Функциональный преобразователь Советский патент 1983 года по МПК G06G7/26 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для нелинейных преобразований мгновенных значений сигналов.

Известен функциональный преобразователь, воспроизводящий полиномиальные зависимости при помощи соединенных последовательно звеньев, состоящих из множительного блока и сумматора ;i.

Недостатком преобразователя является сложность расчетов и настройки коэффициентов при воспроизведении полинсмов высоких степеней.

Наиболее близким к предлагаемому является функциональный преобразователь, содержащий выходной сумматор, п блоков перемножения, первые входы которых соединены между собой и с вторым входом первого блока перемножения и являются входом преобразователя, второй вход Кс1ждого следующего блока перемножения соединен с выходом предыдущего, п входов выходного сумматора соединены с выходами соответствующих блоков перемножения, а (п+1)-й и (п+2)-й входы - соответственно с входом преобразователя и шиной опорного напряжения. В преобразователе входной сигнал проходит последовательно через все блоки перемножения, выхсшные сигналы ко5 торых суммируются 2j,

Недостатком известного преобразователя является накопление погрешностей в последовательно соединенных блоках перемножения, особенно при использовании аппроксимации полино10мами Чебышева, при которой часто наблюдаются большие значени:я коэффициентов суммирования высоких степеней входного сигнала. Практически очень трудно воспроизводить таким

15 образом полиномы степени выше шестой ,

Цель изобретения - повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается

20 тем, что функциональный преобразователь, содержащий выходной сумматор, п блоков перемножения, первые входы которых соединены между собой и с вторым входом первого блока перем25ножения и являются входом преобразователя, второй вход каждого следующего блок(а перемножения соединен с выходом предыдущего, п входов выходного сумматора соединен с выходами

30 соответствующих блоков перемножения, а (п+1)-й и (п+2)-й входы - соответственно с входом преобразователя и шиной опорного напряжения, дополнительно содержит ограничитель, дополнительный блок перемножения и дополнительный сумматор, входы кото рого соединены с входами выходного сумматора, выход дополнительного сумматора соединен с первым входом дополнительного блока перемножения, второй вход которого подключен к выходу ограничителя, вход ограничит ля соединен с входом первого блока перемножения, выход, дополнителуюго блока перемножения соединен с (п+3) входом выходного сумматора. На чертеже приведена блок-схема функционального преобразователя, Функциональный преобразователь содержит выходной сумматор 1, допол нительный сумматор 2,п блоков 3 . . .Зр перемножения, ограничитель 4, допол нительный- блок 5 перемножения. Функциональный преобразователь работает следующим образом. Входной сигнал X поступает на об входа первого блока 3 перемножения на выходе которого образуется сигнал X. Этот сигнал подается на вхо следующего блока 3 перемножения, где он умножается на X, образуя на выходе сигнал У. Этот сигнал снова умножается на X и т.д. до тех пор, пока на выходе последнего п-го блок 3 перемножения будет получен сигнал , с выходов блоков 3 . . . 3j, перемножения сигналы поступают с за данными весами на п входов выходного сумматора 1, где они суммируются с нужным знаком. Туда же, на (п+1)и (п+2)-й входы поступают сигналы с входа преобразователя и с шиньз опорного напряжения, соответствуюпщ значениям X и Х°. Ограничитель 4 настраивают таким образом, чтобы напряжение на его выходе было равно нулю при X О (или X 0) и совпадало по величине с входным напряжением при X 5 О (соответственно при X 7/ 0). Пусть, .для определенности имеет место ограничение сверху. Тогда при X / О на один из входов дополнительного блок 5 перемножения поступает нулевое напряжение, при этом его рыходное напряжение также равно нулю и допол нительно введенная часть схемы ника не влияет на работу функционального преобразователя. В этом случае на выходе ycTpo iCTBa. получают многочлен , где а - заданные значения коэффициентов передачи первых (п+2)-х входов выходного сумматора. При X О на один из входов дополнительного блока перемножения 5 поступает входной сигнал X, а на второй - полином вида Г , где Ц f- аналогично предыдущему, заданные коэффициенты. Можно показать, что в этом случае функциональный преобразователь воспроизводит функцию вида : J J Сх) ),,1 t,-x W Аналогично, если ограничитель настроен на ограничение снизу, на выходе устройства получается функция вида ни ; 1 ht-i ; fCx)M а-(. t2} 1-0 1 щ адавая значения коэффициентов и, можно производить аппроксимацию функций смещенными полиномами Чебышева с независимыми коэффициентами для положительных и отрицательных значений входных сигналов. По сравнению с устройством-прототипом, воспроизводящим обычные полиномы Чебышева, предлагаемое позволяет повысить точность аппроксимации за счет уменьшения методической погрешности при воспроизведении гладких функций (порядка 2, где п - количество множительных блоков устройства-прототипа) . Повышенная точность аппроксимации позволяет в большинстве случаев понизить степень аппроксимирующего полинома и, следовательно, аппаратурную погрешность. Кроме того, коэффициенты, с которыми суммируются степени входного сигнала, в этом случае, как правило, намного меньше, чем при аппроксимации обычными полиномами Чебьоиева, что также способствует уменьшению аппаратурной погрешности. Некоторое увеличение погрешности аппроксимации по сравнению с теоретической, вызываемое тем, что коэффициенты при нулевой степени не. меняются при изменении знака входной величины, компенсируется повышением степени аппроксимирующего полинома до (п+2) на одном из участков аппроксимации. Кроме того, указанную дополнительную погрешность можно практически полностью устранить, варьируя коэффициенты аппроксимации (изменяя тип аппроксимации). Подавая на вход ограничителя сигнал вида (Х-а), можно производить аппроксимацию функций на несимметричных относительно нуля отрезках. Кроме того, очевидно, что, используя по два ограничителя, дополнительных множительных блока и вспомогательных сумматора, можно, подавая на входы ограничителей сигналы вида (Х-а) и (Х-Ь), производить аппроксимацию функций сплайнами высокого порядка с независимыми коэффициентами на трех интервалах аппроксимации. При этом выигрыш в точности может достигать . Дальнейшее усложнение функционального преобразователя в направлении, хотя и может повысить точность, нецелесообразно.- . Таким образом, .положительный эффект заключается в повышении точности аппроксимации благодаря воэмбжности использования в предлагаемом функциональном преобразователе полиномиальной аппроксимации с независимым заданием коэффициентов на % азных участках области определения воспроизводимой функции. Формула изобретения Функциональный преобразователь, содержащий выходной сумматор| И блоков перемножения, первые входы ко торых соединены между собой и с вторым входом первого блока перемножения и являются входом преобразователя,, второй вход каждого следующего блока перемножения соединен с выходо предьадущего, м входов выходного сумматора соединены с выходами соответствуюпщх блоков перемножения -а (п+1)-й и (т2)-й входы - c6io BetcT-i венно с входом преобразователя ft ши ной опорного напряжения, о Т: л fe ч а ю щ и и с я тем, что с целью повышения точности преобразования, он дополнительно содержит ограничи тель, дополнительный блок перемножен ния и дополнительный сумматор входи , которого соединены с входами аыхоДг | ного сумматора, выход дополнительяО)6 сумматора соединен с первым BXOjtioM дополнительного блока перемножения, второй вход которого подключен к вы4 ходу ограничителя, вход ограничителя соединен с входом первого 6ЛОК11 церемножения, а выход дополнительного блока перемножения соединен с (1ч4-3)4м входом выходного сумматора Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Справочник по нелинейные схемам. Под pesDi. Д. Шейнголда, М., Мир, 1977, с. 55. 2.Приборы и элементы автоматики и вычислительной техники. РЖ, ЯКСПресс-информация, 1975, вып.7,реф.36f с, 3-5 (прототип).

r KlHxlr-HZlH2

Уоп

Л/

f3ff-i

X

dboroi