Функциональный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК G06G7/26 

Изобретение относится к аналогово вычислительной технике. Известен функциональный преобразователь, содержащий генератор синусоидального сигнала, фазовращатель, амплитудный модулятор, два блока сравнения, масштабный блок, сумматор два линейных выпрямителя и два фильт ра нижних частот, который воспроизво дит центральные.кривые второго порядка 1 .. Егонедостатком является то, что он не позволяет моделировать одновременно верхнюю и нижнюю полуокружности эллипса, а также не позволяет непрерывно воспроизводить центральные кривые второго порядка полностью без предварительной перестройки собт ветствующих блоков преобразователя. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является функциональный преобразователь, содержащий источник синусоидального напряжения, сумматор, фазовращатель, включенный между выходом источника синусоидального напряжения и первым входом сумматора, амплитудный модуля-; тор, опорный вход которого соединен с выходом источника синусоидального напряжения, выход - с вторым входом сумматора, а управляющий вход является входом преобразователя, блок преобразования напряжения в фазу, включенный между выходом источника синусоидального напряжения и третьим входом сумматора, выход которого является выходом функционального преобразователя и подключен к первому входу блока сравнения, соединенного выходом с управляющим входом блока напряжения в фазу, а вторым входом с выходом источника синусоидального напряжения 2 , Недостатком этого функционального преобразователя является то, что он не позволяет воспроизводить одно3временно верхнюю и нижнюю части центральных кривых второго порядка, а также осуществлять ими аппроксимацию других не.линейных зависимостей. Цель изобретения - расширение класса задач, решаемых преобразователем,-и повышение его точности. Указанная цель достигается тем, что функциональный преобразователь, содержащий источник синусоидального напряжения, сумматор, блок сравнения фазовращатель, включенный между выхо дом источника синусоидального напряжения и первым входом сумматора, амплитудный модулятор, опорный вход которого соединен с выходом источник синусоидального напряжения, а выходс втооым вхопом сумматора,, блок преобразования напряжения в фазу , включенный между выходом источника синусоидального- напряжения и третьим вхо дом сумматора, выход которого подклю чей к первому входу блока сравнения соединенного выходом с управляющим входом блока преобразования напряжения в фазу, а вторым входом - с выходом источника синусоидального напряжения, дополнительно содержит фильтр нижних частот, дополнительный блок сравнения, блок масштабного преобразования, дополнительный сумматор, переключатель, линейный выпрямитель, вход которого подключен к выходу амплитудного модулятора, а выход через фильтр нижних частот к первому.входу дополнительного блок сравнения, выход дополнительного бло ка сравнения подключен к управляющему входу амплитудного модулятора а зторой вход является входом функци опального преобразователя, четвертый вход первого сумматора соединен с выходом источника синусоидального напряжения, а выход соединен с входом блока масштабного преобразования, выход которого соединен с первым входом переключателя и первым входом дополнительного сумматора, второй вход дополнительного сумматорасоединен с выходом фазовращателя,а выход - с вторым входом переключателя, выход которого является выходом функционального преобразователя, а управляодий вход соединен с.вторым входом дополнительного блока сравнения. На фнг.1 приведена блок-схема функциональногопреобразователя; на 34 фиг.2 диаграмма напряжений, поясняющая его работу. Функциональный преобразователь содержит источник 1 синусоидального напряжения, блок 2 преобразования напряжения в фазу, фазс(вращатель 3, амплитудный модулятор 4, основной 5 и дополнительный 6 сумматоры, линейный выпрямитель Т, фильтр 8 нижних частот, дополнительный блок 9 сравнения, блок 10 масштабного преобразования, основной блок 11 сравнения, переключатель 12. Работа функционального преобразователя основана на реализации алгоритма, полученного путем использ.ования.векторно-электрического метода и применения аффинного преобразования, которое в данном случае заключается в линейном растяжении или сжатии центральных кривых второго порядка. Это можно пояснить следующим образом. Уравнение эллипса в собственной системе координат, совпадающей с осями эллипса, можно записать в виде . и; 1,.и где Кд Uoj/U, - коэффициент аффин-. ного подобия; JQ Ч -напряжения, пропор-циональные большой а и малой b полуосям эллипса; UY напряжение,пропорциональное ординате некоторой точки окружности с радиусом, равным Ug; UK. и; -напряжения, величина которых пропорциональна независимой . X и зависимой Y переменным, связанным уравнением эллипса . Из равнения (1) видно, что эллипс можно моделировать с помощью окружности, аффинно подобной воспроизводимому эллипсу с радиусом, равным одной из полуосей эллипса. При моделировании эллипса в системе координат, не совпадающей с его осями, необходимо сформировать два дополнительных синусоидальных напряжения (вектора) UXQ и Uyo . сдвинутых по фазе на и определяющих положение центра моделируемой окоуж.5 . ности (фиг.2). Поскольку одному зна чению независимой переменной Од соответствуют два значения зависимой пе10еменной Ux и Оу (фиг.2), то, если не принимат ь дополнительных ме функ1диональный преобразователь может воспроизводить без дополнительной перестройки основного блока 11 сравнения и блока 2 преобразования напряжения в фазу только верхнюю или нижнюю части эллипса или окружности. Однако, если настроить функц ональный преобразователь на воспроизведение только одной, например верхней, части эллипса, нижняя част может быть воспроизведена с помощью простой операции суммирования. Первы корень, соответствующий положительному знаку в уравнении (1), может быть определен из геометрических построений по фиг.2 следующим образом:. где U - ордината соответствующей .точки верхней части элли са в собственной с истеме координат эллипса XOY. Нижний корень U можно опреде лить из уравнения Uv.-U.,. Совместное решение уравнений (2) и (З) дает ураневние для воспроизве дения нижней части эллипса без дополнительной перестройки основного блока .1 1 сравнения ,-и;. Для реализации уравнения k необхо димо ввести дополнительный сумматор 6. Поскольку при непрерывном моделировании полного эллипса или окруж ности требуется при периодическом изменении входного напряжения Ux в пределах от Ux-( (ixo К. до U)f2 .о и((|фиг.), осуществлять поочередное воспроизведение верхней и нижней частей эллипса, то необходимо дополнительно ввести еще переключатель 12. Он должен подават на выход функционального преобразователя поочередно напряжения Uy и UY . Переключение должно осуществляться в момент достижения входным сигналом значения напряжений U n-Ux2И) 3 Приближенное воспроизведение широкого класса выпуклых, вогнутых и монотонных функций осуществляется путем их аппроксимации указанными центральными кривыми. Параметры настройки функционального преобразователя при этом находятся решением задачи аппроксимации, аппроксимирующим выражением в которой является уравнение эллипса указанного вида. Это уравнение может быть записано в следующем виде, удобном для аппроксимации: -т lUx-Uxol. (5) С помощью уравнения (5) и уравнения или таблицы значений аппроксимируемой функции составляется система урав нений по одному из известных математических методов, например по методу наименьших квадратов. Полученная система уравнений решается относительно параметров аппроксимирующего элUYO Ua липса : и Воспроизведение функций осуществля ется следующим образом. Напряжение Up - с выхода источника 1 синусоидального напряжения поступает на входы преобразователя 2 напряжения в фазу, фазовращателя 3, амплитудного модулятора t, первый вход сумматора 5 и первый вход основного блока 11 сравнения. Напряжение с выхода фазовращателя 3 сдвинутое по фазе на ttl 72 относительно напряжения поступает на второй вход 5 и первый вход сумматора 6. Напряжение с выхода блока 2 преобразования напряжения в фазу, имеющее, в общем случае, произвольную фазу, поступает на третий вход сумматора 5. Напряжение с выхода модулятора поступает на четвертый вход сумматора 5 и через последовательно соединенные линейный выпрямитель 7 и фильтр 8 нижних частот на первый вход дополнительного блока 9 сравнения, на другой вход которого подается входной сигнал. При равенстве напряжений на входах блока 9 сравнения на выходе амплитудного модулятора устанавливается синусоидальное напряжение U , пропорциональное по величине входному сигналу. На выходе сумматора 5 формируется напряжение О у + + UYQ + Un - U)( , имеющее, в общем случае, произвольную величину и фазу Напряжение Оу поступает на второй

79

вход основного блока 11 сравнения. Если разница фаз|напряжения:Цуи напряжения исто-чника 1 равна 11 то сигнал на выходе основного блока 11 сравнения равен нулю.

При отклонении указанной разницы фаз от 1Г/2 на выходе основного блока сравнения появляется сигнал рассогласования, который подается на управляющий вход блока 2 преобразования напряжения в фазу. В результате напряжение .Urj на выходе блока 2 преобразования напряжения в фазу изменяет свою фазу таким обргГзом, что разность фаз между напряжениями Uy и Uf устанавливается равной При изменении входного напряжения в определенных пределах конец вектора напряжения U будет описывать ,,

дугу окружности с радиусом, равным величине этого напряжения (фиг.2). Напряжение Оу , пропорциональное по величине ординате некоторой точки, лежащей на окружности, поступает на вход блока 10 масштабного преобразоаания. На выходе этого блока формируется напряжение, равное UY Кд UY и пропорциональное по величине ординате эллипса, соответствующей первому корню уравнения (5) Далее это напряжение подается на один из входов переключателя 12 и второй вход сумматора 6. Пос/ едний настроен таким образом, что коэффициент передачи по первому входу раве 2 UYO /Up, а повторому - 1. На выходе сумматора 6 в соответствии с уравнением () формируется напряжение UY , соответствующее второму

:корню уравнения 5 . Выход сумматора 6 соединен с вторым входом переключателя 12, который настраивается

.таким образом,чтобы при периодическо изменении входного сиенала в, ripe eлах от и,( до периодически на, его вйходе напряжения UY и UY Так, например,при возрастании напряжения Ujj в указанных пределах имеем на выходе напряжение UY При достин(ении напряжением U напряжения срабатывания переключатель 12 осуществляет переключение и на его выходе появляется напряжение Uy . При последующем уменьшении напряжения Uj; и достижении им напряжения срабатывания U)( переключатель 12 /станавливается в исходное полржение и на его выходе появляется напрякение UY (фиг.2).

TJ8

Такая схема полного непрерывного моделирования центральных кривых второго порядка позволяет избавиться от перестройки основнЬго блока 11 сравнения и блока 2 преобразования напряжения в фазу. Это позволяет значительно уменьшить время установления соответствующих значений выходного напряжения, уменьшить динамическую ошибку в моменты переключений.

Кроме этого, предлагаемый функциональный преобразователь позволяет иметь одновременно оба корня уравнения (5) центральных кривых второго порядка,-что может иметь значение при,решении сложных задач, где тре- . буется одновременное приближенное моделирование выпуклой и вогнутой функций.

Таким образом, предлагаемый функциональный преобразователь обеспечивает решение более широкого круга задач,чем прототип. Он позволяет осуществлять полное непрерывное моделирование цент|: альных кривых второго порядка без методической погрешности и без перестройки соответствующих блоков функицонального преобра- зователя,позволяет одновременно воспроизводить оба корня уравнения центральных кривых второго порядка и осуществлять аппроксимацию широкого . класса нелинейных зависимостей указанными центральными кривыми, что позволяет повысить точность его работы по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Функциональный преобразователь, содержащий источник синусоидального напряжения, сумматор, блок сравнения, фазовращатель, включенный между выходом источника синусоидального напряжения и первым входом сумматора амплитудный модулятор, опорный вход которого соединен с выходом источник синусоидального напряжения, а выход - с вторым входом сумматора, блок преобразования напряжения в фазу, включенный между выходом источника синусоидального напряжения и третьим входом сумматора, выход которого подключен к первому входу блока сравнения,соединенного выходом с управляющим входом блока преобразования напряжения в фазу, а вторым входом - с выходом источника сину- соидального напряжения, отлича ющийся тем, что, с целью расш рения класса решаемых задач, повышения точности,юн содержит фильтр нижних частот, дополнительный блок сравнения, блок масштабного преобрэ зования, дополнительный сумматор, переключатель, линейный выпрямитель вход которого подключен к выходу амплитудного модулятора, а выход через фильтр нижних частот - к первому входу дополнительного блока сравнения, выход дополнительного блока сравнения подключен к управляющему входу амплитудного модулятора, а второй вход является входом функционального преобразователя, четвертый вход первого сумматора соединен с выходом источника синусоидального напряжения, а выход подключен к вхо9310 ду блока масштабного преобразования, выход которого соединен с первым входом переключателя и первым входом дополнительного сумматора, второй вход дополнительного сумматора соединен с выходом фазовращателя, а выход - с вторым входом переключТтеля, выход которого является выходом функицонального преобраэователя, а управляющий вход соединен с вторым входом дополнительного блока сравнения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР по заявке Н 2828251,кл. G 06 G 7/26, 2.Авторское свидетельство СССР f kBB22k, кл. G Об G 7/2, 1975 (прототип).

ffjro cffue.t