Функциональный преобразователь Советский патент 1979 года по МПК G06G7/26 

1

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники.

Известен функциональный преобразователь, содержащий генератор импульсов, многостабильную схему с устройством управления источники, опорного напряжения положительной и отрицательной полярности, генератор пилообразного напряжения положительной и отрицательной полярности, ключевые элементы, операционные усилители 11 .

Однако, он имеет сложную настройку на заданную функциональную зависимость, и органы, определяющие результирующую характеристику взаимосвязайы.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является функцио нальный преобразователь, содержащий блок задания ординат, блок выходных усилителей и фильтров, многоСтабильный элемент, коммутатор ординат, выходы ко- торого соединены со входами блока вых.ояных. усилителей и фильтров, информадионные вхааы - с выходами блока зада

ния ординат., а управляющие входы - с выходами многостабильного элемента, щиротно-импульсный модул5ггор, блок преобразования входного сигнала в гибридный код, вкоа которого является входом функционального преобразователя, аналоговый выход соединен со входом щиротно-импульсыого модулятора, цифровые выходы - с управляющими входами

многостабильного элемента. Выход шврот но-импульсного модулятора соединен с управлякяцим входом многостабильного элемента 2.

Однако он имеет относительно низкую

точность воспроизведения функций, поскольку в нем осуществляется линейная интерполяция между значениями функции, заданными в точках, равномерно расположенных по оси абсцисс.

Цель изобретения - повьшденйе точности функционального преобразователя за счет нелинейной интерполяции функции.

Это достигается тем, что функциональ- ,ный прео азователь, содержащий блок задания ординат, многостабильный элеме коммутатор ординат, информационные входы которого соединены с выходами блока задания ординат, управляющие входы - с выходами многостабильного элемента, а выходы - со входами блока буферных усилителей, широтно-импульсный модулятор, первый и второй входы которого через первый и второй входные мас штабные резисторы соединены со входом функционального преобразователя, дополнительно содержит блок задания абсцисс, нелинейный интерполятор, блок управления и коммутатор абсцисс, информационные входы которого соединены с выходами блока задания абсцисс, управляющие входы - с выходами многостабил ного элемента, а выходы - с первым и вторым входами широтно-импульсного модулятора. Входы блока управления соединены с первым и вторым входами широтно-импульсного модулятора, прямой и инверсный выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам нелинейного интерполятора. Первый и второй управляющие входы многостабильного элемента соединены с выходами блока управления. Выходы блока буферных усилителей соединены с входами задания ординат нелинейного интерполятора, выход которого является выходом функционального преобразователя. Кроме того нелинейный интерполятор содержит время-импульсные проводимости, инвертор, операционные усилители, масщтабные резисторы, ключ и сумматор, выход которого является выходом нелинейного интерполятора, первый вход соединен с выходом первого операционного усилителя, а второй вход - с выходом второго операционного усилителя. Между выходйми первого операционного усилителя и инвертора включены последовательно сое диненные первый и второй масштабные р зисторы, общий вывод которых через ключ подключен ко входу третьего опера ционного усилителя. Выход третьего операционного усилителя через первую врем . импульсную проводимость соединен со входом второго операционного усилителя. Вход инвертора подключен к выходу Четвертого операционного усилителя, ко вхо ду которого подключены третий и четвер тый масштабные резисторы и выходы вто рой и третьей время-импульх:ных проводи мостей. Свободный вывод третьего масштабного резистора соединен со входом второй время-импульсной проводимости и является первым входом задания ординат нелинейного интерполятора. Вход первого операционного усилителя соединен с выходами четвертой и пятой время-импульсных проводимостей, входы которых являются соответственно вторым и третьим входами задания ординат нелинейного интерполятора. Свободный вывод четвертого масштабного резистора соединен со входом третьей время-импуль.сной проводимости и является четвертым входом задания ординат нелинейного интерполятора. Управляющие входы ключа, второй и четвертой время-импульсных проводимостей соединены и являются прямым управляющим входом нелинейного интерполятора. Управляющие входы первой, третьей и пятой время-импульсных проводимостей соединены и являются инверсным управляющим входом нелинейного интерполятора. На фиг. 1 приведена структурная схема функционального преобразователя, на фиг. 2 - принципиальная схема нелинейного интерполятора, на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие работу нелинейного интерполятора. Функциональный преобразователь содержит блок задания абсцисс 1, блок задания ординат 2, нелинейный интерполятор 3, коммутатор абсцисс 4, коммутатор ординат 5, многостабипьный элемент 6, блок управления 7, широтно-импульсный модулятор 8, .блок буферных усилителей 9, первый и второй входные резисторы 10 и 11. Нелинейный интерполятор 3 содержит сумматор 12, инвертор 13, . первый и второй масштабные резисторы 14 и 15, ключ 16, первый, второй, третий и четвертый операционные усилители 17-2Oj третий и четвертый масштабные резисторы 21 и 22, первую, вторую, третью, четвертую и пятую время-импульсные проводимости 23-27. Функциональный преобразователь работает следующим образом. Процедура вычисления функции y f()c), заданной координатами узлов интерполяции х , у,-(J 1,2 ,.,, п ) , которые хранятся в блоках задания абсцисс 1 и ординат 2 сводится к следующему: а)определяется участок интерполяции из условия X,- X .Х. б)определяется величина у, , соответствующая линейной интерполяции на выбранном участке X, - х , )У1чД- -) N. в) определяется величина у , соответствующая линейной интерполяции на расширенном участке xj Этот участок состоит из трех элементарных участков, В середине этого расширенного участка расположен узкий учас ток интерполяции по пункту б) „„„„„ „ г„,„„,г Ji-ffri z- iW -N-i 3( г) определяется разность ,-Ч5 д) формируется нелинейная поправка УНП УЛ у i (X-XjXx -xJ 2 (xu.-x,)2 е) формируется результирующее значение функ1тии (х) с учетом нелинейной поправки Использованиевъй еизложенной процедуры обеспечивает интерполяцию функции ilx) на соответствующем участке полиномом третьей степени. При этом не ходной информацией служат только координаты узлов интерполяции. Сущность аппаратурной реализации рассмотренного метода интерполяции заключается в использовании двухступенчатой коммутации Первая ступень коммутации обеспечивает определение участка, соответствующего входной величине - аргументу функции X Вторая ступень коммутации обеспечивает нелинейную интерполяцию с использование широтно-импульсной модуляции. Напряжение, пропорциональное, аргуме ту X моделируемой функции, подается на вход X. Токи 1 обусловленные этим напряжением, через входные резисторы 10 11 поступают на входы блока управления 7. На те же входы поступают токи 1 и 1 от коммутатора, абсцисс 4. Выбор токов, поступающих на входы х., и к„ i.JU J«AV. Л J (.«.«.AVUAIl.rbLit iJ,n, IX Ч « сэ с определяется состоянием многоБтабильного элемента 6. Многостабильный элемент 6 построен так, что управляющий потенциал, В1шючающий ключевые элемен ты, входящие в коммутаторы 4 и 5 может быть только на одном его иыходе. Например, при появлении управляющего потенциала на выходе 1-2 многостабильного элемента 6 включаются ключи коммутатора абсцисс 4, соединяющие X. о Xj с Xg и ключи коммутатора ординат 5, соеднняюяше % с у ; Ч( Ve У Ус( . Соединения реализуемые при други юостояниял многостабцдьиого элемента 6, указаны в соответствующихстолб иах таблицы соединений на фиг. 1. Управляющие входы многостабияьного элемента 6 соединены с управляющими выходами бло управления 7. При наличии сигнала П (прибавить) многостабильный элемент 6 переходит из состояния 1-2 в состояние 2-3 или из состояния 2-3 в состояние 3-4. При наличии сигнала 2/ (убавить) многостабильный элемент 6 переходит из состояния 3-4 в состояние 2-3 илиизсостоя ВИЯ 2-3 в состояние 1-2. Переход из состояния 1-2 в состояние 3-4 и переход из состояния 3-4 в состояние 1-2 исключается путем введения временной задержки.. Блок управления 7 вырабатывает сигнал П, если ток ( „ с выхода х меньще по величине тока и ток t, с выхода Sj, меньше Toica i .,Под действием сигнала П миогостабиль Ш1Й элемент 6 переходит в ново, соседнее состояние, при котором один из в ™ с возрастает. Если при окажется, что суммарные токи, поступающие на входы блока управления 7 будут иметь разные знаки, то состояние многостабильного элемента 6 сохранится неизменным. Если же ток L больше одновременно ток 1„., больше «V . л1.л блока управления 7 формирует °« действием которого многостабнльный элемент 6 переходит в с.тояние, при котором один из Чс Уменьшится . Таким образом, переключение многостабильного элемента 6 происходит до тех пор, пока не будет выполнено одно из неравенств i. 1, i или ка х хс определяют выоор участка интерполяции. Разностные токи и 1 хс поступают на входыширотно-импульсного модулятора 8. На его прямом и инверсном выходах форI мируются сигналы Ы и ©, относительная продолжнтельность которых равна и W-VB i i I КС Хб1 Эти сигналы 0спол.г эуются для управления время-импульсными проводимостями 23-г 27 ключом 16 нелинейного интер-полятора 3, Блок буферных усилителей 9 предназначен для согласования выходов коммутатора ординат 5 с входами задания ординат Уа Уь , Ус (yd линейного интерполятора 3. На вход первого операционного усилителя 17 через четвертую и пятую время-импульсные проводимости 26,27 поступают сигналы у УС у соответствующее ординатам узлов интерполяции выбранного участка. Выходное напряжение этого усилителя будет равно -Ус/® что соответствует линейной интерполяции и с (фиг. 3). Сигналы между узлами 0 л 0 использукхгся для управления второй и третьей время-импульсными про водимостями 24, 25, установленными во входных цепях четвертого операционного усилителя 20, который формирует напряжение Цд,,,соответстаующее линейной интерполяции функции в расширенном интервале (фиг. 3). и - U , ((AX4.) Уа Уао(Эдк yoid 5V§V3 y«®yd® . Для формирования некоммутируемых токов, пропорциональных 4,3, и ; у cJ служат третий и четвертый масштабные резисторы 21,22. Напряжение уд подается на вход инвер тора 13, на выходе которого получается напряжение, равное по величине и противоположное по знаку напряжению у Ток ,. и ток - ig,J суммируются с полюццзЮ первого и второго суммируюших резисторов 14, 15 на сходе ключа 16. Ток QJ. пропорционален напряжению у g. TOK-igj пропорционален напряжению -yadКлюч 16 управляет сигналом Q поэтому среднее напряжение на выходе третьего операционного усилителя 19 будет пропорционально величине(,- ) 3 Зто напряжение через первую времяимпульсную проводимость 23, управляемую сигналом 0 J подается на вход второго операционного усилителя18-, на выходе которого формируется напряжение нелиней ной поправки У (Ущ. ® ® Напряжение у„., с выхода первого операционного усилителя 17 и напряжение у с выхода второго операционного усилителя 18 подаются на входы сумматора 12, на выходе которого формируется выходное напряжение функционального преобразователя (фиг. 3) Ц « УНП Переход с одного участка на другой можно осуществлять путем замены всех параметров узлов интерполяции на соответствующие параметры узлов интерполяции с номером на единицу больщим, если переход происходит на участок справа или на единицу меньщим если переход происходит на участок слева. При таком построении схемы переход с участка на участок приводит к скачкообразному изменению 0 от 1 до О или от О до 1 и сопровож перезарядом ряда конденсаторов. ° связано с ухудшением частотной характеристики функционального преобразователя. В предлагаемом функциональном преобразователе переключение переменных осуществляется так, что на границе участ ка интерполяции изменяется не. 0 а ее производная - Такое построение ускоряет течение переходных процессов и способствует расширению полосы пропускания. Благодаря нелинейной интерполяции воспроизводимой функции предлагаемый функциональный преобразователь имеет более высокую точность по сравнению с прототипом, при равных аппаратур- ных затратах, и позволяет упростить процедуру настройки на воспроизведение заданной функции за счет сокращения количества узлов аппроксимации. Формула изобретения 1. Функциональный преобразователь, содержащий блок задания ординат, многостабильный элемент, коммутатор ординат, информационные входы которого соединены с выходами блока задания ординат, управляющие входы - с выходами многостабильного элемента, а выходы - со входами блока буферных усилителей, широтно-импульсный модулятор, первый и второй входы которого через первый и второй вход11ые масштабные резисторы соединены со входом функционального преобразователя, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности за счет нелинейной интерполяции функции, он содержит блок задания абсцисс, нелинейный интерполятор, блок управления и коммутатор абсцисс, информационные входы которого соединены с выходами блока задания абсцисс, управляющие входы - с выходами многостабильного элемента, а выходы - с первым и вторым входами широтно-импульсного модулятора, входы блока управления соединены с первым и вторым входами широтно-импульсного модулятора, прямой и инверсный выходы которого подключены к соответствующим управляю щим входам нелинейного интерполятора, первый и второй управляющие входы многостабильного элемента соединены с выходами блока управления, выходы блока буферных усилителей соединены с вхо дами задания ординат нелинейного интерполятора, выход котфого является выходом функционального преобразователя. 2. Функциональный преобразователь по п. 1, отличающийся тем что нелинейный интерполятор содержит время-импульсные проводимости, инвертор, операционные усилители, масштабные резисторы, ключ и сумматор, выход которого является выходом нелинейного интерполятора, первый вход соединен с выходом первоги операционного усилителя, а второй вход - с выходом второго операционного усилителя, между выходам первого операционного, усилителя и инвер тора включены последовательно соединен ные первый и второй масштабные резисторы, общий вывод которых через ключ подключен ко входу третьего операционного усилителя, выход третьего операционного усилителя через первую времяимпульсную проводимость соединен со входом второго операционного усилителя вход инвертора прдключен к выходу четвертого операционного усилителя, ко вхо 901О ду которого подключе 1ы третий и четвертый масштабные резисторы и выходы второй и третьей время-импульсных проводимостей, свободный вывод третьего масщтабного резистора соединен со входом второй время-импульсной проводимости и является первым входом задания ординат нелинейного интерполятора, вход первого операционного усилителя соединен, с выходами четвертой и пятой время-импульсных проводимостей, входы которых являются соответственно вторым и третьим входами задания ординат нелинейного интерполятора, свободный вывод четвертого масштабного резистора соединен с входом третьей время-импульсной проводимости и является четвертым входом задания ординат нелинейного интерполятора, управляющие входы ключа, второй и четвертой время-импульсных иpoвoдимocteй соединены и являются прямым управляющим входом нелинейного интерполятора, управляющие, входы первой, третьей и пятой время-импульсных проводимостей соединены и являются инверсным управляющим входом нелинейного интерполятора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Пухов Г. Е, Справочник по аналоговой вычислительной технике, К,| Техника, 1975, с. 197, рис. 3.47. 2.Корн Г., Корн Т., Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины , т. 2, М,, Мир, 1968, с. 217, фиг. 11.316 (прототип).