Функциональный преобразователь Советский патент 1981 года по МПК G06G7/26 

- 1 Изобретение относятся к аналоговой вычислительной технике и автоматике может быть использовано в комплексе с аналоговыми линейными интерполяторами функций для нелинейной ИНТ ерполя.ции функции на любом интервале изменения аргумента. Известен функциональный преобразователь, содержапщй выходной сумматор, выход которого является выходом преобразователя, потенциометры, соеди ненные движками с входами сумматора блоки формирования треугольных функций, входы которых соединены и являют ся входами преобразователя, а выходы подключены к неподвижным контактам потенциометров, и осуществляющий линейную интерполяцию между значениями функции,задаваемыми положением двиг жков потенциометров. Недостатком преобразователя яв-. ляется ограниченная точность, обу словленная кусочно-линейной аппроксиг мацией воспроизводимой функциии при равномерном разбиении оси аргумента . на участки аппроксимации. Наиболее близким к изобретению явг ляется функциональный преобразователь, содержащий первую группу из N ключей, N-1 потенциометров, включенных неподвижными контактами между шиной нулевого потенциала и шиной опорного напряжения, N-1 блоков сравнения, первые входы которых объединены и являются входом преобразователя, а вторые входы соединены с подвижными контактами соответствующих потенциометров, первую группу из N переменных масштабных резисторов, к 1ждьй из которых включен между информационным входом соответствующего ключа первой группы и входом преобразователя, вторую группу из N-1 переменных масштабных резисторов, каждый из которых включен между, информационным входом соответствующего ключа первой группы, кроме N-го, и шиной опорного напряжения, управляющие входы каждого из,

.38

ключей первой группы, кроме N-ro и (N1)-го, подключены к прямому выходу следующего по номеру блока сравнения, операционный усилитель, между входом и выходом которого включен резистор обратной связи, прямой выход первого блока сравнения соединен с управляющим входом N-ro ключа первой группы, выходы ключей первой группы соединены с входом операционного усилителя, выход которого является выходом преобразователя 2j.

Однако этот преобразователь осуществляет кусочно-линейную аппроксимацию нелинейных функций и не может обеспечить с высокой точностью формирование нелинейной составляющей при нели нейной интерполяции функциональных зависимостей.

Цель изобретения - повышение точности преобразования за счет квадратичной аппроксимации нелинейной составляющей линейно интерполируемой функций.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь, содержащий первую группу из N ключей, N-1 потенциометров, включенных неподвижными контактами между шиной нулевого потенциала и шиной опорного напряжения, N-1 блоков сравнения, первые входы которых объединены и являются входом преобразователя, а вторые входы соединены с подвижными контактами соотвествующих потенциометров, первую труп пуиз N переменных масштабных резисторов, каждый из которых включен между информационным входом соответствующего ключа первой группы и входом преобразователя, вторую группу из N-1 переменныхмасштабных резисторов, каждый из которых включен между информационным входом соответствующего ключа первой группы, кроме N-ro, и шиной опорного напряжения, управляющи входы каждого из ключей первой группы, кроме N-ro и (N-l)-ro, подключены к прямому выходу следующего по номеру блока сравнения, операционный усилитель, между входом и выходом которого включен резистор обратной связи, прямой выход первого блока сравнения соединен с управляющим входом N-ro ключа первой группы, выходы N-ro и (N-l)-ro ключей первой группы соединены с входом операционного усилителя, дополнительно содержит вторую и третью группы, из N-2 ключей каждая

1 4

четвертую группу из Njj)ключей, третью группу из N5f переменных масштабных резистрров, М)Переключателей, квадратор, первый и второй сумматоры, дополнительный операционньш усилитель дополнительный резистор обратной связи, включенный между входом и выходом дополнительного операционного усилителя, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, а вход - к первым неподвижным контактам каждого из переключателей, каждый из ключей второй группы включен меледу выходом соответствующего ключа : первой группы и входом основного операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом первого сумматора и через квадратор с вторым входом первого сумматора, выход первого сумматора через соответствующие переменные масштабные резисторы третье группы соединен с информационными входами ключей четвертой группы, управляющий вход каждого из которых соединен с управляющим входом соответствующего ключа первой группы, управляющий вход ., (N-l)-ro ключа первой группы соединен с инверсным выходом (N-l)-ro блока сравнения, выход каждого, из ключей четвертой группы, кроме N-ro и N -1 -го, через соответствующий ключ третьей группы соединен с подвижным контактом соответствующего переключателя, выходы N-ro и (N-l)го ключей четвертой группы соединены с подвижными контактами соответствую щих переключателей, вторые неподвижные контакты переключателей, кроме N-ro, соединены с вторым входом второго сумматора, второй неподвижный контакт N-ro переключателя соединен с третьим входом второго сумматораj выход которого является выходом прё- образоватеЛя, управляющий вход каждого из ключей второй и третьей групп соединен с инверсным выходом соответт ствующего ему по номеру блока сравнения.

На фиг. 1 приведена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 - диаграммы, пояснякмцие его работу.

Преобразователь содержит N- потенциометров Ц-1ц N-1 блоков сравнения, резистор 3 обратной связи первую группу из N переменных масштабных резисторов 4, вторую группу из N-1 переменных масштабных резисторов , 11ервую группу из N 5849 ключей , вторую группу из N -2 ключей TI-7j,, операционный усилнтель 8, первый сумматор 9, квадратор 10, второй сумматор 11, дополнительный операционный усилитель 12, N переключателей , третью группу из N-2 ключей (-2 , четвертую группу из N ключей 15 -15|ц, третью групг Пу из N переменных масштабных резисторов16 -16, дополнительный резистор обратной связи 17, Преобразователь работает следующи образом. Нелинейная интерполяция функции ; может быть осуществлена путем раздел ного воспроизведения линейной и нел нейной составлякнцей функции f(х) (фиг,. 2а) и, их последующего суммирования на каждом интервале интерполяции. Заданную функцию f(x) можно представить как fj (x)rf. ( (х), где (х) - линейная составляющая f (х)на участке номера i Нч -.нелинейная составляюща:я f(x)Ha участке номера i Преобразователь осуществляет ква дратичную аппроксимацию нелинейной составляющей fj,(x) , график которой представлен на фиг. 26. В случае ап- проксимации квадратичной зависимостью нелинейную составляющую f(x) можно на участке интерполяции представить в .виде f(ux) a.(x -ЛХ) где а. - постоянный для 1-го участка ; коэффициент, характеризующий максимальное значение параболы ( в точкеАх 0,5; Л X - относительная координата текущей точки Хд относитель но начала интервала (фиг. 2а Значение Д 5Г определяется из выражения л , где &х - абсолютное отклонение текущей точки относительно начала интервала, Д - величина i-ro интервала. Входная переменная X поступает одн временно на блоки 2 2j4- сравнения и переменные масштабные резисторы , соединенные через ключи , и ключи 7f 7(,.2 с входом оперздионного усилителя 8. Каждый из блоков 2 -2. сравнения .срабатывает при (i l ,2,.. .N-1). Величина х, при которой происходит 241.6 срабатывание блока 2 сравнения устанавливается потенциометром 1;. При все блоки .сравнения находятся в исходном состоянии. Каждый из них име5 прямой (6) и инверсный (а) выходы, Ключ 6 открыт, и переменная х постуПа:ет через резистор j, на вход усилителя 8. Величина резистора 4ц устанавливается такой, что обеспечивает изменение напряжения на выходе усилителя В от нуля до максимума шкапы при изменении х от нуля до х (фиг. 2в). Таким образом, на выходе усилителя 8 формируется относительная переменная x на первом интервале интерполяции, При срабатывает блок 2 сравнения,закрывая ключ 6 и открывая . . ключ 7 . Так как в этот момент лок 2,, сравнения находится в исходном состоянии, то ключ 6|. открыт потенциа лом с прямого выхода в, блока 2j сравнения и в интервале х оба ключа 6. и 7 открыты.. Для правильной работы преобразователя при напряжение на входе ключа 6 должно быть равно нулю. Это обеспечивается соответствующей настройкой переменного масштабного резистора 5, соединенного с источником опорного напряжения г-Е. Таким образом, начиная с момента, когда , напряжение на выходе усилителя 8 с увеличением х начинает увеличиваться, достигая при ,, значения д Хц,,,,. Необходимьй для этого наклон обеспечивается резистором 4. При дальнейшем увеличении х последовательно срабатывают блоки сравнения,открывая и закрывая связанные с ними ключи. На выходе усилителя 8 при изменении х формируется пилообразное напряжение (фиг. 2в), причем независимо от величины интервала х- -Х|на выходе усилителя 8 напряжение изменяется каждый раз от «у ля до к х.. Напряжение fc, х, изменяющееся от нуля до fiix gjjjjj,., подается на вход квадратора 10. Так как (ожет быть выбрана равной рабочей шкале квадратора 10, преобразование аргумента на каждом интервале в относительную переменную л х позволяет с большей точностью воспроизвести квадратичную зависимость формируемую сумматором 9 интерполирующую зависимость (1х-б.. 2г). 78 Сопротивления переменных масштабных резисторов , устанавливают ся пропорциональными коэффициентами а интерполяционной формулы (2). С помощью переменных масштабных резисторов 16.-16 и соединенных с ними через ключи 15;,-15 и .п сумматора 11 и усилителя 12 осуществляется операция умножения напряжений ()на коэффициент а на каждом интервале интерполяции. Так как ключ работают синхронн с ключами 1 N-2 i vb они об|еспе чивают последовательное появление на выходе преобразователя интерполирующ го напряжения а (ь.х-йз ) с изменением унастков интерполяции. Переключатели 13.-13ц позволяют выбрать знак выражения а- ( ) путем подсоединения выходов ключей .2 и . входам сумматора 11 либо к входу усилителя 12, который осуществляет инвертирование. Изобретение обеспечивает квадра-тичную аппроксимацию нелинейной соетавляющей линейно интерполируемой функции. Формула изобретения Функциональный преобразователь, содержащий первую группу из N ключей N-I потенциометров, включенных неподвижными контактами между шиной нулевого потенциала и шиной опорного напряжения, .N-1 блоков сравнения, первые входы которых объединены и являются входом преобразователя, а , вторые входы соединены с подвижными контактами соответствующих потенциом тров, первую группу из N переменных масштабных резисторов, каждь:й из которых включен между информационным входом соответствующего ключа первой группы и входом преобразователя, вторую группу из N-1 переменных мае- штабных резисторов, каждый из которы включен между информационным входом соответствующего ключа первой группы, кроме N-ro, и шиной опорного напряжения, управляющие входы каждог иа ключей первой группы, кроме N-ro и (N-1 )-го подключены к прямому выходу сл дующего по номеру блока сравнения, опер ционный усилитель, между входом и выходом которого включен резистор об ратной связи, прямой выход первого блок -сравнения соединен с управляющим входом N-ro ключа первой группы, вы ходы N-ro и(N-I)-го ключей первой группы соединены с входом операционного усилителя, отличающийс я тем, что, с целью повьш1ения точно : ти, он содержит вторую и третью группы, из N-2 ключей каждая, четвертую группу из N ключей, третью группу из N переменных масштабных резисторов, N переключателей, квадратор, первый и второй сумматоры, дополнительный операционный усилитель, дополнительный резистор обратной связи, включеиный между входом и выходом дополнитет льного операционного усилителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, а вход - к первым неподвиж ным контактом каждого из переключателей, каждый из- ключей второй группы включен между выходом соответствующего ключа первой группы и входом основного операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом первого сумматора и через квадратор с вторым входом первого сумматора, выход первого сумматора .через соответствующие переменные масштабные резисторы третьей группы соединены с информационными входами ключей четвертой группы, управляющий вход каждого из которых соединен с управляющим входом соответствующего ключа первой группы, управляющий вход (N-l)-ro ключа.первой группы соединен с инверсным выходом (N-l)-ro блока сравненияJвыход каждого из ключей четвертой группы, кроме N-ro и (N- 1)-го, через соответствующий ключ третьей группы соединен с подвижным контактом соответствуюп его переключателя, выходы N-ro и (N-l)-ro ключей четвертой группы соединены с подвижными контактами соответствующих переключателей, вторые неподвижные контакты переключателей, кроме N-ro, соединены с вторым входом второго сумматора, второй неподвижный контакт N-ro переключателя соединен с третьим входом второго сумматора, выход которого является выходом преобразователя, управляющий вход каждого из ключей второй и третьей групп соединен с инверсным выходом соответствующего ему по номеру блока сравнения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 125051, кл. 506G 7/26, 1959. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2648436-, кл. G|06 6 7/26 1978 (прототип).