Аналоговое вычислительное устройство Советский патент 1989 года по МПК G06G7/20 

СП

о о ел

Од

3150

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для автоматизации косвенных измерений, устранения нелинейности ха; актеристики датчиков, а также вое- произведения заданных нелинейных функций.

Целью изобретения является повышение точности работы устройства и расширение класса решаемых задач.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для реализации полинома 2п-й степени.

Устройство содержит блок 1 умножения, коммутаторы 2-4, блок 5 интеграторов, управляемый инвертор 6, блоки 7.1-7.2П масштабных коэффициентов, сумматоры 8 и 9, блок 10 синхронизации. Период работы устройства состоит из 2п тактов. Рассмотрим, как формируются и чему равны напряжения н выходах интеграторов в установившемся режиме.

Предположим, что функция преобразования перемножителя

Z а +

,.

(1)

тегратора 5.1 не изменяется. Напряжение на выходе интегратора 5.1 меняется от периода к периоду до тех пор, пока сумма приращений за оба такта не станет равной нулю. С учетом (2) и (3) получим

„ te jr

а (t)cit 5 а

с

и

6ИХ 5. 1

(t) o)t

(4)

Предположим, что за два такта работы входные сигналы изменяются мало. Тогда выходное напряжение интегратора 5. 1

Х2

-

и

(5)

сл

где черта сверху означает среднее значение.

Из выражения (5) следует, что на выходе интегратора 5.1 получено напряжение, пропорциональное квадрату входного напряжения, причем его величина не зависит ни от аддитивной погрешности блока 1 умножения, ни от его коэффициента передачи.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для автоматизации косвенных измерений, устранения нелинейности характеристики датчиков, а также воспроизведения заданных нелинейных функций. Цель изобретения - расширение класса решаемых задач и повышение точности работы устройства. Аналоговое вычислительное устройство содержит блок 1 умножения, три коммутатора 2-4, блок 5 интеграторов, управляемый инвертор 6, блоки 7.1-7.2N масштабных коэффициентов, два сумматора 8 и 9, блок 10 синхронизации. В устройстве имеет место компенсация аддитивной и мультипликативной погрешностей блока 1 умножения, а на выходе второго сумматора 9 формируется напряжение, пропорциональное полиному степени 2N от входного сигнала. Коэффициенты полинома задаются блоками 7 масштабных коэффициентов на входах сумматоров. 1 ил.

где

а

Аналогично рассмотрим, как форми- аддитивная погрешность бло- зо руется напряжение на выходе i-ro

ка 1 умножения; К - коэффициент передачи блока 1 умножения;

и,,и - напряжения на входах блока 1 умножения.

Тогда в первом такте приращение напряжения на выходе интегратора 5.1 (выходное напряжение блока 1 умножения не инвертировано) равно

dU

Sbfx S

1 а + К,и

.-ilT

811«

интегратора 5.1

to(5i-OT

SI-, (t)xU)c/t

(6)

- напряжение с выхода предыдущего интегратора

35 Де и

еиж 5.1-1

А в следующем такте

ли

бык

о

5, а + (t)dt , (2)

to где X(t) - напряжение с входной шины; Т - длительность такта работы устройства;

начало периода работы устройства.

В следующем такте приращение напряжения на выходе интегратора 5.1 (выходное напряжение блока 1 умножения инвертировано)

.«1Т

ли

вик у.Г

a-bK,U,U,,,,5,(t)cit, (3)

где и on опорное напряжение;

jCt) - напряжение на выходе инте

гратора 5.1. За остальную часть периода работы устройства напряжение на выходе ин-,

dU

Sbfx S

1 а + К,и

.-ilT

811«

интегратора 5.1

to(5i-OT

SI-, (t)xU)c/t,

(6)

- напряжение с выхода предыдущего интегратора

5 Де и

еиж 5.1-1

А в следующем такте

и

еыг Si

I ,,,s, (t).

t(a;-i)

(7)

Так как напряжение на выходе интегратора 5.1 меняется от периода к периоду до тех пор, пока сумма приращений за оба такта не станет равной нулю, то, учитывая (6) и (7) и предположив, что за два такта работы входные сигналы изменяются мало, получим

и

8ИХ 5,

и snj 1-, X

иГп

(8)

Так как известно вьфажение (5), можно переписать выражение (8) в виде

.

55

и

вИХ 5.1

U

(9)

Если выбрать величину опорного напряжения

Uon 1,(10)

то выражение (9) примет вид

., (11)

Следовательно, на выходах интеграторов, кроме интегратора 5п, формируется напряжение, пропорциональное определенной степени входного сигнала. Причем на результат возведения в степень не оказывает влияния ни аддитивная, ни мультипликативная погрешности блока 1 умножения. Эти напряжения подаются через блок 7 масштабных коэффициентов на первый сумматор 8, на выходе кото{)ого формируется напряжение

а.„ Х-ьа,.,Х

.+а,

X

(12)

где - коэффициент передачи блока масштабных коэффициентов, на который подается напряжение, пропорциональное i-й степени входного сигнала.

Рассмотрим теперь, как формируется выходное напряжение интегратора 5п. Во время (2п-1)-го такта приращение напряжения на выходе интегратора 5п будет следующим; в(1п-0т

и и

бич S

.,

и (tildt.

1 вКкУ.(1-Г t,(ln-i)T

Во время 2п-го такта приращение напряния составляет

4,2пТ J

/Зи.

.

Как и в предыдущих

(c)U,,Jrit

вих f.n

случаях, напря- жение на выходе интегратора 5п изменяется от периода к периоду до тех пор, пока сумма приращений не станет равной нулю. Учитывая (13) и (14) и предположив, что за время двух тактов работы устройства пермножаемые напряжения изменяются мало, получим

и

- У1%-У и„

ви« SP

Подставив в получим

( X-fa . . .+а п

(15)

и

(15) выражения (11) и (12

х)х

ВЪ|« 5п

и,

..

X +а,

а,.„Х

.(16)

Чп п

л 1 X п г X + Так как на,входы второго сумматора 9 через блок 7 масштабных коэффициентов поступают напряжения, пропорциональные разным степеням входного сигнала, а также сигнал с выхода интегратора 5п, то на выходе второго сумматора 9 формируется напряжение

а,Х

+ а

6

. . .

а,пХ

In

(17)

Следовательно, на выходе второго сумматора 9 формируется напряжение, полученное при вычислении заданного масштабными коэффициентами полинома степени 2п.

Необходимо отметить, что точность вычисления полинома не зависит от мультипликативной и аддитивной пог- реигностей блока 1 умножения.

Формула изобретения

15

0)30

4)

2),

)

Аналоговое вычислительное устройство, содержащее блок синхронизации, блок умножения, три коммутатора, блок из п (где п 1,2...) интеграторов,

20 входы которых соединены с соответствующими выходами третьего коммутатора, а выход j-ro интегратора блока из п интеграторов (где j 1,2, ...,п-1) подключен к 2j-My и (2J+1)25 му информационным входам второго коммутатора, выход которого соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого подключен к выходу первого коммутатора, нечетные инфор- мршюнные входы которого, за исключением последнего нечетного информа- ционног о входа, объединены и соединены с информационным входом устройства, а четные и iфopмaIJ, входы объединены и соединены с входом задания опорного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения класса решаемых задач, в него введены управляемый инвертор, 2п блоков масштабных коэффициентов и два сумматора, причем выход блока умножения подключен к информац;1онному 1;ходу управляемого инвертора, выход которого

д5 соединен с информацией иным входом

третьего коммутатора, выход j-ro интегратора блока из п интеграторов через соответственно (+1)-й и ()-й блоки масштабных коэффициентов соеди- 50 н (j+1)-MH входами первого и второго сумматоров, выход п-го интегратора блока из п интеграторов подключен к 2п-му информационному входу второго коммутатора и к (п+1)-му вхо55 ДУ второго сумматора, выход которого является выходом устройства, выход первого сумматора подключен к последнему нечетному информа1Ц1онному входу первого коммутатора, первый

35

40

1506А56 7о

информационный вход второго комму-хронизации соединен с управляющими

татора соединен с информационным вхо-входами первого и второго коммутадом устройства, который соответст-торов и с входом управления знаком

венно через первый и (п+1)-й блокиуправляемого инвертора, второй вымасштабных коэффициентов соединен сход блока синхронизации соединен с

первыми входами первого и второгоуправляющим входом третьего коммусумматоров, первый выход блока сии-татора.