Функциональный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК G06G7/26 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.

Известен функциональный преобразователь, содержащий операционный усилитель, выход которого является Выходом преобразователя, резистор обратной связи, включенный между входом и выходом операционного усилителя, и диодные элементы, выходы которых соединены со входом операционного усилителя, а первый и второй входы соединены соответственно с шиной опорного напряжения и с входом преобразователя 1..

Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловленная влиянием температурной нестабильности падения напряжения на диодах.

Наиболее близким к предлагаемому является функциональный преобразователь, содержащий п диодных ограничителей, первые входы которых соединены и являются входом преобразователя, а вторые входы соединены с шиной опорного напряжения, выходной сумматор, выход которого является выходом преобра; опатс-ля, п резне-торов залания наклонов, объединенных в две группы, первые выво.тт.ы резисторов первой группы соединены с инвертирующим, а первые выводы резисторов второй группы - с неинвертирукицим входами выходного сумматора, резистор смещения, включенный между шиной опорного напряжения и неинвертирующим входом выходного сумматора, свободные выводы резисторов задания наклонов соединены с

10 выходами диодных- ограничителей 2.

Недостатком этого преобразователя является низкая точность, обусловленная тем, что при воспроизведении кусочно-линейной функции имеет место

15 увеличение абсолютной погрешности , при возрастании порядкового номера воспроизводимого участка. Это связано с тем, что выходной сигнал преобразователя на каждом последующем, участ20ке аппроксимации определяется значениями наклона сформированных для меньших значений аргумента базисных функций. Второй недостаток преобразователя - сложность настройки, обуслов25лена тем, что при необходимости изменения наклона аппроксими1руемой функции на отдельном участке аппроксимации имеет место влияние изменения каждого наклона на все участки, соот30ветствующие большим значениям аргумента. Поэтому при изменении наклона некоторого-участка необходимо перестраивать наклоны всех участков с большими порядковыми номерами.

Цель изобретения - повышение точ.ности воспроизведения кусочно-линейной функции и упрощение настройки преобразователя.

Указанная цель достигается тем, что функциональный преобразователь, содержащий п диодньзх ограничителей, первые входы которых соединены и являются входом преобразователя, а вторые входы соединены с шиной опорного напряжения, выходной сумматор, выход которого является выходом преобразователя,п резисторов задания наклонов, объединенный в две группы, первые выводы резисторов первой группы соединены с инвертирующим, а первые выводы .резисторов второй группы - с неинвертирующим входами выходного сумматора, резистор смещения, включенный между шиной опорного на пряжения и неинвертирующим входом выходного сумматора, дополнительно содержит п - 2 дополнительных резистора задания наклонов и п сумматоров выход каждого из которых соединен со свободным выводом соответствующег резистора задания наклонов, а первый,, второй и третий входы соответственно - с входом преобразователя, с выходом соответствующего по номеру диодного ограничителя и с шиной опорного напряжения, выход каждого сумматора, кроме первого и п-го подключенного выходом к выводу резистора задания наклонов первой группы, соединен через дополнительный резистор задания наклонов с неинвертирующим входом выходногосумматора, а выход каждого сумматора, кроме первого и п-го, подключенного выходом к вывЪду резистора задания наклонов второй группы, соединен через дополнительный резистор задания наклонов с инвертирующим входом выходного сумматора.

На чертеже приведена блок-схема функционального преобразователя.

Преобразователь содержит п диодных ограничителей 1|,.,.1п и сумматоров 2.),...,2п, резистор 3 смещения, п резисторов 4,...,4п задания наклонов, п - 2 дополнительных резистора 54,..., 5п-г задания наклонов, выходной сумматор 6.

Преобразователь работает следующим образом.

На вход преобразователя подается напряжение х, изменяющееся по произвольному закону. Это напряжение поступает на входы ограничителей 1 ,..., 1 п и на взсоды сумматоров 2,...,2г). В результате этого на выходах сумматоров 2 л, . .. , 2 п формируется сигнал, имеющий форму вида УХ - , где Хц - пороговое значение напряжение напряжения для К-го ограничителя 1 ,. . . , in и .соответствующего сумматора 2..t, . - , 2п. Полученные сигналы с выходов сумматоров 2...,2п через резисторы 4.,...,4п и 5i,...,5n-a задания наклонов поступает на неинвертирующий или инвертирующий входы выходного сумматора 6, осуществляющего суммирование токов. На выходе сумматора б формируется напряжение у, имеющее форму аппроксимируемой функции t(x), линейно изменяющейся между каждой парой соседних узлов аппроксимации.

Включение сумматоров 2,...,2п и дополнительных резисторов 5 , . . . , 5п-г задания наклонов предложенным спо:собом позволяет реализовать разложение аппроксимируемой функции по кусочно-линейному базису, который обладает тем общим свойством, что каждая базисная функция линейно изменяется в заданных пределах и остается постоянной вне этих пределов.

Математически базисные функции, лежащие в основе работы предложенного преобразователя, могут быть выражены через модуль-функции вида /X - х/ следующим образом

(x)-i-{/x-x /-/x-x,/ )(1

где X - входная переменная, имеющая на практике размерност напряжения; X ( - значение переменной х в

К-ом узле аппроксимации; значение входной переменной в (К+1)-ом узле аппроксимации ;

п - число узлов аппроксимации. Если базисную функцию (1) умножить на наклон , соответствующего участка и просуммировать

у(х) у + (X) , (2)

то получим выражение для аппроксимирующей функции во всей области изменения аргумента х.

После преобразований выражение (2).может быть записано в следующем виде

. . у.) +УП . / I li, к+1

у(х) ., + I 5/х-Х|

- Лги /X - хп/. .(3)

Из выражения (3-) следует, что для реализации кусочно-линейного функционального преобразователя.на основе базиса (1) необходимо производить суммирование модуль-функций вида /х - с коэффициентами, являющимися наклонами аппроксимируемой функции .на соответствующих участках. При этом на каждого внутреннего узла х, К 2, 3,...,п 1 слагаемое /X - х /будет входить в сумма со зн ком минус для левого участка и наклоном .у I а для правого участка со знаком плюс и наклоном . Xi. -X Рассмотренный алгоритм аппроксимации реализуется следующим образом. Сумматоры 2,,...,2п с соответствующими цепями связи и ограничители 1 г/In типа идеальный диод реализуют модуль-функцию, резисто-. ры 4i,...,4nH 5 ,... ,5n-2 задания наклонов реализуют коэффициенты суммы (3),а резистор 3 смещения, подклю ченный к шине опорного напряжения, реализует первое-слагаемое формулы (3). При этом в соответствии с COOTHQ шением (3) необходимо обеспечить рав ные значения величин резисторов нак лонов по выходам двух соседних сумматоров 2, .. ., 2 Г) , а именно попарное равенство резисторов 4i и 5 ,.. , и 4„. Поэтому сумматоры 2 и 2 п , соответствующие первому и последнему узлам аппроксимации, подкл чены своими выходами к входам сумма тора только через один резистор 4 или 4г,наклона, а остальные сумматоры 2g,...,2n-i связаны с инвертирующим и неинвертирующим входами сумматора 6, через два резистора 4г,,.. 40-1 и 5 ,..., 5f,.2. задания наклона. Выбор входа сумматора 6, к которому подключается каждый из рези/;торов 4 , . . . , 4п и 5 , . . . , 5г,.задания наклонов,определяется знаком соответствующего слагаемого суммы(3) и знаком производной аппроксимирующей функции на соответствующемучастке. Например,если на участке между.К-ым и (К+1)-ым узлами линейный участок имеет положительный наклон,тогда ре зистор 4 на вьоходе К-ого усилителя сумматора 2 будет подключен .к неинвертирующему входу сумматора 6, а равный ему по величине резистор 5д (К + 1)-ого сумматора. 2К.4.Ц необходимо подключить к инверти рующему входу сумматора. При.убывани функции на этом участке названные резисторы 4 и 5( должны быть подт ключены наоборот. Поскольку в предложенном преобразователе для аппроксимации иепольэу ются базисные функции, значение которых вне рабочего участка остается постоянным, то с увеличением количества одновременно включенных диодных ограничителей l,...,li;i не про исходит накопление абсолютной погрешности в отличие от прототипа, где базисные функции линейно возрастают на всех участках аппроксимации с большими порядковыми номерами, начиная со значения задаваемого цепью смещения. Кроме того, при настройке предложенного преобразователя изменение наклона на каждом участке аппроксимации может быть выполнено независимо от наклонов на других участках, вне данного участка наклон базисной функции равен нулю. Это позволяет существенно упростить настройку преобразователя. Формула изобретения Функциональный преобразователь, содержащий п диодных ограничителей, первые входы которых соединены и являются входом преобразователя, а вторые входы соединены с шиной опорного напряжения, выходной сумматор, выход которого является выходом преобразователя, п резисторов задания наклонов, объединенных в две группы, первые выводы резисторов задания наклонов первой группы соединены с инвертирующим, а первые выводы резисторов задания наклонов второй группы - с неинвертирующим входами выходного сумматора, резистор смещения, включенный между шиной опорного напряжения и неинвертирующим входом выходного сумматора, отличающийся Тем, что, с целью повышения точности и упрощения настройки, он содержит п - 2- дополнительных резистора задания наклонов и п сумматоров , выход каждого из которых соединен со свободным выводом соответствующего резистора задания наклонов, а первый, второй и третий входы соответственно - с входом преобразователя, с выходом соответствующего по номеру диодного ограничителя.с шиной опорного напряжения, выход каждого сумматора, кроме первого и п-го подключенного выходом к выводу резистора задания наклона первой группы, соединен через дополнительный резистор задания наклонов с неинвертирующим входом выходного сумматора, а выход каждого сумматора, кроме первого и п-го, подключенного выходом к выводу резистора задания . наклонов второй группы, соединен через дополнительный резистор задания наклонов с инвертирующим входом выходного сумматора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Смолов В.Б. Аналоговые вычислительные машины, М., Высшая школа, 1972, с. 266, рис. У1-50. 2.Справочник по нелинейным схемам. Под ред, Д.Шейнголда.М., Мир, 1977, с. 62, фиг. 2.1.16 (прототип).