Функциональный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК G06G7/19 

(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в устройствах, предназначенных для кусочно-линейной аппроксимации произвольных, функций. Известен фуикционалъный преобразовате ль, содержащий генератор ортогональных функций, блок управления, управляемые инверторы, счетчик, дешифратор, ключи и блоки взвешенного суммирования Ц. Известен также функциональный преобразователь, содержащий генераторы функций Уолша, труппы ключей, блоки весош 1Х резисторов, сумматоры, блок вычитания, управляемый инвертор и интегратор 2. Недостатками известных функциональных преобразователей являются пониженные производительность и точность вое- произвецения произвольных функций, заца ваемых соответствующими выборочными последовательностями своих зиaчeниЙJ Наиболее близким к предлагаемому является ..функциональный преобразователь, содержащий первую группу из п бипопярных ключей (где п +1 - количество членов аппроксимирующего ряда функций), подключенных сигнальными входами к шине ввода выборочных значений входного сигнала, управляющими входами.- к соответствующим заходам первого генератора функций Уолша, а выход каждого биполярного ключа подключен к входу соответствующего интегратора основной гругапд интег- раТОрОВ, вторую rpiynny из П бИ1ЮП5фНЫХ ключей, соединенных управляющими входами с соответствующими выходами второго генератора функций Уолша, и выходной сумматор, первый вход которого подключен к шине ввода постоянной состав-v пяквдей входного сигнала, а остальные входы - к выходам соответствующих биполярных ключей второй группы биполяр1НЫХ ключей, соедвненных снгнапьньтми входами с выходами соответствующих интеграторов основной группы интеграторов 13. Недостатком прототипа является пониженная точность функционального преобразования, обусповпенная кусочно-ступенчатым характером аппроксимации входного сигнапа. Цель изобретения - повышение точности функционального преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобразователь, содержащий первую группу из биполярных ключей {где п +1 - количество аппроксимирующего ряда функций), подкгаоченных сигнальными входами к шине ввода выборочных значений входного сигнала, управляющими входами - к соответстВующим выходам первого генератора 4ункиий Уолша, а выход каждого ипонярнрго ключа первой группы подключен к входу соответствующего интегратора группы интеграторов, вторую группу из п биполярных ключей, соединенных управпяющими входами с соответствующими выходами второго генератора функции Уол ша, н выходной сумматор, первый вход которого подключен к шине ввода постоян ной составпяюшей входного сигнала, дополнительно введены многовходовый интегратор и п аналоговых блоков взвещен ного аигебраического суммирования, причем каждый блок взвешенного алгебраического суммирования соединен входами с выходами интеграторов группы и с шиной ввода постоянной составляющей входнс го сигнала, а выходом - с сигнальным входся соответствующего биполярного ключа второй группы биполярных ключей, подключенных выходами к соответствующим входам многовходового интегратора, выход которого соединен со вторым входом маходного сумматора. На чертеже изображена блок-схема функционального преобразователя. Преобразователь содержит первую груп пу из п биполярных ключей 1 (где п количество членов аппроксимирующего ряда функций), подключенных сигнальными входами к шине ввода выборочных значеНИИ входного сигнала, управляющими входами - к соответствующим выходам первого генератора 2 функций Уогша, а выхЬд каждого биполярного ключа 1 подключек к йходу соответствующего интеграторагруппы интеграторов 3. С выходами интеграторов 3 и с щи ной ввода постоянной составляющей входного сигнапа соединены входы каждого из щ аналоговых блоков 4 взвешенного алгебраического суммирования. Выход каждого блока 4 соединен с сигнальным входом соответст :вукяцего биполярного ключа второй груп- пы из п биполярных ключей 5, подкшо ченных управляющими входами к соответствующим выходам второго генератора 6 функций У о лша, а выходами - к входам многовходового интегратора 7. Выходной сумматор 8 соединен первым входом с шиной ввода постоянной составляющей входного сигнала, а вторым входом - с выходом интегратора 7. Каждый из блоков 4 может быть реализован на суммирующем усилителе, к прямому и инверсному входам которого подключены соответствующие весовые резисторы. Принцип действия функционального преобразоватепя основан на разложении и последующем восстановлении входного сигнала аппроксимирующим рядом интегральных (кусочно-линейных) функций Уолщд. Разложение входного сигнапа (t) явпяющегося функцией времени t , с йомощ ю интегральных функций Уолша можно представить в виде fit) eC;Plst), И) где Р (i - интегральные функции Уопша, которые определяются как ,Л). Гчуа U.t dCOiUT, (05 J - А/ UO/I,,... VI Р1.0Л)Г, ,;)- функции Уо)Ш1а; С -, - коэффициенты разложения в ряд интегральных функций Уолша; Т - интервал задания аргумента. Коэффициенты С- разложения (t) в рад интегральных ({ нкций Уопша равны Г -- Jittjwdg(i,ijat,(3) . - . гДе s(/at4,) -производная от функции Уолша. OocKonbjcy Nwctt(i,t) есть последовательность дельта-функций с переменными знаками и амплитудами веса 2 в точках знакоперемен (за исключением конечных точек, где амплитуды с весом ), интеграл в выражении (3) представляет линейную комбинацию выборок .t). Таким образом, дл определения коэффициентов С i из (1) необходимо выбрать сигнал t) в точках О, Т н du Т гДе 0. - 1,2, ..., 2 -1- номера отсчетов функции K.i)(n-uenoe чиспо; n - число интегральных функций, исп зуемых для разложения функции ) (без учета постоянной составляющей В матричной форме (3) можно запис рде 5V - матрица Уопша; W - матрица, обратная матриц vw- коэффициенты Уопша; ( W - матрица связи коэффициен Уолша с коэффициентами Таким образом, для получения аппро мированного значения функции в любой м ментвремени t необхоцимовычислйть .фициентыО разложения функции (.v) функциям Уолша; перейти с помощью ф- от С, к С,- вычитая рикы связи при этом из каждого С; постоянную составляющую С XQ умножить каждую функцию Уолша wo ЕС,) на соответствующий Коэффициенте; , проинтегрировать взвешенные по амплитудам функции Уопша, , суммируя полученные значения в любой фиксированный момент времени с добавлением постоянной СОСТаВЛ5ПОШеЙ Преобразователь работает следующим образом. На сигнальные входы ключей 1 первой группы биполярных ключей поступаю с тактовой частотой напряжения, пропорциональные значениям-входного сигнала, т.е. значениям аппроксимируемой функции Ct). С выходов ключей 1 эти напряжения, инвертированные или повторенные в соответствии с законом изменения функций Уопша (формируемых генератором 2), поступают на интеграторы 3 группы интеграторов. В результате этого по истечении времени Тд (Тд - интервал задания функций Уолша генератором 2) на выходе интеграторов 3 формируются напряжения, пропорциональные коэффициентам Csjv разлокения it) по функциям Уолша. Эти напряжения поступают на входы аналоговых блоков 4 взвешенного алгебраического суммирования, где суммируются с весами, определяемыми в соответствии с матрицей связи ф . При этом, если перед весовым значением в матрице. связи стоит знак минус, то весовой резистор в блоке 4 подключается к инверсному входу суммирующего v усилителя блока 4, если - подключается к прямому входу усилителя. Напряжение постоянной составляющей Хд подключается к инверсному входу усилителя блока 4 через весовой резистор с единичным коэффициентом передачи. Сформированные напряже ння, пропорцн-. ональные коэффициентам С;; с выходов блоков 4 поступают на сигнальные входы ключей 5 второй группы, работой которых управляет второй генератор 6 функций Уолша. Напряжения с выходов кшочей 6 суммируиУгся и интегрируются на многовходовом интеграторе 7. входное напряжение интегратора 7 на сумматоре 8 суммируется с постоянной соста6ляк шей входного сигнала, в результате на выходе сумматора 3 формируется напряжение, представлякидее собой аппроксимацию входного сигнала рядом интегральных фуншшй Уолша.,, Для получения на выходе преобразователя промежуточных (по отношению к ирпользуемым входным, выборкам) значений аппроксимированного входного сигнала необходимо увеличивать тактовую частоту второго генератора 6, с помощью которого происходит восстановление функции в соответствии со степенью чистш 2. Рассмотрюнный функциональный преобразователь позволяет по сравнению с прототипом существенно повысить точнсють функционального преобразования, так как использование интегральных функций Уолша позволяет реализовать кусочно-линейную аппроксимацию, погрешность которой значительно меньше погрешности кусочно-ступенчатой аппроксимации. Формула изобр е т е н и я Функциональный преобразователь, содержащий первую группу из г биполяр , ных ключей (где п - количество членов аппроксимирующего ртда функций), подключенных сигнальными входами к шине ввода выборочных значений входного сигнала, управляющими входами - к соответствующим выходам первого генератора функций Уолша, а выход каждого биполярного ключа первой группы подключен к входу соответствующего интегратора группы интеграторов, вторую группу из ti биполярных ключей, соединенных управляющими входами с соответствующими выхо-дами вторюго генератора функции Уолша, и выходной сумматор, первый вход которого подключен к шине ввода постоянной си ставляющей входного сигнала, отличающийся тем, что, с цепью повышения точности функционального преобразования, в него введены многовходовый интегратор и п аналогоыз1х блоков взвешенного алгебраического суммирования, причем ка кдь1й блок взвешенного алгебраического суммирования соединен входами с выходами интеграторов группы и с ши- ной ввода постоянной составляющей входного сигнала, а выходом - с сигнальным входом соответствующего биполярного ключа второй группы биполярных ключей, подключенных выходами к соответствующим входам многовхоаового интегратора, выход которого соединен со вторым входом выходного сумматора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 590776, кл. q Об J З/ОО, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР 608178. кл. G Ов q 7/26, 1976. 3.Зарубежная радиоэлектроника, 1972, № 5, с. 21-23 (прототип).

Z3