Многоканальный функциональныйпРЕОбРАзОВАТЕль Советский патент 1981 года по МПК G06G7/26 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для воспроизведения, анализа и экстраполящга взаимосвязанных ограниченно-определенных функций одного ойцего аргумент Известен функциональный преобразователь, содержащий прецизионные диодные orpai-fEraHTenH и мостовой формирователь функций, вьтолненный на дифференшшльном сумматоре токов . Недостатком известного преофазовате ля является то, что он не обеспечивает одновременного воспроизведения несколь ких функций одного общего аргумента. Наиболее близким по технической суш- ности является многоканальный диодный функциональный прео азователь,содержащий гт} прецизионных диодных ограничителей , первые входы которых соединены с шиной опорного напряжения, а вторые входы соединены между собой и являются входом преобразователя, N мостовых формирователей функций, каждый из которых вьшолнеп на ди})ференциальном сумматоре токов, (vr +2)-х входных масштабных резисторах и (т+2)-х токоразветвляюших потенциометрах, неподвижные контакты каждого из которых соединены с инвертирующим и неинвертирукицим входами дифференциального сумматора токов, а подвижный контакт - с выводом соответствую щего входного масштабного резистора, свободные выводы входных масштабных резисторов с первого по -ый подключены к соответствующим вьосодам прецизионных диодных ограничитретей, свободные выводы (тг+1) и (m-i-2) входных масштабных резйб торов соедин ы соответственно с шиной опорного напряжения и входом преобразователя, выходы дифференциальных сумматоров мостовых формирователей функций являются выходами преобразователя 2. Недостатком этого преобразователя является го, что он обеспечивает только линейную экстраполяцию неско; ьких функций одного аргумента и не позволяет осушествлять нелинейную экстраполяцию и согла3сжванную корректировку нескольких взаим связанных функций одного аргумента, по желанию оператора в области где эти функции недостаточно определены. Цель изобретения- расширение функциональных возможностей преобразователя за счет нелинейной экстраполяции функций. Поставленная цель достигается тем, что многоканальный функциональный преобразователь, содержащий m прецизионны диодных ограничителей, первые входы ко торых соединены с шиной опорного напряжения, а вторые входы соединены между собой и являются входом диодного функционального преобразователя, N мос товых формирователей функций, каждый из у которых вьтолнен на дифференциаль ном сумматоре токов (№+2)-х входных масштабных резисторах и (mf2)-x токоразветвляющих потенциометрах, неподвиж ные Контакты каждого из которых соединены с инвертирующим и неинвертирующим входами ди})ференциального суммато ра токов, а подвижный контакт - с выво дом соответствующего входного масштаб ного резистора, свободные выводы входных масштабных резисторов с первого по т-ый подключены к соответствующим выходам прецизионных диодных огр ничителей, свободные выводы (по +1)-г и (т + 2)го входных масштабных резисторов соединены соответственно с ши ной опорного напряжения и входом преобразователя, выходы дифференциальных сумматоров мостовых формирователей функций являются выходами преобразователя, дополнительно содержит (tn+t)-ft прецизионный диодный ограни- читель, блок формирования законов экстраполяции и блок согласованной корректировки, а каждый мостовой формирователь функций дополнительно содержит (т + 3)-й и (т+4)-и входные масштабные резисторы и токоразветвляющие потенциометры, неподвижные контакты которых соединены с инвертирующим и неинвертирующим входами дифференциального сумматора токов, а подвижный контакт - с выводом соответствующего frrH- 3)-го 1ИЛИ (ггн-4).о входных масш табных резисторов, свободнью выводы ( 3)-х входных масштабных резисторов канодого мостового формирователя функций подключены к выходу блока формирования законов экстраполяции, вход которого соединен с выходом (т+1)-го прецизионного диодного ограничителя. 52 подключенного первым входом к шине опорного напряжения а вторым входом ко входу преобразователя, свободные выводы (гр +4)-х входных масштабных резисторов каждого мостового формирователя функций соединены с выходом блока согласованной корректировки, вход которого подключен к выходу (т + 1)-го прецизионного диодного ограничителя. Кроме того, блок формирования законов экстраполяции состоит из нелинейного элемента и трехпозиционного переклю- чателя, подвижный контакт которого является выходом блока формирования законов экстраполяции, а неподвижные контакты соединены соответственно с шиной нулевого потенциала, с входом и с выходом нелинейного элемента, вход которого является входом блока формирования законов экстраполяции. Блок согласованной корректировки состоит из датчика приращений и выключателя, первый контакт которого является входом блока согласованной корректировки, а , второй контакт подключен к выходу датчика приращений, вход датчика приращений является входом блока согласованной корректировки. На фиг. I приведена блок-схема многоканального функционального греобразова:- теля; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу. Многоканальный функциональный преобразователь содержит прецизионные диодные ограничители 1 формирователи функций л, мостовые 2v 2fj ..... 2,j , каждый из которых включает дифференциальный . сумматор 3 токов, входные масштабные резисторы 4, 4- ...., 4f и токоразветвляющие потенциометры 5 , 52...5рр , блок-формирования 6 законов экстраполяции, состоящий из трехпозиционного переключателя 7 и нелинейного элемента 8, и блок 9 согласованной корректировки, состоящий to выключателя 10 и датчика II приращений. Преобразователь работает следующим образом, В области изменения аргумента, где функции определены, т.е. при X X (фиг.2) преобразователь действует по ойцей интерполяционной формуле ;(Х)..). (режим 1) где - - начальное значение реализуемой функции; in - число участков аппроксимации; - номер участка,. 0(.. - угловой: коэффициент аппроксимирующего отрезка на К - м участке; Ху - абсцисса К - го узла аппроксимации; I {О при X X - функция сдвига, отображающая смещение (запаздывание) к - го члена суммы. Пороговые напряжения устанавливаются при настройке прецизионных диодных ограничителей 1, , 1у . Напряжения на выходе дифференциальных сумматоров 3 тока Vr-°.;(3 4-°2.2.) .2.-. где , 2 суммарные входные токи I ot,- масштабные коэффициенты дифференци.- ального сумматора токов. Воспроизводимые функции формируются в процессе последовательного срабатывания прецизионных диодных ограничителей, 1 , ..., Im с увеличением входного сигнала X. Включение каждого из них добавляет свою долю тока на вход соответствующего сут лматора 3 . Доли эти зависят от положения подвижных контактов по тенциометров 5 , , 5 . При нейтра ном положении подвижного контакта, ток, протекающий по входному масштабному резистору 4 ,..., 4гп, распределяется между входами поровну и реакцию на выходе сумматора 3 не создает. При удале НИИ от нейтрали в ту или другую сторону возникает ток разбаланснровки, который увеличивает или уменьшает угол наклона . ломаной на данном участке аппроксимации Тем самым обеспечивается воспроизведение монотонных, немонотонных и знакопер менных функций. Устранение необходимости N - кратно го увеличения числа прецизионных диодны ограничителей при воспроизведении функци одного аргумента обеспечивает значнт ь ную экономию оборудования и упрощения структуры преобразователя. Кусочно-ломаная кривая I приведе ная на фиг. 2, изображает закон изменения vj (X ), который задается известными значениями Joj Vj-l Vim на интервале в дальней шем, т.е. при Х7Хо, сохраняет постоян ный наклон как прямая линия, проходящая через точки ;(т) , Учитывая предысторию процесса на интервале Хо X х; в виде совокупности тангенциальных приращений, эта прямая будет представлять линию первого приближения на участке экстраполяции. Она получается автоматически без каких-либо переключений в схеме. Следующие два режима экстраполяции (прогнозирования) основаны на использовании принципа визуальной экстраполяции в предположении о преемственности существующих между функциями пространственновременных взаимосвязей (отображается единый процесс). Возможность визуальной экстраполяции базируется на извейтной в теории случайных процессов и вычислительной математике предпосылке о допустимости глазомерных оценок, которые при наличии определеннь1Х навыков не уступают статистическим и даже их превосходят. Наглядное отображение реализуемых функций может быть осуществляю, найример, путем высвечивания-их на экране стандартных электроннолучевой трубки или телевизионного кинескопа. Принцип высвечивания отдельной кривой - синфазная развертка луча по горизонтали и вертикали. Принцип одноврет сенного высве чивашш . двух или нескольких кривых чередование их во 1времени1 с частотой, превышающей зрительную инерцию. Во избежание перегрузок при зрительно; восприятии число отображаемых кривых должно быть не более 4-5. На втором этапе (пунктирная кривая II i фиг.2) сохраняется линейный закон экстраполирования, но угол наклона берется иным (X) Сх)Ча,,-а J(X-X) J | Использование наглядного отображения позволяет быстреее и правильнее внести необходимые изменения в процесс формирования функций в области значений особенно при малых значениях т, как это часто бывает на практике. Знак и величину приращений, вносимых для каждой из функций 5j; (X) ; в отдельности, регулируют с помощью токозадающих потенциометров 5,, , а общую абсциссу XVT задают посредством прецизионного диодного ограничителя 1,+ . Изменение режимов прогнозщэования осуществляется переключателем 7, который соединяет ойцую точку входных масштабных резисторов 4 ni+-i, в режиме J с шиной нулевого потенциала, в режиме |7 с выходом прецизиониого диодного огран чителя 1гпц-1 ; , а в режиме ш с выходом нелинейного элемента 8, причем вход нелинейного элемента 8 связан с выходом прецизионного диодного ограничктеля IVYI+ простейшем случае нелинейный элемент 8 может представлять собой варистор, характер нелинейно сти которого корректируется посредством пЬдключенных к нему параллельного и последовательного переменнь1Х резисторов. В режиме Ш (кривая И , фиг.2) используется нелинейная экстраполяция (например, квадратичная или экспоненциальная, как наиболее распространенные в задачах данного класса) .Тогда функдня j М- описывается вьфажением вида - |;(X)) где. (Х} - функция экстраполяции Ход прогнозируемых кривых в диапазоне X Хгг задается оператором так, как это ему представляется наиболее вероятным с учетом предполагаемых корректур. Дополнительное введение в преобразователь токозадаюших потенциометров 5 входных масштабных резисторов выключателя Ю и датчика 11 приращеНИИ позволяет осуществить режим распределения прирашений в диапазоне изменения аргумента Находящийся в нормально- разомкнутом состоянии выключатель Ю в режиме распределения прирашет1ий соединяет общую точку входных масштабных резисторов 4 (у) с выходом датчика tl приращений, вход которого подключен к выходу прецизионн го диодного .ограничителя . Коэффициенты распределения общего приращения для каждой из функций (Х) вычисляют заранее и вводят как входные величины с Помощью соответствующих токозадающих потенциометров S TI-VA шкалы, которых градуируются в диапазоне от -I до +1, а величина и знак общего приращения задаются датчиком 11 прирашений. . Датчик II приращений . может быть выполнен, напримф, в виде дифференциального сумматора токов, инвертирую, щий и неинвертирующий входы которого .соединены с неподвижными контактами токозадающего потенциометра, а подвижный контакт последнего связан с выводо входного масштабного резистора, подклю ченного свободным выводом к выходу прецизионного диодного ограничителя 1,., - Вводиь-юе оператором общее опережающее приращение . автоматически распределяется между функциями, j (X), что обеспечивает их согласованную корректировку по вертикали. Распределение приращений может осуществляться как в режиме 1 ( при этом подвижный контакт трехпозиционного переключателя 7- соединен с шиной нулевого потенциала), так и в режимах 1 или W , каждый из которых обеспечивается соответствующим положением переключателя 7, Кроме перечисленных возможностей прогнозирования функций | (X), преоб-разователь позволяет решать задачи анализа взаимосвязей между ними, т.е. задачи корреляционного типа. При этом коэффициенты взаимосвязи (токоразветвляющие потенциометры () варьируются оператором так, чтобы их совокупность обеспечивала желательное продвижениеданной функции на участке экстраполяции ( X Х,- ) в зависимости от характера , всех остальных. Предлагаемый многоканальный функ- циональный преобразователь в отличие от известного позволяет наряду с воспроизведением нескольких функций одного общего аргумента обеспечивать их линейную и нелинейную экстраполяцию, а также согласованную корректировку при использовании визуально-графического отображения реализуемых зависимостей. Практическая безынерционное ть, прос то та, приспособ-. ленность для воспроизведения непрерывных функций позволяют быстро найти приближенные решения в диапазоне изменения аргумента X Ууп сочетании со схемой измерения мгновенных значений напряжения, а при необходимости и с автоматическим цифропечатающим устройством (АЦПУ) он может успещро применяться для решения задач экспресс-анализа в экономике. Формула изобретения I. Многоканальный функциональный преобразователь, содержащий m прецизионных диодных ограничителей, первые входы которых соединены с шиной опорного напряжения, а вторые входы соединены между собой и являются входом преобразователя, N мостовых формирователей функций, каждый из которых выполнен на дифференциальном сумматоре токов j,, (т+2)-х входных масштабных резисторах и (т+2)-х токоразветвляюпшх потенциометрах, неподвижные контакты каждого из которых соединены с инверти- рующим и неинвертир-ующим входами дифференциального сумматора токов, а подвижный контакт - с выводом соответствующего входного масштабного резистора свободные выводы входных масштабных резисторов с первого по пп ый подключены к соответствующим выходам прецизионных диодных ограничителей, свободные выводы (т +1) и (т+ 2)-го масштабных резисторов соединены

соответственно с шиной опортого налряжения и входом преобразователя, выходы дифференциальных сумматоров то- жов мостовых формирователей функций являются выходами преобразователя,

отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных. возможностей за счет нелинейной экстраполяции функций, он содержит . ( 1)-й прецизионный диодный ограничитель, блок формирования законов экстраполяции и блок согласованной корректировки, а каждый мостовой формирователь функций дополнительно содержит (т+3) и ()-й входные масштаб ные резисторы и токоразветвляющие по- тешшометры, неподвижные контакты которых соединены с инвертирующим и неинвёрт1фующим входами дифференциального сумматора токов, а подвижный контакт с выводом соответствующего ()-ro или (пп+4)-го входных масштабных резисторов, свободные выводы {гп +3)-х вход ных масштабных резисторов каждого мостового формирователя функций подключены к выходу блока формирования законов экстраполяции, вход которого соединен с быходом ( m + I)-го прецизионного диодного ограничителя, подключенного первым входом к шине опорного напряжения, а вторым входом - ко входу преобразователя свободные выводы (т1 +4)-х входных масштабных резисторов каждого мостового формирователя функций соединены с выходом блока согласованной корректировки, вход которого подключен к выходу (tn +1)-го прецизионного диодного ограничителя.

2.Преобразователь по п. I, отличающийся т&л, что. блок формиро аания законов экстраполяции содержит нелинейный элемент и трехпозиционный переключатель, подвижный контакт кЬторого является выходом блока формирования законов экстраполяции, а неподвижные контакты соединены соответственно с шиной нулевого потенцйала1 с входом и выходом нелинейного элемента, вход которого является входом блока формирования законов экстраполяции.

3.Преобразователь по п. I, о т л и чающийся тем, что блок согласованной корректировки содержит датчик приращений и выключатель, первый контакт которого является выходом блока согласованной корректировки, а второй контакт подключен к выходу датчика приращений, вход датчика приращений является входом блока согласованной корректировки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Справочник по нелинейньА схемам. Под ред. Д. Шейнголда, М., Мир, 1977, с. 62.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 257О787/24,

кл. G Об Q 7/26, 1978. V 4r 1, A-m Lfm ---сгкЛ rSMi rczwo гсЗЗД

у/ w| ;„, нЗЬп

XJ,

W/

w.f Jf

4m4; Р/

сгнП

m

m J я J/flwJ

mfif iAn

Уж

t

X.

fO

//

Фut,J Хо Xf Х