Кусочно-нелинейный функциональный преобразователь Советский патент 1990 года по МПК G06G7/26 

и J. PJ(UX)UVOJ .u (ux-uXOJ)S (1)

Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение, в частности, при моделировании широкого класса нелинейных зависимостей. Целью изобретения является повышение точности, быстродействия и расширение класса воспроизводимых функций. Функциональный преобразователь содержит генератор 1 синусоидального напряжения, два сумматора 2 и 9 с программируемыми коэффициентами передачи, два блока 3 и 5 выделения модуля, формирователь 4 стробирующих импульсов, усилитель-ограничитель 6, фазочувствительный выпрямитель 7, фильтр 8 нижних частот и блок 10 пороговых элементов. Принцип действия преобразователя основан на кусочно-нелинейной аппроксимации нелинейностей участками центральных кривых второго порядка. Исключение из структуры преобразователя контура автоматического регулирования, содержащего управляемый фазовращатель, выпрямитель и фильтр, позволяет повысить быстродействие и точность. Реализация аппроксимирующей функции, содержащей дополнительный член, позволяет повысить точность аппроксимации и расширить класс воспроизводимых функций. 5 ил., 2 з.п. ф-лы.

Г 1,если UX., где/) |osecjIH ,Ux Uxj+1и,

...и

...и

XJ

х m

U

переключательная функция;

- напряжения срабатывания пороговых элементов, соответствующие границам участков воспроизводимой кусочно-нелинейной зависимости;

xoj usoj параметры воспроизводи- CpKj.Uwj мой кривой на j-м участке.

В точках сопряжения участков происходит дискретное изменение указанных параметров.

При С уравнение (1) соответствует на J-M участке уравнению эллипса, где Uxo: ,U - напряжения, определяющие положение центра эллипса; UdjH bj jU «j полуоси эллипса.

Введение дополнительного члена C:UX в уравнение эллипса позволяет выполнить деформацию эллипса вдоль оси аргумента, что дает возможность повысить точность такой аппроксимации, расширяет ее функциональные воз можности.

Преобразователь работает следующим образом.

0

5

с

5

На выходе сумматора 2 формируется напряжение U x Ux ,, где Ux - напряжение входного сигнала„ Для этого по первому входу устанавливается коэффициент передачи, равный единице, по второму - равный UXO-/U0, где напряжение источника опорного напряжения .

Поскольку напряжение U х является двуполярным, для обеспечения однозначности работы формирователя 4 на выходе сумматора 2 включен выделитель 3 модуля. По этой же причине напряжение генератора синусоидального напряжения У2 Upsinwt поступает на второй сигнальный вход формирователя 4 через другой выделитель 5 модуля.

При равенстве напряжений на сигнальных входах формирователя 4 срабатывает компаратор 11. Для того, чтобы обеспечить двухполупериодное фазо- чувствительное выпрямление выходные импульсы компаратора Ux поступают на тактовый вход триггера 12, который делит частоту следования импульсов компаратора 11 пополам. Последовательность выходных импульсов U фен формирователя 4 показана на фиг „5с, Для синхронизации триггера 12 с генератором 1 на управляющий вход триггера подается синхронизирующий импульс

51

с выхода усилителя-ограничителя 6, эпюра которого приведена на фиг.5. Откуда видно, что передний фронт импульса на выходе формирователя 4 может появиться только в положительный полупериод синусоидального напряжения генератора 1. Длительность стро- бирующих импульсов формирователя 4 равна полупериоду синусоидального напряжения . Выходные импульсы формирователя 4 поступают на управляющий вход фазочувствительного выпрямителя 7, на выходе которого формируется напряжение и,,чв, показанное на фиг.5.

С учетом функциональной характеристики фазочувствительного выпрямителя 7 на выходе фильтра 8 низких частот устанавливается напряжение

u,-f

иг|7- |usl

Выражение (2) определяет ординату точки, лежащей на окружности радиуса |U в системе координат XOY, совпадающей с центром окружности, со ответствующей заданному значению U-. Напряжение U-, в свою очередь, равно входному сигналу 1)у приведенного к системе координат XOY (фига4).

Масштабируя напряжение U в К( раз и суммируя с напряжением C.-UX в соответствии с (1) с помощью сумматора 9, получают на его выходе напряжение U, описываемое уравнением (1).

Рассмотренный режим работы преобразователя обеспечивает воспроизведение одной четверти эллипса (фиг„4) однако учитывая симметрию эллипса относительно оси OY, получаемое на выходе преобразователя напряжение соответствует какому-либо одному корню уравнения (1) - верхней или нижней полуокружности. Выбор требуемого корня обеспечивают соответствующей настройкой сумматора 9. Полное воспроизведение эллипса обеспечивается соответствующей настройкой блока 10 пороговых элементов и выходного сумматора 9: изменение воспроизводимого корня уравнения эллипса должно происходить в крайних точках диапазона изменения аргумента U в системе главных осей эллипса XOY (точки перегиба UX,H UXl).

При реализации кусочной аппроксимации происходит дискретное изменени коэффициентов передачи сумматоров 2

5629406

и 9 при достижении напряжений срабатывания пороговых элементов. Напряжения срабатывания Ux; определяются выбранным разбиением диапазона изме-j нения аргумента функции на участки кусочной аппроксимации.

В сумматоре с программируемыми коэффициентами передачи (фнг.З) цифро- ю вой код с выхода блока 10 пороговых элементов, содержащий информацию о номере участка кусочной аппроксимации, соответствующего величине входного сигнала, поступает на управляю15 щие входы сумматора, которые соединены с адресными входами блоков 13 и 14 памяти. Выходы указанных блоков памяти соединены с цифровыми входами умножающих цифроаналоговых преобразо20 вателей 15 и lb, В блоки памяти занесена информация о величине и знаке коэффициентов передачи цифроаналоговых преобразователей, умножающие входы которых являются входами соотнесет25 вующих слагаемых сумматора с программируемыми коэффициентами передачи. Выходные сигналы цифроаналоговых преобразователей суммируются усилителем 17, выход которого является вы30 ходом сумматора с программируемыми коэффициентами передачи.

В функциональном преобразователе одна из полуосей воспроизводимого эллипса остается неизменной и равной

35 luo,j 1 VI что сделано для упрощения понимания принципа его работы. При практической эксплуатации преобразователя изменение указанной полуоси может быть выполнено, например,

40 неявным образом путем масштабирования входного сигнала.

В данном функциональном преобразователе отсутствует контур автоматического регулирования, включающий фазо45 чувствительный выпрямитель, фильтр нижних частот, управляемый фазовращатель, что существенно упрощает схему преобразователя, позволяет повысить быстродействие устройства, его точ50 ность.

Введение в воспроизводимое уравнение (1) дополнительного члена позволяет выполнить деформацию эллипса вдоль оси аргументов, что обеспечива- 55 ет дополнительные функциональные возможности предлагаемого устройства, позволяет повысить точность реализуемой аппроксимации по сравнению с известным устройством.

Формула изобретения

1„ Кусочно-нелинейный функциональный преобразователь, содержащий блок пороговых элементов, подключенный входом к входу преобразователя, а выходами - к управляющим входам двух сумматоров с программируемыми коэффициентами передачи, первый из которых соединен входом первого слагаемого с выводом преобразователя, а входом второго слагаемого - с шиной ввода опорного напряжения и входом первого слагаемого второго сумматора с програм- мируемыми коэффициентами передачи, выход которого является выходом преобразователя, а вход второго слагаемого подключен к выходу фильтра нижних частот, соединенного входом с выходом фазочувствительного выпрямителя, генератор синусоидального напряжения и формирователь стробирующих импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и расширения класса воспроизводимых функций, в него введены два блока выделения модуля и усилитель-ограничитель, причем выход первого сумматора с программируемыми ко- эффициентами подключен через первый блок выделения модуля к первому сигнальному входу формирователя строби- рующих импульсов, соединенного вторым сигнальным входом с выходом второго блока выделения модуля, управляющим входом с выходом усилителя-ограни- чителя, а выходом - с управляющим входом фазочувствительного выпрямителя, подключенного сигнальным входом к вы- ходу генератора синусоидального напряжения и входам второго блока выде

Ј0

..и

Фиг.г

ления модуля и усилителя-ограничителя, а вход третьего слагаемого второго сумматора с программируемыми коэффициентами передачи соединен с входом преобразователя.

и второй входы которого соединены с первым и вторым сигнальными входами формирователя стробирующих импульсов соответственно„

3,Преобразователь по п.1, о т - личающийся тем, что каждый сумматор с программируемыми коэффициентами передачи содержит выходной суммирующий усилитель, п блоков коэффициентов передачи (где п - количество слагаемых) и п умножающих цифроаналоговых преобразователей, причем каждый блок памяти коэффициента передачи подключен адресными входами к управляющим входам сумматора с программируемыми коэффициентами передачи, а выходами - к цифровым входам соответствующего умножающего циф- роаналогового преобразователя, соединенного аналоговым входом с входом соответствующего слагаемого сумматора с программируемыми коэффициентами передачи, а выходом - с входом выходного суммирующего усилителя.

Выход

exodt

andt

К8ПЭЮ

Фигз

i-рц-pa

M

iM

(AAAj

UY

Фиг. 4

pa

i

iMM ,

II

I I