Функциональный преобразователь

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь-/ зовано в различных функциональных устройствах вычислительных, информационных и управляющих систем. Цель изобретения - повьшение быстродействия при воспроизведении гиперболической функции и повышение точности . Преобразователь включает блок формирования гиперболы и совокупность аналоговых и цифровых элементов , образующих систему с дискретной обратной связью, реализующую принцип регулируемого коэффициента передачи. При изменении сигнала па входе преобразователя ча. октаву коэффициенты передачи входящих в него двух ДАЛ также изменяются на октаву . В связи с этим напряжение на входе блока формирования гиперболы . во всем диапазоне изменения сигнала на входе преобразователя поддерживается в постоянных пределах. Это в совокупности с выбором соответствующего значения коэффициента передачи блока формирования гиперболы позволяет поддерживать напряжение на его выходе также в определенных пределах в той части шкалы выходных напряжений , где вычисление выходной функции происходит с минимальной погрешностью . Второй ЦАП и второй масштабный усилитель позволяют привести в соответствие масштабы выходной функции и входного сигнала на каждой октаве с одновременным уменьшением погрешности. Совместное использование реверсивного счетчика и дешифратора , обеспечивающих соответствие между числом записанных в реверсивном счетчике импульсов и номером включенного в ЦДП разряда, повьппает быстродействие преобразователя поскольку максимальное число импульсов , записанных; в реверсивном счетчике , равно числу октав, в пределах которых: изменяется входной сигнал, и числу разрядов в ЦАП. Гладк1-гй характер выходной функции обеспечивается за счет того, что собственно гиперболическое преобразование производится блоком формирования гиперболы . Гибридный принцип построения преобразователя позволяет получить совокупньй положительный эффект от сочетания быстродействия аналоговых и точности цифровых устройств. 2 ил. § (Л N 00 00 00 о ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (дд 4 О 06 С 7/24

ГОсудАРстВенный комитет сссР по делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3948131/24-24 (22) 10.07.85 (46) 15.01.87. Бюл. И 2 (71) Московский авиационный институт им.серго Орджоникидзе (72) А.А.Маслов, Вит.И.Русланов и В.И.Русланов (53) 681.3 (088.8) (56) Тимонтеев В.Н. и др. Аналоговь|е премножители сигналов и радиоэлектронной аппаратуре. М.; Радио и связь, 1982, с.56, рис.4.4.

Коган Б.Я. Электронные моделирую— щие устройства и их применения для исследования систем автоматического регулирования. M.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963, с.231, рис.121. (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь эовано в различных функциональных устройствах вычислительных, информационных и управляющих систем.

Цель изобретения — повышение быстродействия при воспроизведении гиперболической функции и повышение точности. Преобразователь включает блок формирования гиперболы и совокупность аналоговых и цифровых элементов, образующих систему с дискретной обратной связью, реалиэуюшую принцип регулируемого коэффициента передачи. При изменении сигнала на входе преобразователя на октаву коэффициенты передачи входящих в него двух ЦАП также изменяются на октаву. В связи с этим напряжение на

„„SU„„1 2838()5 А 1 входе блока формирования гиперболы во всем диапазоне изменения сигнала на входе преобразователя поддерживается в постоянных пределах. Это в совокупности с выбором соответствующего значения коэффициента передачи блока формирования гиперболы позволяет поддерживать напряжение на его выходе также в определенных пределах в той части шкалы выходных напряжений, где вычисление выходной функции происходит с минимальной погрешностью. Второй ЦАП и второй масштабный усилитель позволяют привести в соответствие масштабы выходной функции и входного сигнала на каждой октаве с одновременнъ|м уменьшением погрешности. Совместное использование реверсивного счетчика и дешифратора, обеспечивающих соответствие между числом записанных в реверсив— ном счетчике импульсов и номером включенного в ЦАП разряда, повышает быстродействие преобразователя поскольку максимальное число импульсов, записанных в реверсивном счетчике. равно числу октав, в пределах которых изменяется входной сигнал, и числу разрядов в ЦАП. Гладкий характер выходной функции обеспечивается за счет того, что собственно гиперболическое преобразование производится блоком формирования гиперболы. Гибридный принцип построения преобразователя позволяет получить совокупный положительный эффект от сочетания быстродействия аналоговых и точности цифровых устройств. 2 ил.! f28380

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в различных функциональных устройствах вычислительных, информационных, управляющих и моделирующих систем.

Цель изобретения — повышение быстродействия при воспроизведении гиперболической функции и повышении точности. f0

На фиг, приведена функциональная схема преобразователя; на фиг, 2 его статическая характеристика алых < (U4» ) °

Функциональный преобразователь (фиг.1) содержит генератор тактовых импульсов 1, первый и второй масштаб-. ные усилители 2 и 3, реверсивный счетчик 4, трехпоэиционный релейный элемент 5, первый 6 и второй 7 циф— роаналоговые преобразователи, двоично-десятичный дешифратор 8, блок 9 формирования гиперболы.

Функциональный преобразователь работает следующим образом.

В основе функционирования аналогоцифрового гиперболического преобразователя (фиг.1) лежит поддержание на— пряжения на входе блока 9 формирования гиперболы в постоянных пределах, ограниченных нижним и верхним пределамй срабатывания Uf, и U трехпозиП1 Ч2 ционного релейного элемента 5 при изменении информационного сигнала на входе преобразователя. 35

В соответствии с принципом работы при изменении входного напряжения

U на октаву изменение коэффициентов передачи первого 6 и второго 7 цифроаналоговых преобразователей

40 происходит также в пределах октавы и производится по командным сигналам, поступающим с выхода трехпоэиционного релейного элемента 5. Моменты переключения последнего, определяющие в конечном итоге работу реверсивного счетчика 4 в режиме сложения, вычитания или хранения записанной информации, зависят от выбора порогов срабатывания U, .Трехгоэи50

1 циониый релейный элемент 5 выполняет функции коммутатора импульсов с выхода генератора на вход сло жения или вычитания реверсивного счетчика 4.. 55

При величине напряжения на выходе первого масштабного усилителя 2 в пределах между Urq u Unz число импульсов, записанных Б рев Ррсивном счетчике 4, сохраняется неизменным.

При увеличении этого напряжения вьппе уровня Цп трехпозиционный релейный элемент 5 вырабатывает командный сигнал, в соответствии с которым импульсы с выхода генератора 1 поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 4. Процесс уменьшения числа импульсов записанных в счет) чике 4, происходит до тех пор, пока за счет уменьшения коэффициента передачи первого ЦАП 6 напряжение на входе блока 9 формирования гиперболы не примет значения, находящегося между

1, и Пп7

Уменьшение напряжения на входе преобразователя вызывает уменьшение напряжения на выходе масштабного усилителя 2. Когда это напряжение станет меньше уровня Цп,,трехпозиционный релейный элемент 5 вырабатывает командный сигнал, в соответствии с которым импульсы с выхода генератора 1 поступают на вход сложения реверсивного счетчика 4. Процесс увеличения числа импульсов, записанных в счетчике 4, происходит до тех пор, пока эа счет увеличения коэффициента передачи первого ЦАП 6 напряжение на входе блока 9 формирования гиперболы не достигнет уровня, находящегося между значениями !1п„и U

Максимальное число записанных в реверсивном счетчике 4 импульсов соответствует числу октав, в пределах которых изменяется входной сигнал.

Так, при изменении U в пределах

0,1 — 10 В (семь октав, две декады) число импульсов в реверсивном счетчике 4 изменяется в пределах 4 — !0.

Для реализации принципа работы преобразователя необходимо обеспечить однозначное соответствие между числом записанных в реверсивном счетчике импульсов и номером включенного при данных значениях разряда каждого из двух ЦАП. В семиоктавном преобразователе, в частности, на первой октаве П „

= 0,078125 †. 0,15625 В, число импульсов, записанных в реверсивном счетчике, равно 10, а коэффициент передачи первого и второго десятиразрядных ЦАП 1 = 0 5 поскольку при этом должны быть включены только их десятые разряды. Для седьмой! 28 3805 октавы аналогичны показатели имек.т значения 1. = 5 — 10 Б, числа Hlllylll,— P,« сов в счетчикe — ч, f1,2= G,0078125.

Указанное соответствие между uH<.— лом импульсон в реверсивном счетчике и номером включс-нного при этом разряда каждого из двух IIATI б и 7 обеспечивается с помощью двоичнодесятичного дешифрятора 8.

Функционирование дискретной системы обратной связи, реализующей принцип регулируемого коэффициента передачи, поддерживает напряжение на нходе блока 9 формирования гиперболы в постоянных переделах во всем

15 диапазоне изменения входного сигнала преобразователя. "Это, н свою ачередь, однозначно определяет изменение напряжения на ныхоле блока 9 формирования гиперболы также в постоянных пре- 20 делах.

3а счет выбора соответствующего значения коэффициента передачи диапазон изменения напряжения на выходе блока 9 формирования гиперболы может быть смещен в ту часть шкалы выходных напряжений, где вычисление выходной функции происходит с минимальной погрешностью !фиг.2) . 30

Второй !1ЛП 7, подключенный своим входом к выходу блока 9 формирования гиперболы, и масштабный усилитель 3, выход которого является выходом преобразователя, позволяет привести в соответствие масштабы выходной функции и входного сигнала на каждой октаве с одновременным уменьшением погрешности преобразования.

Гладкий характер выходной функции 40 в предлагаемом функциональном преобразователе достигается за счет того, что собственно гиперболическое преобразование производится аналоговым устройством — блоком 9 формирования 45 гиперболы.

Обознач м напряжения на входе и выходе преобразователя как U и Бдь,„.„ а напряжения на выходах первого ЦЛП б, первого масштабного усилителя 2, блока 9 формирования гиперболы, второго ЦАП 7, второго масштабного уси лителя 3 и коэффициенты их передачи как, соответственно, U и, U и К

Тогда действительны следующие соотношения:

Пъ = К П =- Г UIx

П 9 A/l-! 2 1 1-!3 !и2 -!д 1

U = K U = K I", I:, = A K. S. /П ( или с учетом значения П получим

Поскольк«; г, = Г 2, то U I« — = Л К /I;, il «, Пля реализации преобразователем гипеРболическай зависимости Бь и= ! /11 „необходимо, чтобы выполня-ос условие К = А К

Исходя из соображений минимизации погрешности вычисления П „„, следует обеспечить получение максимальных з.:ачений выходного напряжения блока 9 формирснацие гиперболы Б . Так, если погрешность преобразования последнего, отнесенная к полной шкале выходного сигнала (н рассматриваемом случае — U9m ), составляет 1, та для П9 = 0,5 П9„ погрешность составит 2Е, а для Б — 0,01 Uo /при полной шкале 10 В

0,01 = G,1 Б! погрешность составит уже 1007.

Поскольку U»= P> К U» результирующая погрешность функционального преобразователя тем меньше, чем меньше значения 1 2 и возрастает с ростом К2 . В -.òîì смысле желательны минимальные значения коэффициента передачи второго маштабного усилителя K> . В та же время, так как коэффициенты передачи в схеме преобразователя связаны соотношением К

2 — К,/А, для уменьшения значений К необходимо при заданном К1 увеличивать значения A.

В качестве блока 9 формирования гиперболы в данном функциональном преобразователе можно использовать аналоговый преобразователь для умножения-деления, например интегральный преобразователь типа 525ПС2, максимальное значение напряжения на выходе которого равно 10 В, а погрешность преобразования, отнесенная к полной шкале, составляет IX.

С учетом сказанного и в соответствии с llpHHIIHlloM действия

= А/!)2„„. = 10 В, где П вЂ” напряжение на выходе второго масштабного усилителя 3, или, что то же, на выходе блока 9 формирования гиперболы. Очевицно что П2 „ин 1-и П м к п

Из выражения для П видно, что при сохранении определенного уровня

U увеличение А должно сопровож9 даться ростом минимального значения

Пг ° TBK K&K U2 мин О, 5 U2 иакс

I 28 .Ч))-. та U+ <) не маже более 5 В. В снязи с эт)гм А„„„;=. 50, а пороги срабатывания трехпазицион ного релейного элемента 5 .должны иметь значения Uz> 5 В и U >

= 10 В.

Имея в виду (фиг,)), что U ь p К a aK)Ke учитывая ньппе приведенные соображения и соотношение параметров в схеме преобразава- )О теля, можно получить выражения для определения коэффициентов передачи масштабных усилителей К = U< /U,„.,„

)ft. При U 10 В, U 10 В и

)а,»„д 0,0078125, K =- 128, а К .= К„ /А 2,56.

Основная составляющая пагрешносги функционального преобразователя определяется инструментальной погрешностью блока 9 формирования гиперба- 20 лы и, с учетом особенностей прохождения сигнала от выхода последнега до выхода преобразователя равна

8;= 1 Ч 12 К2 где 1)9 пОг реп)ность 9 1 Г вычисления значения U на ныходе бла9 ка 9 формирования гиперболы для текущего значения U .„.

Имея в виду, чта погрешность ныI числения О равна Е U<<= 0 „а /1), где Р— погрешность блока 9 фарми а рования гиперболы, отнесенная к полной шкале U> и с учетом выражения для И< E = (1/А) А ) )).1)г К,а

"К2 Ug„, Ц. HooKQJ ьку А =- 50

К, = 128, К = 2 56, 10 В, Е = 65, 536 Kzz(: 1!

Относительная погрешность преобразователя в каждой точке диапазона изменения выходной величины будет различной и применительно к семиактав- 40 а ному преобразователю при Q А = 1X составит ат 1,64Х да 0,04Х при изl менении U „ в пределах 0,1 — 10 В.

Использование принципа гибридности значительно повышает быстродействие 45 функционального преобразователя. В рассматриваемом днухдекадном функциональном преобразователе изменение числа записываемых н реверсивном счет-. чике 4 в процессе егo работы проис- 50 ходит в пределах à- 1 да 7. В та же время число Оазрялав репер; ив))ага

<-четчика 4 B n)9c To unypcl) n . вариан r v функциональном преобразователя . 05P c— .ечивающего погрешность н) )чист)ений равно n = T„, (10 )/() . В саа,— .Отстнии г этим выра):;p )ием для а — 1/ и F = 1,6 )Ж, ) = 6., - -,исла импульсан в реверсивном счетчике 4 и„

cneäoâÿòåëbío, ступеней в, 1РЛ состав— ляет 2" = 64. Использование принципа гибридности обеспечивает в этом случае увеличение быстродействия преобразователя почти в 10 раз.

Ф о р м v л а и з О б р е т е н и я

П ункцианальннй преобразователь, содержащий генератор тактаных импульсан,подключенный выходам к информационному входу трехпазицианнаго релейного элемента, соединенного первым и вторым выходами с входами сложения и вычитания реверсивного счетчика, а управ..яющ)п) входом соединенного с выходом первого масштабногo усилителя, выходы первого. и ВТо рого цифроаналоговых преобразователей подключены к входам соответственно первого и второго масштабных усилителей, выход второго масштабнагo усилителя является выходом преобразователя, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия при воспроизведении гиперболической функции и павьппения точности, н него введены блок формирования гиперболы и двоичнодесятичный дешифратор, подключенный входами к выходам реверсивного счетчика, а выходами падкпюченный к цифровым входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей, нхад и выход блока формирования гиперболы подключены соответственно к выходу первого масштабнага усилителя и аналоговому входу второго цифрааналаганагo преобразователя, аналоговый вход первого цифроаналогового преобразователя янляется инлОрмацианньп! входам функциОначьнагo преобразователя, 1?83805

7

Составитель Н.Зайцев

Редактор В.Ковтун Техред И.Попович Корректор Л.Пилипенко

Заказ 7445/50 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная,4