Устройство для преобразования координат

 

УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ, содержащее аналоговый мультиплексор, соответствующие информационные входы которого соединены с первым аналоговым входом устройства непосредственно и через первый инвертор и со вторым аналоговым входом устройства непосредственно и через второй инвертор, два управляющих входа аналогового мультиплексора соединены с двумя старшими разрядами с шины задания кода угла поворота, остальные разряды которой соединены с кодовыми входами первого и вторс5го умножающих цифро-аналоговых преобразователей , первый и второй выходы аналогового мультиплексора соединены с неинвертирующими входами соответственно первого и второго операционных усилителей, между выходом и инвертирующим входом каждого из которых включен резистор обратной связи, выходы первого операционного усилителя и первого сумматора через первый и второй масштабные резисторы соответственно соединены с аналоговым входом первого умножающего цифроаналогового преобразователя, выходы второго операционного усилителя и второго сумматора через третий и четвертый масштабные резисторы соединены с аналоговым входом второго умножающего цифро-аналогового преобразователя , выход первого операционного усилителя через пятый масштабный резистор соединен с первым выходом второго умножающего, цифро-аналогового преобразователя и с неинвертирующим входом первого сумматора, выход второго операционного уси,пителя через шестой масштабный резистор соединен с первым выходом первого умножающего цифро-аналогового преобразователя и с неинвертирующим входом второго сумматора, вторые выходы первого и (Л второго умножающих цифро-аналоговых с преобразователей соединены с инвертирующими входами соответственно второго и первого сумматоров, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности преобразоо вания, устройство содержит третий и QD четвертый инверторы, два ключа, двеоо о о со надцать дополнительных масштабных резисторов , третий и четвертый операционные усилители и резисторы обратной связи, включенные между -их выходами и их инвертирующими входами, при этом выход первого операционного усилителя соединен с входом третьего инвертора и через первый дополнительный масштабный резистор с инвертирующим входом второго операционного усилителя , выход которого соединен с входом четвертого инвертора, выход третьего инвертора соединен через второй и третий дополнительные масштабные резисторы соответственно с неинвертирующим и с инвертирующим входами

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН дц С 06 С 7, 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/ "

К ABTOPCH0MV С8ИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3558283/18-24 (22) 28.02.83 (46) 15.06.84. Вюл. К - 22 (72) Ю.И. Петренко (71) Ордена Ленина институт проблем управления (53) 681.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 940181, кл. G 06 G 7/22, 1980.

2. "Электроника", 1981, N - 19, с. 75-77 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ, содержащее аналоговый мультиплексор, соответствующие информационные входы которого соединены с первым аналоговым входом устройства непосредственно и через первый инвертор и со вторым аналоговым входом устройства непосредственно и через второй инвертор, два управляющих входа аналогового мультиплексора соединены с двумя. старшими разрядами шины задания кода угла поворота, остальные разряды которой соединены с кодовыми входами первого и вторбго умножающих цифро-аналоговых преобразователей, первый и второй выходы аналогового мультиплексора соединены с неинвертирующими входами соответственно первого и второго операционных усилителей, между выходом и инвертирующим входом каждого из которых включен резистор обратной связи, выходы первого операционного усилителя и первого сумматора через первый и второй масштабные резисторы соответственно соединены с аналоговым входом первого умножающего цифроаналогового преобразователя, выходы

„„SU„„1098009 А второго операционного усилителя и второго сумматора через третий и четвертый масштабные резисторы соединены с аналоговым входом второго умножающего цифро-аналогового преобразователя, выход первого операционного усилителя через пятый масштабный резистор соединен с первым выходом второго умножающего. цифра-аналогового преобразователя и с неинвертирующим входом первого сумматора, выход второго операционного усилителя через шестой масштабный резистор соединен с первым выходом первого умножающего цифро-аналогового преобразователя

Е2 и с неинвертирующим входом второго Е сумматора, вторые выходы первого и второго умножающих Ннфро-аналоговых (/) преобразователей соединены с инвер- С тирующими входами соответственно второго и первого сумматоров, о т — Я л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, устройство содержит третий и четвертый инверторы, два ключа, две- Я,) надцать дополнительных масштабных резисторов, третий и четвертый опера- 1 ционные усилители и резисторы обратной связи, включенные между .их выходами и их инвертирующими входами, при этом выход первого операционного усилителя соединен с входом третьего инвертора и через первый дополнительный масштабный резистор с инвертирую- )ф» щим входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с входом четвертого инвертора, выход треть- его инвертора соединен через второй и третий дополнительные масштабные резисторы соответственно с неинвертирующим и с инвертирующим входами

1098009 третьего операционного усилителя, выход которого через четвертый допслнительный масштабный резистор соединен с аналоговым входом второго умножающего цифро-аналогового преобразователя, выход четвертого инвертора соединен через пятый дополнительный масштабный резистор с инвертирующим входом первого операционного усилителя, а через шестой и седьмой — c неинвертирующим и с инвертирующим входами четвертого операционного усилителя, выход которого соединен через восьмой, дополнительный масштабный резистор с аналоговым входом первого умножающего цифро-аналогового преобразователя, выход первогс сумИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для выполнения операции преобразования координат вектора при повороте осей координат.

Известны устройства для преобразования координат, выполняющие операцию преобразования координат вектора при повороте осей координат {ротаторы), содержащие сумматоры, множительные блоки и функциональный преобразователь (1 $.

Недостатками данных устройств являются ограниченный диапазон изменения угловой переменной и необходимость использования дополнительного цифро-аналогового преобразователя в тех случаях, когда угловая переменная задана в виде двоичного кода.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее сдвоенный аналоговый мультиплексор, информационные входы которого соединены с входами устройства непосредственно и через инверторы, управляющие входы соединены с двумя старшими разрядами шины задания угла, а выходы — с входами двух операционных усилителей, выходы которых связаны с соответствующими инверторами, два умножающих цифроаналоговых преобразователя (HAH) аналоговые входы которых через соотматора через девятый и десятый дополнительные масштабные резисторы соединен соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами третьего операционного усилителя, выход о второго сумматора через одиннадцатый и двенадцатый дополнительные масштабные резисторы соединены соответс-. твенно синвертирующим и с неинвертирующим входами четвертого операцион- ного усилителя, неинвертирующие вхо ды третьего и четвертого операционных усилителеи соединены с шиной нулевого потенциала через соответствующие ключи, управляющие входы которых соединены с соответствующим разрядом шины задания кода угла поворота. взтствующие резисторы связаны с выходами инверторов, а кодовые входы— с шиной задания угла (2 3.

В данном устройстве координаты

g исходного вектора подвергаются линейному преобразованию с коэффициентами, являющимися дробно-линейными ф нкциями, аппроксимирующими функции синуса и косинуса угловой переменной. Такое

10 устройство принципиально не может реализовать точное преобразование координат вектора, причем погрешность метода достигает 1, 1Х. Кроме того, данный ротатор дает постоянный сдвиг

15 на угол 45, что следует учитывать при задании угла иэ ЦВМ. Это усложняет программирование при использовании данного устройства в вычислительных и управляющих системах.

20 Цель изобретения — повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для преобразования координат, содержащее аналоговый

2> мультиплексор, соответствующие информационные входы которого соединены с первым аналоговым входом устройства непосредственно и через первый инвертор н со вторым аналоговьи вхоЗО дом устройства непосредственно и через второй инвертор, два управляюших входа аналогового мультиплексора соединены с двумя старшими разрядами ши3 1098 ны задания кода угла поворота, остальные разряды которой соединены с кодовыми входами первого и второго умножающих цифро-аналоговых преобразователей, первый и второй выходы аналогового мультиплексора соединены с

5 неинвертирующими входами соответственно первого и второго операционных усилителей, между выходом и инвертирующим входом каждого из которых вклю 0 чен резистор обратной связи, выходы первого операционного усилителя и первого сумматора через первый и ,второй масштабные резисторы соответственно соединены с аналоговым входом первого умножающего цифро-аналогового преобразователя, выходы второго операционного усилителя и второго сумматора через третий и четвертый масштабные резисторы соединены с ана20 логовым входом второго умножающего цифро-аналогового преобразователя, выход первого операционного усилителя через пятый масштабный резистор соединен с первым выходом второго

25 умножающего цифро-аналогового преобразователя и с неинвертирующим входом первого сумматора, выход второго операционного усилителя через шестой масштабный резистор соединен с первым выходом первого умножающего цифроаналогового преобразователя н с неинвертирующим входом второго сумматора, вторые выходы первого и второго умножающих цифро-аналоговых преобразователей соединены с инвертирующими З5 .входами соответственно второго и первого сумматоров, содержит третий и четвертый инверторы, два ключа, двенадцать дополнительных масштабных резисторов, третий и четвертый операционные усилители с резисторами обс ратной связи, включенные между их выходами и их инвертирующими входами, при этом выход первого операционного усилителя соединен с входом третье- "э

ro инвертора и через первый дополнительный масштабный резистор с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с входом четвертого инвертора, выход третьего инвертора соединен через второй и третий дополнительные масштабные резисторы соответственно с неинвертирующим и с инвертирующим. входами третьего операционного уси- 55 лителя, выход которого через четвертый дополнительный масштабный резистор соединен с аналоговым входом вто009 4 рого умножающего цифро-аналогового преобразователя, выход. четвертого инвертора соединен через пятый дополнительный масштабный резистор с инвертирующим входом первого операционного усилителя, а через шестой и седьмой — с неинвертирующим и с инвертирующим входами четвертого операционного усилителя, выход которого соединен через восьмой дополнительный масштабный резистор с аналоговым входом первого умножающего цифро-аналсгового преобразователя, выход первого сумматора через девятый и десятый дополнительные масштабные резисторы соединен соответственно с инвертирующим и с неинвертирующим входами третьего операционного усилителя, выход второго сумматора через одиннадцатый и двенадцатый дополнительные масштабные резисторы соединены соответственно с инвертирующим и с неинвертирующим входами четвертого операционного усилителя, неинвертирующие входы третьего и четвертого операционных усилителей соединены с шиной нулевого потенциала через соответствующие ключи, управляющие входы которых соединены с соответствующим разрядом шины задания кода угла поворота.

В предлагаемом устройстве паразитный сдвиг на угол 45, имеющийся в устройстве-прототипе и усложняющий программирование, устраняется эа счет использования операционных усилителей в режиме суммирования для поворота исходной системы координат в обратном направлении. Введение дополнительных перекрестных обратных связей при помощи дополнительный инверторов и операционных усилителей, знак коэффициентов передачи которых управляется от третьего старшего разряда входной шины, повышает порядок аппроксимации тригонометрических функций, благодаря чему методическая погрешность устройства уменьшается более, чем в 10 раз.

Это позволяет соответственно повысить точность преобразования координат.

На чертеже схематически представлено предлагаемое устройство.

Устройство содержит инверторы 1 и 2, операционные усилители 3 и 4, умножающие цифро-аналоговые преобразователи 5 и 6, сумматоры 7 и 8, масштабные резисторы 9-28, аналоговый мультиплексор 29, аналоговые входы

30 и 31, шину задания кода угла поворота 32, ключи 33 и 34, инверторы

9 1098009 Ь

= 0,5о(П.(7„-45 )

11

„= 0,5ЫЛ„(45 — Y„) (2) цля первого 5 и

112 0 5 02 ((„— 45 ) — 0,5 С1 02(45 — М ) (3) 37 1 2 1 (4) у„= у -х 8 2 2 (6) 35 и 36, операционные усилители 37 и 38 с резисторами обратной связи

39 и 40.

Устройство работает следующим образом. 9

Сигнал х, соответствующий первой координате преобразуемого вектора, поступает на первый вход устройства

30 и инвертор 1, а сигнал у, соответствующий второй координате преобразуемого вектора — на второй вход устройства 31 и инвертор 2. Аналоговый мультиплексор 29 управляется двумя старшими разрядами кода угла поворота Ч, поступающего на шину 32.

Иасштаб угловой переменной 7 выбирают таким образом, чтобы ее изменению от 0 до 360 соответствовало

О о изменение двоичного кода от 0 до 1.

В этом случае два старших разряда кода соответствуют номеру квадранта угла поворота осей координат. При этом порядок соединения сигнальных входов и выходов аналогового мультиплексора 29 выбирают так, чтобы при нахождении угла 4 в 1, 2, 3 и 4-ом

Квадрантах (т.е. при поступлении на шины старших разрядов кодов 00, 01, 10 и 11) на первый выход мультиплексора 29 поступала величина +х, +у, 30

-х, -у, а на второй выход- соответственно +у, -х, -у, +х. При этом мультиплексор 29 используется так же, как и в устройстве-прототипе, для реализации поворота осей координат соответственно на углы О, 90, 180 270

Иасштабные резисторы 25-28 выбирают равными по величине. В этом случае, если напряжение на первом и вто4О ром выходах аналогового мультиплексора 29 обозначить как х и у, а напряжения на выходах операционных усилителей 3 и 4 соответственно как х„- и то можно показать, что

49 и

Преобразование (1) соответствует повороту осей координат на 45 и умножению модуля исходного вектора на )/2/2, Остальная часть устройства, образованная умножающими цифра-аналоговы-" ми преобразователями 5 и 6, сумматорами 7 и 8, операционными усилите-лями 37 и 38. ключами 33, 34 и относящимися к ним масштабными реэистсрами 9-24 и резисторами обратной связи

39-40, служит для поворота осей координат вектора (x1 у ) Ha угол причем угол Ч„, изменяющийся в пределах 0 90О, задан кодом, образов ванным младшими разрядами (начиная с третьего) двоичного кода, поступающего на входную шину данных 32. Этот код угла Ч„ поступает на объединенные поразрядно цифровые коды первого

5 и второго 6 умножающих ЦАП с соответствующих шин младших разрядов вход най шины данных 32. При этом, если обозначить напряжения на аналоговых входах первого и второго умножающих

ЦАП 5 и 6 как U u U, то их выходные токи на первых и вторых выходах соответственно пропорциональны: для второго 6 умножающего ЦАП.

Операционный усилитель 37 служит цля выпопнения операций где S 1 равно 1 или — 1 соответственно при разомкнутом и замкнутом ключе 33.

Цля этого необходимо, чтобы сопротивления резисторов определялись соотношениями:

18 99 . (5)

15 1Ь ЭЭ

Аналогично этому операционный усилитель 38 с резисторам обратной свизи -,0 служит для выполнения операций где S> равно 1 или — 1 при разомкнутом и замкнутом ключе 34.

Таким образом,, с учетом (2), .(3), (4 > и (б) выходные напряжения х и 2 у, устройства-определяются системой уравнении:

1098009

38 2 -2 У1

a(x „+xã)+bUçâ а(у1+у х2 = сх +dU (2 Р -1) у cy„+dU (1 2 ) (7) где а, Ь, с и d — некоторые постоянные, величина которых определяется выбором сопротивлений масштабных резисторов, а 9„ — угол, код которого задан младшими разрядами (начиная с третьего) кода угла .

После преобразований и установкй требуемых коэффициентов передачи систему уравнений (7) можно свести к следующей:

Н = ) COS Y +У 5 п

2 1 4 1 4 (в) у =-Х 51ПУ вЂ” +у со5 Y —, л И

2 1 4 1 4 что соответствует повороту осей координат на угол (Tf

Фактически величина 4 изменяется от -1 до +1, поэтому для сохранения работоспособности устройства коэффи- 30 циент S выбирают равным -1 при V< О.

Таким образом, в случае,-когда третий разряд кода угловой переменной 1, поступающего на входную шину данных

32, равен нулю, S=--1, в противном случае S--1.

Это легко осуществить, управляя ключами 33 и 34 от третьего старшего разряда входной шины данных.

При этом оконечная часть устройства реализует операцию поворота на угол 90 „-45, где 0 < Ч 1+ обозначает величину, заданную младшими разрядами кода входной шины данных 32.

Таким образом, устройство реализует операцию поворота осей координат на угол 0 †360 при изменении величины, заданной кодом угловой переменной, подаваемым на входную шину данных.

Устройство работоспособно и при реализации углов поворота осей кооро динат, больших 360 . При этом старшие разряды .кода угла Чне учитываются.

Если угол V <0, он вводится в дополнительном коде.

Технико-экономический-эффект от использования изобретения опрепеляется повышенной точностью преобразования (погрешность 0> 1-0, 15X) при незначительном возрастании стоимости (на 10-15ХР.

1098009

Составитель Г. Осипов

Редактор Н. Горват Техред Ж.Кастелевиц Корректор Г Решетник

Заказ 4207/40 Тирах 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", г. У кгород, ул. Проектйая, 4