Функциональный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК G06G7/26 

(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к анйлоговой вычислительной технике.

Известен функциональньга преобразователь , содержащий генератор синусоидального напряжения, фазовращатель, сумматор, блок масштабного преобразования, первый и второй амплитудные модуляторы, первый и второй блоки сравнения, первый и второй линейные выпрямители, первый и второй фильтры.

Этот преобразователь позволяет воспроизводить центральные кривые второго порядка (эллипсы и окружности) 1 .

Его недостаток заключается в невозможности реализации кусочнонелинейной аппроксимации функций дугами указанных выше кривых.

Наиболее близким техническим решением является функциональный преобразователь, содержащий генератор си нусоидального напряжения, сумматор, фазовращатель, включенный между выходом генератора синусоидального напряжения и первым входом сумматора, амплитудный модулятор, информационный вход которого соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, выход - со вторым входом сумматора, а управляющий вход является входом преобразователя, блок преобразования напряжения в фазу, включенный между выхгодом генератора синусоидального напряжения и третьим входом сумматора, выход которого подключен к первому входу блока сравнения , соединенного выходом с управляющим входом блока

10 преобразования напряжения з фазу, и вторым входом - с выходом генератора синусоидального напряжения 2.

Этот функциональный преобразователь не позволяет осуществлять точ15ное (без методической погрешности) воспроизведение центральных кривых второго порядка с дискретно изменяющимися параметрами и реализовывать кусочно-нелинейную аппроксимацию

20 широкого класса нелинейных зависимостей дугами указанных центральных кривых.

Целью изобретения является расширение класса воспроизводимых функ25ций.

Поставленная цель достигается тем, что функциональный преобразователь, содержащий генератор синусоидального напряжения, сум.атор, блок

30 сравнения, фазовращатель, блок преобразования напряжения в фазу, а -1плитудны модулятор, информационный вход которого соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, а выход подключен к первому входу сумматора, информационный вход блока преобразования напряжения в фазу соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, а управЛЯЮ1ДИЙ вход подключен к выходу блока сравнения, выход сумматора соединен с первым входом блока сравнения второй вход которого соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, дополнительно содержит линейный выпрямитель, фильтр нижних частот, дополнительный блок сравнения, блок масштабного преобразователя, блок пороговых элементов/ четыре блока с управляемой проводимостью информационный вход первого из которых соединен с выходом блока преобразования напряжения а фазу, а выход - со вторым входом сумматора, информационный вход второго блока с управляемой проводимостью подключен к выхвду генератора синусоидального напряжения, а выход - к третьему входу сумматора, вход фазовращателя соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, а выход через третий блок с управляемой проводимостью - с четвертым входом сумматора, выход сумматора через четвертый блок с управляемой проводимостью соединен со входом .блока масштабного преобразования, выход которого является выходом преобразователя, выход амплитудного модулятора через последовательно соединенные линейный выпрямитель и фильтр нижних частот соединен с первым входом дополнительного блока сравнения, выход которого подключен к управляющему входу амплитудного модулятора, второй вход дополнительного блока сравнения является входом преобразователя и соединен с первым входом блока пороговых эСлементов, вторЪй вход которого подключен к шине опорного напряжения, а выходы - к управляющим входам Кс1ждого из четырех блоков с управляемой проводимостью.

На фиг.1 представлена схема функционального преобразователя; на фиг. 2 - диaгpa / мa напряжений, поясняющая его работу.

функциональный преобразователь содержит генератор 1 синусоидального напряжения, блок 2 преобразования напряжения в фазу, фазовращатель 3, амплитудный модулятор 4, первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 блоки с управляемой проводимостью, сумматор 9, блок 10 сравнения,дополнительный блок 11 сравнения, линейный выпрямитель 12, f фильтр 13 нижних частот, блок 14 пороговых элементов, блок 15 масштабного преобразования.

Функциональный преобразователь работает следующим образом.

Уравнение эллипса в собственной системе координат, совпадающий с осями эллипса, можно записать следующим образом:

и; i КдУи и КдОу, (1) где Кд-ид/и., - коэффициент аффинног подобия;

c.

напряжения, пропорциональные большой а и малой Ь осям эллипса;

напряжение, пропори„ циональное по величине ординате точки окружности с радиусом, равным Uq;

:Ч

и.

напряжение, величина которых пропорционал - на независимой X и

зависимой у переменным, связанным уравнением эллипса.

Из уравнения (1) видно, что элли можно моделировать с помощью окружности/ аффицио подобной воспроизвоI димомз, эллипсу с радиусом, равным Ug, ипоследующим изменением полученного напряжения Uy, пропорционального ординате окружности, на величину коэффициента Кд. Уравнение (1) позволяет моделировать эллипс в системе координат, совпадающей с осями эллипса. Для воспроизведения эллипса в системе координат XOY, несовпадающей с осями эллипса XOY, необходимо, ввести двадополнительных синусоидальных напряжения йуо и UYO/ сдвинутых по фазе на и определяющих положение центра моделируемой окружности (фиг,2).

Приближенное моделирование широкого класса нелинейных зависимостей осуществляется путем кусочно-нелинейной аппроксимации их дугами указанных центральных кривых. Число участков аппроксимацЛ определяется заданной величиной методической погрешности функционального преобразования. Параметры настройки функционального преобразователя на каждом участке находятся в результате решения задачи аппроксимации, в которой аппроксимирующим выражением является уравнение эллипса указанного вида. Это уравнение можно записать в следующем виде, .удобном для аппроксимации:

х уо±- ъ--д|- ) (2)

С помощью уравнения {2) и уравнения (если функция задана аналитически) или таблицы значений (если функция задана численно) аппрокси1 1ируемой функции составляется система уравнений по одному из известных математических методов, например по методу наименьших квадратов. Полученная система уравнений решается относительно параметров аппроксимирующего эллипса: UQ, Ut,, Uxof Решение указанной системы уравнений осуществляется для каждого участка аппроксимации. При этом величина каждого из участков, на которые разбивается аппроксимируемая кривая, выбирается из условия выравнивания максимальной погрешности аппроксимации по всем интервалам.

воспроизведение функции осуществляется следующим образом.

Напряжение От с выхода генератора 1 синусоидального напряжения поступает на вхо,С1ы блока 2 преобразования напряжения в фазу, фазовращателя 3, модулятора 4, блока 7 с управляемой проводимостью и первый вход блока 10 сравнения. Напряжение с выхода фазовращателя 3, сдвинутое по фазе на 1С/2 относительно напряжения 0,, поступает через блок 6 с управляемой проводимостью на четвертый вход сумматора 9. Напряжение с выхода блока 2 преобразования напряжения в фазу, имеющее, в общем случае, произвольную фазу, поступает через блок 5 с управляем мой проводимостью на второй вход сумматора 9. Напряжение с выхода амплитудного модулятора 4, в общем случае, произвольное по величине и совпёщающее по фазе с напряжением UJ,, поступает на первый вход сумглатора 9. Напряжение на выходе бло- ка 7 с управляемой проводимостью совпадает по фазе с напряжением йу и поступает на третий вход сумматора 9.

Блоки 5 - 8 с управляемой проводимостью представляют собой двухполюсную схему, построенную из резисторов и переключателей.

Блок 14 пороговых элементов представляет собой набор пороговых элементов, например компараторов, один вход которых соединен со входом функционального преобразователя а напряжение по второму входу устанавливается в соответствии с разбивкой диапазона изменения аргумента аппроксимируемой функции на участки. Число пороговых элементов в блоке 14 должно быть больше или равно числу участков кусочно-нелинейной аппроксимации. Эквивалентное сопротивление соответствующего

блока 5 - 8 с управляемой проводимостью на каждом участке аппроксимации должно быть подобрано таким образом, чтобы обеспечить установку по второму входу сумматора 9 1Мпряжения, равного по величине Uо, п° третьему - Uxo О четвертому - Uy. . На первый вход сумматора 9 поступает напряжение с выхода амплитудного модулятора 4, на информационный

вход которого подается напряжение с выхода генератора 1 синусоидального напряжения, а на управляюимй напряжение с выхода блока11 сравнения. На один из входов блока 11

сравнения поступает напряжение с выхода амплитудного модулятора 4 через линейный выпрямитель 12 и фильтр 13 нижних частот, а на другой - напряжение входного сигнала.

При равенстве указанных напряжений на выходе a /Iплитyднoгo юдyлятot a 4 устанавливается синусоидальное напряжение 3 , пропорциональное по величине входному сигналу. На выхоДе сумматора 9 формируется напряжение Uy + YQ R имеющее, в общем случае, произвольную величину и фазу. Напряжение Uy подается на второй вход блока 10 сравнения. Если разница фаз напряжения UY и напряжения генератора 1 синусоидального напряжения равна , то сигнал на выходе блока 10 сравнения равен нулю. В случае отклонения разности фаз этих .напряжений от 7С/2 на выходе блока 10 сравнения появляется сигнал рассогласования , который подается на управляющий вход блока 2 преобразования напряжения в фазу. В результате этого напряжение UR на выходе блока 2 преобразования напряжения в фазу изменяет свою фазу таким образом, что разность фаз напряжений и и

и устанавливается равной lt/2. При

этом на выходе сумматора 9 устанавливается напряжение Uy с фазой У - 7Г/2 относительно напряжения й При изменении в определенных пределах входного сигнала конец вектора

напряжения 3 будет описывать дугу окружности с радиусом, равным величине этого напряжения. Напряжение йу, пропорциональное ординате окружности, поступает через блок В с

управляемой проводимостью на вход блока 15 масштабного преобразования. Напряжение на выходе блока 15 равно и КдОуИ пропорционально по величине ординате воспроизводимого эллипса.

При изменении входного сигнала от нуля до уставки срабатывания .первого порогового элемента Uу, входящего в состав блока 14 пороговых элементов, функциональный преобраэопатель настроен на параметры аппроксимации U, , , Uy , Кд. При достижении входным сигналом уставки срабатывания первого порогового элемента последний срабатывает н осуществляет переключение в блокак 5 - О с управляемой проводимостью, в результате чего устанавливаются новые параметры настройки функционального преобразователя Кд и, и , и Y02. соответствующие второму участку кусочно-нелинейной аппроксимации (фиг.2), При этом точность срабатывания пороговых элементов не имеет особого значения, так как дуги эллипсов на границах интервалов перекрывают друг друга.

Предлагаемый функциональный преобразователь позволяет без изменения схемы реализовать обратное функциональное преобразование.

Этот вывод следует из уравнения (1), которое является обратимым

Х -|д V(KA4. - CUv)

f

Полученное уравнение (3) дает алгоритм обратного функционального преобразования. Отличие от прямого преобразования состоит в изменении на постоянную величину К, напряжения, моделирующего радиус окружности (это сводится к изменению настройки блока 5 с управляемой проводимостью) , изменении коэффициента аффинного подобия на обратную величину --- (это достигается изме с,

нением настройки блока 8 с управляемой проводимостью). В случае моделирования эллипса с центром, не совпадающим с центром-системы координат, в которой реализуется нелинейная зависимость, при обратном преобразовании изменяются также ве - личины напряжений и и Uy , что достигается изменением настройки блоков 6 и 7 с управляемой проводимостью. Кроме этого изменяется также настройка пороговых элементов блока 14, которые настраиваются теперь по диапазону изменения (величины напряжения Uy .

Таким образом, предлах аемый функциональный преобразователь обеспечивает решение более широкого круга задач, чем известный. Он позволяет осуществлять кусочно-нелинейную аппроксимацию нелинейных зависимостей дугаг/ш центральных кривых второго порядка, что позволяет существенно уменьшить методическую погрешнос При воспроизведении кривых, описывающих форму круглых эллиптических деталей с применяющимся профилем, в станках с программным управлением.

Формула изобретения

Функциональный преобразователь, содержащий генератор синусоидального напряжения, сумматор, блок сравнения, фазовращатель, блок преобразования напряжения в фазу, амплитудный модулятор, информационный вход которого соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, а выход подключен к первому входу сумматора, информационный вход блока преобразования напряжения в фазу соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, а управляющий вход подключен к выходу блока сравнения, выход сумматора соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора синусоидалного напряжения, отличающийся тем, что, с целью расшире ия класса воспроизводимых функций, он содержит линейный выпрямитель, фильтр нижних частот, дополнительный блок сравнения, блок масштабногр преобразования, блок пороговых элементов, четыре блока с управляемой проводимостью, информационный вход первого из которых соединен с выходом блока преобразования напряжения в фазу, а выход - со вторым входом сумматора, информационный вход второго блока с управляемой проводимостью подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, а выход - к третьему входу сумматора, вход фазовращателя соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, а выход через третий блок с управляемой проводимостью - с четвертым входом cyNB aTopa, выход сумматора через четвертый блок с управляемой проводимостью соединен с входом блока масштабного преобразования, выход которого является выходом преобразователя, выход амплиЯгудного модулятора через последовательно соединенные линейный выпрямитель и фильтр нижних частот соединен с пер ным входом дополнительного блока сравнения, выход которого подключен к управляющему входу.амплитудного модулятора, второй вход дополнительного блока сравнения является входом преобразователя и соедине с первым входом блока, пороговых элементов, второй вход которого подключен к шине опорного напряжения, а выходы - к управляющим входам каждого из четырех блоков с управляемой проводимостью.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл, G 06 G 7/26, 1980.

Фиг.2 Дуга окру/кмоста с па анетрама 02, Y02 Аппраксами/ 1/ емал припая Дуга уллипса с параметрами 02, Yczy