy+dx-y+ex2 +f у gx y+hxy +

+ рх2у2,(1)

где X и у - значения перемножаемых

аналоговых сигналов; a,b,c,d,e, ,p - коэффициенты.

На практике достаточно просто исключить погрешности, обусловленные 1-3 членами и отличием масштабного коэффициента d от 1. Перекрестные связи между входами позволяют исключить 5 и 6 члены, однако погрешности обусловленные 7-9 членами, при этом не исключаются. Это в большинстве случаев не позволяет получить погрешность мнох ительных устройств менее 0,2-0,4%.

Положим Z(х+лх)(у+йу); лх ,+ ;х+1,

«к n+ p it +iSiK ;

+ y oi.2K+ Угк где Z - выходной сигнал перемножителя; X,Y - значения входных сигналов;

Лх, ду - погрешности, приведенные к входам X и у;

(4)

(5)

(2) (3)

(6)

15

20

.„

25

,

30

к УК поправки, компенсирующие погрешности X и у;

( i)

KI - погрешности смещения, масштабирования и от нелинейности; ,2;

jf,- - поправки, компенсирующие соответствующие погрешности.

Зададим у,0, , тогда из (2) при

1к .., (V)

имеем

. .(8)

Пусть входной сигнал X принимает значения и , а t соответствует (7), тогда изменяя у, установим . ,(9)

где Z и знaчeнияZпpи , и , , из (9), с учетом (2)-(6) име ем

«.. V V (10) I

Учитывая, что выражение (2) симметрично для переменных X и Y, можно подобно (7) и (10) записать условия, при которых исключается- влияние погрешностей at и у .

21 Лвб,

(11)

(12)

40

гк t г - Гг1 - 4у.

Условие, при котором Z не зависит от значений - и .можно найти с учетом (7), (10) и (11), (12) следую- щим образом.

Задают , У и, изменяя одно из значений f, или оба сразу, устанавливают

,(13)

откуда находят с учетом (2)-(6)

Х-Р4К+Ха-.. 1) Значения , , Ду в (7) ,

(10)-(14) много меньше значений d, }, , поэтому ими можно пренебречь. Сопоставляя (1) и (2), найдем

g,(i-f 2); (15)

();

Р ГУг Устройство для осуществления опи50 санного алгоритма работает следующим

образом.

В первом такте на выходе переклю- , чателей 4 блоков 2 и 3 коррекции ус-г танавливаются сигналы и 55 Блок 9 управления изменяет смещение на четвертом входе сумматора 5 блока 2 до тех пор, пока выходной сигнал блока 1 умножения не станет равным

45

- 1439628

м выполняется соотноше- ввохянтся потгравка it

Ik

2. 9.

Значение d. заблокаблоке

такте под действием сиг- переключатели 4 блоков иваются во второе поло- одах переключателей 4

по су уч ся

по ме ил пе

действуют сигналы соответственно и ,

Блок 9 управления изменяет смещение olj на четвертом входе сум {ато- ра 5 блока 3 до тех пор, пока выходной сигнал Z не станет равным нулю, при этом выполняется соотношение (11) значение смещения запоминается в блоке 9,

В третьем такте переключатели 4 блоков 2 и 3 под действием сигнала с блока 9 устанавливаются в положение, при котором на входах перемножителя 1 действуют сигналы , и

.Блок 9 управления изменяет значения коэффициентов передачи блоков 6 до момента, когда выполняется соотношение (13)

Z ,Z

m

где

z третий опорный сигнал.

При этом вводится поправка на значение масштабного коэффициента- блр- ка 1 умножения.

Значение поправки к масштабному коэффициенту блока 1 умножения запоминается в блоке 9.

В четвертом такте на выходах переключателей 4 блоков 2 и 3 устанавливаются сигналы х Х2 и у, у., , Величина Х периодически принимает значения Х или -Xj,

Блок 9 управления, d5yнкции которого в частном случае может выполнять оператор, изменяет коэффициент передачи блока 7 до тех пор, пока среднее за период значение Z не станет равным нулю. При этом выполняется соотношение (10), т.е. вводится поправка Уц х в сумматор 5 блока 2.

Подобным образом в пятом такте вводится поправка у, Y в сумматор 5 блока 3, при этом соответственно устанавливаются сигналы на выходах переключателей 4 х,,-х и личина у периодически принимает значения +у. или -у . Достигнутые значения коэффициептов передачи блоков 7 фиксируются до следующей коррекции.

--

,

10

20

25

.

В шестом такте переключатели 4 подключают сигналы X и Y к входам сумматоров 5 и на выходе блока 1 с учетом введенных поправок реализуется соотношение .

Процесс коррекции периодически повторяется, поэтому изменение параметров блока 1 умножения во времени или от температуры автоматически компенсируется.

Затраты времени на коррекцию много меньше (в 100-1000 раз) по сравнению с интервалом между коррекциями, g Влияние коэффициентов у и на порядок меньлге, чем влияние ,- или f,., поэтому коррекцию погрешностей и г. достаточно осуществлять один раз вручную, например, перед началом эксплуатации.

Автоматически повторяются только первый, второй, третий и шестой такты.

Введение автоматической коррекции позволяет снизить погрешности от - времени и старения, делает возможным вьщеление и компенсацию погрешностей от нелинейностей третьего порядка.

Одной из наиболее целесообразных областей применения устройства являются многоканальные измерительные системы. При этом затраты времени на коррекцию могут соответствовать затратам времени на перемножение сигналов по одному из каналов.

Принцип действия блока управления (фиг.2) следующий. Управление ключами 13-16 и переключателями 4 блоков 2-3 осуществляется сигналами от распределителя 19 импульсов, тактируемого генератором 18. В первом такте открыт ключ 13, а остальные ключи блока 9 закрыты. Сигнал смещения ai с.выхода элемента 10 памяти, работающего в режиме записи, поступает на четвертьй вход сумматора 5 блока 2, выходной сигнал Z блока 1 поступает на первый вход усилителя 17. Так как блоки 5,1,17,13 и 10 образуют следящую cиcтe гy с отрицательной обратной связью, обрабатывающую сигнал на втором входе усилителя 17, то в установившемся режиме получим сигнал . После окончания первого такта ключ 13 закрывается и 55 элемент 10 памяти переходит в режим хранения, при котором сигнал of на

30

35

40

45

50

выходе элемента не меняется.

10 памяти практически

Аналогичным образом производится отработка сигнала действующего на выходе элемента 11 .памяти, при этом на время отработки закрыты все ключи, кроме ключа 14. После окончания такта ключ 14 закрывается и элемент 11 памяти переходит в режим хранения. Отработка управляющего сигнала для блоков 6 производится следующим образом. Блоки 6,5,1,17,15 и 12 образуют следящую систему, от- рабатывающую отклонение сигнала Z с выхода перемножителя от опорного значения Z, которое поступает на второй вход дифберенциального усилителя 17 через ключ 16. Все ключи, кроме ключей 15 и 16, при этом закрыты. В установившемся режиме сигнал на выходе элемента 12 памяти имеет величину, при которой коэффициент передачи множительного устройства равен номинальному значению. После окончания такта значение управляющего сигнала запоминается в элементе 12 памяти.

Требования к точности задания корректирующих сигналов не велики, учи- тьшая, что компенсируются малые сигналы-погрешности порядка 0,2-1,0%. Коэффициент петлевого усиления следящей системы может быть порядка 10- 100, что позволяет реализовать блок 9 достаточно просто.

Формула из об р е т е н и я

Множительное устройство, содержащее блок умножения, выход которого является выходом устройства, и первы и второй блоки коррекции, каждый из которых содержит два блока масштабных коэффициентов и сумматор, первый и второй входы которого подключены к выходам соответствующих блоков масштабных коэффициентов, а выход подключен к одному из входов блока умножения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности в него введены блок управления, выполненный в виде первого, второго и третьего элементов памяти, первого, второго, третьего и четвертого ключей, дифференциального усилителя, между первым входом которого и шиной нулевого потенциала включен входной резистор, генератора импульсов и распределителя импульсов, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а первый, второй и третий выходы подключены к управляющим входам соответствующих ключей, которые включены медэду выходом дифферен5 циального усилителя и входами соответствующих элементов памяти, четвертый ключ блока управления включен между первым входом дифференциального усилителя и входом задания опорноQ го сигнала, а его управляющий вход соединен с третьим выходом распределителя импульсов, а первый и второй блоки коррекции дополнительно содержат квадратор и переключатель, четы5 ре информационных входа каждого из которых соединены соответственно с шиной нулевого потенциала, с одним из входов устройства и с двумя входами задания опорных сигналов, управ0 ляющие входы переключателей подключены соответственно к четвертому и пятому выходам распределителя импульсов блока управления, а выходы - к третьим входам соответствуюш,их сумматоров и к информационным входам первых блоков масштабных коэффициентов, подключенных управляющими входами выбора коэффициента к выходу третьего элемента памяти блока управления, четвертые входы сумматоров первого и второго блоков коррекции соединены с выходами соответственно первого и второго элементов памяти блока управления, второй вход дифференциального . усилителя которого подключен к выходу блока умножения устройства, квадраторы в из блоков коррекции включены между выходом переключателя и информационным входом второго блока масштабных коэффициентов.

5

0

5

«3

Фиг.:

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах. Цель изобретения - повьппение X, Хг точности работы устройства. Множительное устройство содержит блок умножения 1, блоки коррекции 2 и 3, каждый из которых имеет переключатель 4, сумматор 5, блоки масштабных коэффициентов 6 и 7 и кадратор 8, и блок управления 9. Блок управления содер-. жит элементы памяти, ключи, дифференциальный усилитель, генератор импульсов, распределитель импульсов, входной резистор. Достижение поставленной цели обеспечено благодаря введению в устройство блока управления, двух переключателей и двух квадраторов, а также новым свяЭям мезвду составными элементами. 2 ил. е (Л Фае. Г