Квадратор Советский патент 1981 года по МПК G06G7/20 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь- эовано при построении аналоговых, цифровых и гибридных функциональных вычислительных устройств, а также в измерительных преобразователях и информационно-измерительных системах.

Известно устройство, в котором для получения нелинейной зависимости между входными сигналами используется кусочно-линейная annipoKCHмация КЛА.

Устройство содержит линейный аналого-цифровой блок, соединенный с одним из входов сумматора, а также содержит функциональный цифроанало-J говыйо|Яок,вход которого соединен со входом устройства,а выход подключен ко второму входу сумматора,и цифровой

управляемый резистор, один конец которого соединен с выходом линейного цифроаналогового блока, другой соединен с шиной нулевого потенциала, и управляющий вход соединен с выходом функционального цифроаналогового блока 1 . .

Известно также устройство, которое .содержит два последовательно соединенных регистра, выходы которых подключены ко входам цифроаналоговых преобразователей и линию защержки, а также содержит аналоговый интегратор, вход.которого соединен с прямым и инверсным выходами цифроаналоговых преобразователей, а выход интегратора является выходом устройства 2 .

Недостатками этих устройств является низкая точность преобразования и узкий частотный диапазон.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является квадратичный преобразователь, основанный на использовании кусочно-линейной аппроксимации (КЛА) с коррек1шей разности между исходной функхцюй преобразования и ее, приближен ной 3j.

Этот преобразователь содержит выходной сумматор, ко входам которого подключены диодные эле 1енты, первый вход кгикдого из которых соединен со входом преобразователя, а второй вход - с источником опорного напряжения, а также содержит управляемый источник опорного напряжения, масштабный усилитель, квадратор-и сумматор .первый вход которого через управляемый источник опорного, напряжения, а второй вход непосредственно соединены со входом преобразователя, выхо сумматора соединен со входами масштабного усилителя и квадратора, выхо ды которых подключены ко входам выходного сумматора. К его недостаткам следует отнести ограниченную точность преобразования, .которая определяется на практике инструментальными погрешностями отдельных блоков,, а также низкий коэффициент использования входящей в состав преобразователя аппаратуры Цель изобретения - повышение точ ности и коэффициента использования аппаратуры. Поставленная цель достигается тем, что квсщра.тор, содержащий функ циональный преобразователь, квадрир яадий-Элемент, масштабный блок, блок управления, вход которого подключен ко входу устройства, промежуточный сумматор, и выходной сумматор, дополнительно содержит генератор треугольных функций, первый вход котор го подключен ко входу устройства и ко входу функционального преобразователя, а выход подключен ко входу квадрирукицего элемента и к первому входу вьрсодного сумматора, выход квадрирующего элемента подключен ко входу мacштaбнoгo.блока, выход кото рого подключен к первому входу промежуточного сумматора, второй вход промежуточного сумматора подключен к первому входу выходного сумматора, а выход промежуточного сумматора подключен ко второму входу выход ного сумматора, к третьему входу которого подключен выход функционального преобразователя, выход в.ыходного сумматора подключен к выходу устройства, выход блока уп равления подключен к управлякнцим вх дам. генератора треугольных функций, .функционального преобразователя и масштабного блока. На фиг. 1 представлена структурная схема квадратора; на фиг, 2 эпюры, поясняющие работу квадратора Квгщратор содержит функциональный, преобразователь 1, квадрирующий элемент 2, масштабный блок 3, блок 4 Управления, промежуточный суммато# 5, выходной сумматор 6, генератор треугольных функций 7, вход 8 и выход 9 квадратора. . Вход квадратора 8 соединен с вхо дами функционального преобразователя 1 и блока 4 управления. Выход блока 4 управления подключен ко входам функционального преобразователя 1 и генератора 7 треугольных функций, в ход которого последовательно через квадрирующий элемент и масштабный блок 3 подключен к одному из входо промежуточного сумматора 5, к другому входу которого подключен выход генератора 7 треугольных функций. Выход сумматора 5 подключен ко второму входу выходного сумматора б, к первому и третьему входам которого подключены выходы функционального преобразователя 1 и генератора 7 треугольных функций соответственно. Выход блока 4 управления подключен к управляющим входам масштабного блока 3, генератора 7 треугольных функций 7 и функционального преобразователя 1, Квадратор работает следующим образом, Входная величина X поступает на функциональный преобразователь 1, который осуществляет аппроксимацию функции у х кусочно-линейными отрезками (КЛА) и выдает на третий вход выходного сумматора 6 функцию у(х) как одно из слагаемых результата. При этом функция разности ду(х) Уп(х) которую в дальнейшем будем называть функцией коррекции первого рода (фиг. 26), Известно, что при выборе йнтервсшов аппроксимации по аргументу равными между собой, т.е. Н.,Н... .4, где Н - некоторая константа, функции коррекции ду(х.) для произвольных участков аппроксимации (i 1, 2, 3 .) абсолютно одинаковы. Максимальные значения йу(х) могут быть определены по формуле ЛУгпахк Н /4 ,. где i - номер участка, и приходят СИ посередине интервала Н, т.е. симметричны относительно середины. Входная величина X поступает также на блок 4 управления, который содержит информацию о границах участков аппроксимации и выдает управляющие сигналы переключения при переходе с одного участка на другой в функциональный преобразователь 1 и на генератор треугольных функций 7, который вырабатывает функцию треугольной формы. Амплитуда каждого треугольника устанавливается равной максимальному значению функции коррекции первого рода ду(х). При этом получаем вписанные в сегменты функции коррекции равнобедренные треугольники. Треугольная функция (j (х) поступает на первый вход выходного сумматора б и является вторым слагаемым ре- . зультата. Если ограничиться этими двумя слагаемыми, то остается неустраненной погрешность аппроксимации, численно равная функции коррекции второго рода ЛДу(х) Лу(У) -t;(x) (см, фиг, 2в). При этом максимальные значения функции дду(х) определяются по формуле Алу(х)о(хч . Для устранения этой погрешности от аппроксимации треугольную функцию Ц) (х) подают на квадрирующий элемент, работающий в узком диапазоне изменения аргумента, равным половине линейного отрезка аппроксимации, после чего его масштабирую с целью выравнивания амплитудных значений функции ( (х) и полученной функции 9{х)к|(у.(х)32 (см. фиг. 2г а затем суммируют обе функции на промежуточном сумматоре 5 с целью выделения их разности 6 (х) Ц(х)-9 (х (см. фиг. 2д). Оказывается, что в результате таких преобразований на выходе промежуточного сумматора 5 образуется функция б (х), которая полностью совпадает по своим параметрам и в виду с функциейЯАУ(х) (фиг. 2е). Действительно, для треугольной функции для одного из уча ков аппроксимации можно записать Нн , при Oix -2- при-4х И где Н - длина одного интервгша аппр ксимации. В силу симметричности йу(х) отно сительно Н/2 достаточно рассмотреть подинтервал OexiH/2. Функция коррек ции второго рода запишется так &uylx)&ylx)-HiU -H-x-x2- Xr|x-x2 с другой cfopoHH для функции & (х) можно записать 6U) .(,tx)-K,,V Принимая .коэффициент МУ , no лучим/ S(x) (х) что подтверждает сделанные вьвив выводы. Таким образом, на выходе проы&ку точного сумматора 5 образуется функ ция (х), которая является функцией коррекции второго рода. Она поступает на выходной сумматор 6, где суммируется с у(х) и ц; (х). На выходе выходного сумматора б пояу.чаем откорректированный результат Преобразования вида с отсутствуюйКей методической погрешностью преобразования. Предлагаемый квадратор имеет высокую точность преобразования при сравнительной простоте устройства и при высоком коэффициенте использования входящей в его состав аппаратуры. Более высокая по сравнению с известным точность достигается благодаря использованию генератора треугольных функщГй, что дает возможность использовать узкодиапазон- ный квадратирующий элемент на вдвоь меньшем интервале аппроксимации. При этом требования по точности для квадратирующего элемента снижаются в смысле инструментальной погрешности в 4 раза, что следует из вышеприведенных выражений для Д.. Коэффициент использования аппаратуры в предлагаемом квадраторе выше/ чем в известных, так как генератор треугольных функций служит основой формирования функций коррекции первого и второго рода ДУ(Х)И 8 (х), а также вспомогательной функции @ (х) . В то же время в известных устройствах для каждого слагаемого требуется свой воспроизводящий блок. С помочью предлагаемого квадратора можно воспроизводить квадратичную функцию для произвольного закона расположения узлов аппроксимации, который заносится в блок управления. Формула изобретения Квадратор, содержащий функциональный преобразователь, квадрируюций элемент, масштабный блок, блок управления, вход которого подключен ко входу устройства, прсхмежуточный сумматор и выходной сумматор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и коэффициента использования аппаратуры, квадратор дополнительно содержит генератор треугольных функций, первый вход которого ко входу устройства и ко входу функционашьного преобразователя, а выход подключен ко входу каадрирующего элемента и к первому входу выходного суьматора, выход квадрирукхцеххэ элемента подключен ко входу масштабного блока, выход которого подключен к первому входу npcwsemyточного сумматора, второй вход промежуточного сумматора подключен к первому входу выходного cji« iaTOpa, а выход промежуточного сулилатора подключен ко второму входу выходного сумматора, к третьему входу которого подключен выход функционального преобразователя, вьйсод выходного сумматора подклоочен к выходу устройства, выход блока управления подключен к управляющим входам генератора треугольных функций, функционального преобразователя и масштабного блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР ( 377806, кл. 6 Об G 7/26, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР | 404097, кл. G Об G 7/28, 1973. 3.Авторское свидетельство СССР 550650, кл. G Об G 7/20, 1977 (прототип).