Генератор степенных функций Советский патент 1978 года по МПК G06G7/20 

Предлагаемое устройство относится к области аналоговой вычислительной техники и может быть использовано при экспериментальном определении динамических характеристик непрерывных и дискретных систем автоматического контроля, регулирования и управления. Известны генераторы функций, состоящие из нелинейного элемента, функциональ ных преобразователей на операционных усилителях, к которым подключены соединенные параллельно двухвходоы те диодные элементы, входы которых подключены к источнику инвертированного входного сигнала ij . К недостаткам этого устройства следует отнести сложность и большую погреш ность, которая определяется тем, что применяется кусочно-нелинейная аппроксимация для воспроизведения заданной функции и наличием диодно-резистивных элементов. Наиболее близким по технической сущности к предложенному является генератор степенных функций, содержащий основной интегратор, выход которого через компаратор и детектор нуля подклниен соответственно ко входам блока упр авления, связанного с управляющими входами ключей, включенных между источниками опорных напряжений и входом интегратора, и функциональные ячейки, каждая из которых состоит из двух интеграторов и входных, выходных и разрядных ключей, связанных управляющими входами с выходом блока управления, выходы входных ключей подключены ко входу интеграторов, между входами и выходами которых включены разрящные ключи, а выходы интеграторов через выходные ключи связаны со входами сумматора . К недостаткам этого устройства относятся погрешности, обусловленные наличием фильтра на выходе устройства и невозможность воспроизведения нескольких функциональных зависимостей одновременно. 3ол Полью настоящего изобретения явля(Утся повышение точности и расширения частотного диаГ1азона воспроизводимых степенных функций. В предлагаемом изобретении эта цель достигается тем, что генератор степенных функций содержит дополнительный сумматор, а в каждую функциональную ячейку введен инвертор, причем выход основного интегратора соединен с одним из входов дополнительного сумматора, и с входными ключами первой функциональной ячейки непосредственно и через введенный инвертор, другие входы дополнительного сумматора связаны с выходами сумматоров функциональных ячеек, каждый из которых непосредственно и через соответствующий инвертор соединен с входными ключами последующей функциональной ячейки. На фиг. 1 дана структурная схема генерптора степенных функций; на фиг. 2 и З-эпюрьг напряжений характерных точек схемы. Генератор степенных функций содержит ключ 1, вход которого подключен к источнику опорного напряжения и ключ 2, вход которого подключен к другому источнику опорного напряжения - Tip , полярность которого противоположна первому. Выходы ключей 1 и 2 соединены со входом интегратора 3, выход которого на гружен на первый вход компаратора 4, ко второму входу которого подключается напряжение TJ« , и на детектор нуля 5, а также на первую функциональную ячейку (ФЯ ). Выходы компаратора 4. и детектора нуля 5 соединены с блоком управления 6, выход которого соединен со вторыми входами ключей 1 и 2, а также нагружен на входы всех ключей функциональ ных ячеек,ФЯ содержит инвертор 7, вход которого вместе со входом входного ключа 8 соединены с выходом интегратора 3 а выход инвертора 7 нагружен на входной ключ 8. Выходы выходных ключей 8 и 9 соединены со входами интеграторов 1О и 11, между входами и выходами кото- рых включены разрядные ключи 12 и 13. Выходы интеграторов 10 и 11 соединены со входами выходных ключей 14 и 15, выходы которых нагружены на сумматор 16. Выход блока управления 6 соединен со входами ключей 8,9,12,13,14 и 15 первой функциональной ячейки. Состав и связи последующих функцио.нальных ячеек аналогичны ФЯj, описанной вьоие, причем вход каждой последующей функционально ячейки соединен с выходом сумматора П1 едыдушей ФЯ, а выход сумматора 17 последней ФЯ нагружен еще на инвертор 18. Все выходы сумматоров функциональных ячеек подключены к дополнительному сумматору 19. Работа устройства .-заключается в следующем. Положим для определенности, что в исходный момент времени состояние блока управления 6 таково, что он открывает ключ 2 и закрывает ключ 1 на фиг. 2 о. При этомток от источника опорного накряженияНо через ключ 2 поступает но вхол интегратора 3 и обеспечивает возрастание напряжения на его выходе, которое непрерывно поступает на компаратор 4 и детектор нуля 5. На вход компаратора 4 также поступает напряжение компарирования ТГ ) . В момент равенства этих напряжений ( t. J на фиг. 2а) срабатывает компаратор 4 и в ыдает импульс на блок управления 6, который закрывает ключ 2 и открывает ключ 1на входе интегратора 3, при этом на его вход начинает поступать напряжение от источника опорного напряжения + UQ , разряжая интегратор 3 от и до нуля. В момент t срабатывает детектор нуля 5 и выдает импульс на блок управления 6, который вновь открывает ключ 2 и закрывает ключ 1 и процесс повторяется. На выходе интегратора 3 получим ITfldt где г - постоянная интегратора, В случае, когда неизменяемым параметром является не время интегрирования ti , а уровень компарирования Ц-ц, выходное напряжение интегратора 3 йыхз кВыходное напряжение интегратора 3 поступает на первую функциональную ячейку, причем в интервал времени от t до t оно поступает на интеграторы Ю и . 11 непосредственно, а в интервал времени от i. доЬ2 - через инвертор 7. На вход интеграторов 1О и 11, таким образом, поступает напряжениеТТ . (см. фиг. 26). Интеграторы 10 и Hi на которые поступает напряжение U дх i Работают поочередно так, что в период времени работает один из них, в то время как другой закорочен с выхода на вход. 5г; в период bj- t - 1)аб{)тает второй, а riejJEibiii также закорачивается с выхода на вход. Такой режим работы интеграторов I О и I поаволяег полностью исклю чить нарастание дрейфа Интегратора от такта к такту, который возникал бы при работе одного интегратора lT,clt. 2 1 w . 1 i,--t БЫХЮ 2U. Напряжение с выходов поочередно работающих интеграторов 1О и 11 поступает на вход сумматора 16, на выходе которого формируется напряжениеTT jjUj (фиг, 2д), пропорциональное второй степени неизменяемого параметра. С выхода сумматора 16 ФЯ| сигнал подается на ФЯ2 работа которой аналогична работе ФЯ| описанной выше. Соответственно пос ле второй функциональной ячейки на выходе получим напряжение, пропорциональное третьей степени неизменяемого параметра. Неизменяемым параметром может быть как время, тогда мы получим временной степенный ряд, так и напряжение, На вход сумматора 19 поступают сигналы с выходов сумматоров всех функциональных ячеек и на выходе его образуется степенной ряд (фиг. 1), Частота генерации степенной функции может регулироваться путем изменения величины опорного напряжения Tip или уровня компарированияХГ| . Подавая на вход сумматора 19 напряжения с выходо сумматоров функциональных ячеек непосредственно и через инверторы, можно получить знгисопеременные степенные ряды с любой последовательностью знаков. Дос тоинством данного генератора является то, что на выходе гамма степенных функций образуется одновременно . Кроме того, данный генератор может быть использован для образования функций сложной формы (фиг, 3), Частотный диапазон воспроизводимых функций в предлагаемом устройстве увеличивается по сравнению с прототипом в тысячу раз. Повьпление точности здесь неразрывно связано с расширением частотного диапазона воспроизводимых функций, так при воспроизведении одной н той же функции прототипом и предлагаемым устройством для одинаковых частот точность последнего повышается примерно в сто раз. Надех ность предлагаемого генератора функций выше, чем у протстяпа в число раз, равное числу одновременно воспроизводимых функциональных зависимостей. Формула изобретения Генератор степенных функций, содержащий основной интегратор, выход которого через компаратор и детектор нуля подключен соответственно ко входам блока управления, связанного с управляющими входами ключей, включенных между источниками опорных напряжений и входом интегратора, и функциональные ячейки, каждая из которых состоит из двух интеграторов и входных, выходных и разрядных ключей, связанных управляющими входами с выходом блока управления, выходы входных ключей подключены ко входам интеграторов, между входами и выходами которых включены разрядные ключи, а выходы интеграторов через выходные ключи связаны со входами сумматора, отличающийся тем, что, с целью поаыщения точности и расширения частотного диапазона воспроизводимых степенных функций, он содержит дополнительный сумматор, а в каждую функциональную ячейку введен инвертор, причем выход основного интегратора соединен с одним из входов дополнительноро сумматора и с входными ключами первой функциональной ячейки непосредственно и через введенный инвертор, другие входы дополнительного сумматора связаны с выходами сумматоров функциональных 1гче- эк, каждый из которых непосредственно и через соответствующий инвертор соединен с входными ключами последующей функциональной ячейки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Авторское свидетельство СССР . 297049, кл. q 06 q 7/26, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР М 444210, кл, q 06 G 7/26, 1974.

Uex

31

,

jNkL Y -I- I1(II,

.11

(. YI|.

0иг. 2

4

LSblX.,/; 4