Кусочно-нелинейный функциональный преобразователь

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение, в частности, при моделировании широкого класса нелинейных зависимостей. Целью изобретения является повышение точности, быстродействия и расширение класса воспроизводимых функций. Функциональный преобразователь содержит генератор 1 синусоидального напряжения, два сумматора 2 и 9 с программируемыми коэффициентами передачи, два блока 3 и 5 выделения модуля, формирователь 4 стробирующих импульсов, усилитель-ограничитель 6, фазочувствительный выпрямитель 7, фильтр 8 нижних частот и блок 10 пороговых элементов. Принцип действия преобразователя основан на кусочно-нелинейной аппроксимации нелинейностей участками центральных кривых второго порядка. Исключение из структуры преобразователя контура автоматического регулирования, содержащего управляемый фазовращатель, выпрямитель и фильтр, позволяет повысить быстродействие и точность. Реализация аппроксимирующей функции, содержащей дополнительный член, позволяет повысить точность аппроксимации и расширить класс воспроизводимых функций. 5 ил., 2 з.п. ф-лы.

своз соактсних социАлистич усни к

Республин (51)5 G 06 С 7/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTQPCHQMV СВМДЕТЕЙЬСТВУ

1 )с дд13стве1.1нци яодит1."т по изоБ ктенияи и отнРытиям п и гннт сса (21) 4461810/24-24 (22) 15.07.88 (46) 07.05.90. Бюл. М 17 (71) Томский политехнический институт им. С.11.Кирова (72) С.И,Сергейчик и В.И.Дозоров (53) 681.335(088.8) (56) Смолов В.Б. и др. Время-импульсные вычислительные устройства. — Yi, .

Радио и связь, 1983, с.151.

Авторское свидетельство СССР

1137488, кл. G 06 G 7/26, 1983. (54) КУСОЧНО-НЕЛИНЕЙНЬП1 ФУНКЦИОНАЛЬНИ1 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение, в частности, при моделировании широкого класса нелинейных зависимостей. целью изобретения является повышение точности, быстродействия и расширение класса воспроизводимых, функций. Функциональный преобpàзова2 тель содержит генератор 1 синусоидального напряжения, два сумматора 2 и 9 с программируемыми козффициентами передачи, два блока 3 и 5 выделения модуля, формирователь 4 стробирующих имп„льсов, усилитель-ограничитель 6, фазочувствительный выпрямитель 7, фильтр 8 нижних частот и блок 10 пороговых элементов.,Принцип действия преобразователя основан на кусочно- не— липейной аппроксимации нелинейностей участками центральных кривых второго порядка. Исключение из структуры преобразователя контура автоматического регулирования, содержащего управляемый фазовращатель, выпрямитель и фильтр„ позволяет повысить быстродействие и точность. Реализация аппроксимирующей функции, содержащей дополнительный член, позволяет ловысить точность аппроксимации и расширить класс воспроизводимых функций. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1562940 раммируемыми коэффициентами передачи, первый блок 3 выделения модуля, формирователь 4 стробирующих импульсов, 5 второй блок 5 выделения модуля усиЭ литель-ограничитель 6, фазочувствительный выпрямитель 7, фильтр 8 нижних частот, второй сумматор 9 с программируемыми коэффициентами передачи и блок 10 пороговых элементов.. - Р1(ПЛ "ч, С1Ux КУ у7

1, если U . 4Б„ Ох „+,„

"1 где р.(U ) х O,ecnn U< Пх1+1 30 переключательная функция1

U ... U . †напряжен срабатывания

9юее эх

xm ...U пороговых элементов, со3S ответствующие границам участков воспроизводимой кусочно-нелинейной зависимости;

U U — параметры воспроизводих ol g oj s

С К U мой кривой на j-м уча1 .1 "1 стке.

В точках сопряжения участков происходит дискретное изменение указанных параметров.

При С =0 уравнение (1) соответст1 вует íà 3-м участке уравнению эллипса где Ux U . — напряжения, опЭ хо1 а1 ределяющие положение центра эллипса;

U Ug =K U — полуоси эллипса. х1 50

Введение дополнительного члена

С U в уравнение эллипса позволяет х выполнить деформацию эллипса вдоль оси аргумента, что дает возможность повысить точность такой аппроксима55 ции, расширяет ее функциональные возможности

Преобразователь работает следующим образом.

Изобретение относится к аналого:вой вычислительной технике .и может найти применение в счетно-решающих устройствах различного назначения, где гребуется воспроизведение широкого класса нелинейных зависимостей

Целью изобретения является повышение точности, быстродействия и расширение класса воспроизводимых, функций.

На.фиг.l приведена блок-схема пре:образователя; на фиг.2 — схема формирователя стробирующих импульсов; на фиг.3 — схема сумматора с программируемыми коэффициентами передачи; на фиг.4 — диаграмма напряжений, поясняющая функциональное преобразование; на фиг.5 — эпюры выходных напряжений некоторых элементов схемы преобразователя.

Функциональный преобразователь содержит генератор 1 синусоидального напряжения, первый сумматор 2 с прогФормирователь 4 стробирующих импульсов (фиг.2) содержит комтаратор

11 и IK-триггер 12.

Двухвходовой сумматор с программируемыми коэффициентами передачи (фиг.3) содержит первый 13 и второй

14 блоки памяти коэффициентов передачи, первый 15 и второй 16 умножающие цифроаналоговые преобразователи и выходной суммирующий усилитель 17.

Преобразователь реализует кусочнонелинейную функцию, описываемую уравнением

На выходе сумматора 2 формируется напр U ° = Ux Uхо1 > где Ux напряжение входного сигнала. Для этого по первому входу устанавливается коэффициент передачи, равный единице, по второму — равный Ux /U, где U напряжение источника опорного напряжения.

Поскольку напряжение U „ является двуполярным, для обеспечения однозначности работы формирователя 4 на выходе сумматора 2 включен выделитель 3 модуля. По этой же причине напряжение генератора синусоидального напряжения 32 U„sinu t поступает на второй сигнальный вход формирователя

4 через другой выделитель 5 модуля.

При равенстве напряжений на сигнальных входах формирователя 4 срабатывает компаратор 11. Для того, чтобы обеспечить двухполупериодное фазочувствительное выпрямление выходные импульсы компаратора Ux поступают на тактовый вход триггера 12, который делит частоту следования импульсов компаратора ll пополам. Последовательность выходных импульсов U фед формирователя 4 показана на фиг.5. Дпя синхронизации триггера 12 с генератором 1 на управляющий вход триггера подается синхронизирующий импульс Пуд

562940

У (2) 5 1 с выхода усилителя — ограничителя 6, эпюра которого приведена на фиг,5.

Откуда видно, что передний фронт импульса на выходе формирователя 4 может появиться только в положительный полупериод синусоидального напряжения генератора 1. Длительность стробирующих импульсов формирователя 4 равна полупериоду синусоидального напряжения . Выходные импульсы формирователя 4 поступают на управляющий вход фазочувствительного выпрямителя

7, на выходе которого формируется напряжение U<<» показанное на фиг.5.

С учетом функциональной характеристики фазочувствительного выпрямителя 7 на выходе фильтра 8 низких частот устанавливается напряжение

Выражение (2) определяет ординату точки, лежащей на окружности радиуса И f в системе координат XOY, совпадающей с центром окружности, соответствующей заданному значению U-.

Напряжение U-, в свою очередь, равно х входному сигналу U<,приведенного к системе координат ХОУ (фиг.4).

Масштабируя напряжение U. в К.

1 раз и суммируя с напряжением ПУ и

С-U„â соответствии с (1 с помощью сумматора 9, получают на его выходе

:напряжение U, описываемое уравнением (1).

Рассмотренный режим работы преобразователя обеспечивает воспроизведение одной четверти эллипса (фиг.4), однако учитывая симметрию эллипса относительно оси ОУ, получаемое на выходе преобразователя напряжение соответствует какому-либо одному корню уравнения (1) — верхней или нижней полуокружности. Выбор требуемого корня обеспечивают соответствующей настройкой сумматора 9. Полное воспроизведение эллипса обеспечивается соответствующей настройкой блока 10 пороговых элементов и выходного сумматора 9: изменение воспроизводимого корня уравнения эллипса должно происходить в крайних точках диапазона изменения аргумента U в системе главх ных осей эллипса ХОУ (точки перегиба

Цх,и Ux,) °

При реализации кусочной аппроксимации происходит дискретное изменение коэффициентов передачи сумматоров 2 и 9 при достижении напряжений сраб .— тывания пороговых элементов. Напряжения срабатывания Ux определяются

5 выбранным разбиением диапазона изме- j нения аргумента функции на участки

° кусочной аппроксимации.

В сумматоре с программируемыми коэффициентами передачи (фиг.3) цифровой код с выхода блока 10 пороговых элементов, содержащий информацию о номере участка кусочной аппроксимации, соответствующего величине входного сигнала, поступает на управляющие входы сумматора, которые соединены с адресными входами блоков 13 и

14 памяти. Выходы укаэанных блоков памяти соединены с цифровыми входами умножающих цифроаналоговых преобразо20 вателей 15 и 16. В блоки памяти занесена информация о величине и знаке коэффициентов передачи цифроаналого— вых преобразователей, умножающие входы которых являются входами соответствующих слагаемых сумматора с программируемыми коэффициентами передачи. Выходные сигналы цифроаналоговых преобразоватегей суммируются усилителем 17, выход которого является вы—

30 ходом сумматора с программируемыми коэффициентами передачи.

В функциональном преобразова",åëå одна из полуосей воспроизводимого эллипса остается неизменной и равной (- (= 111-, что сделано для упрощения понимания принципа его работы.

При практической эксплуатации преобразователя изменение указанной полуоси может быть выполнено, например, 40 неявным образом путем масштабирования входного сигнала.

В данном функциональном преобразователе отсутствует контур автоматического регулирования, включающий фазо45 чувствительный выпрямитель, фильтр нижних частот, управляемый фазовращатель, что существенно упрощает схему преобразователя, позволяет повысить быстродействие устройства, его точ5О ность.

Введение в воспроизводимое уравнение (1) дополнительного члена позволяет выполнить деформацию эллипса вдопь оси аргументов, что обеспечива5у ет дополнительные функциональные возможности предлагаемого устройства, позволяет повысить точность реализуемой аппроксимации по сравнению с известным устройством.

1562940

Формула изобретения

l . Кусочно-нелинейный функциональный преобразователь, содержащий блок

5 пороговых элементов, подключенный входом к входу преобразователя, а выходами — к управляющим входам двух сумматоров с программируемыми коэффи.циентами передачи, первый из которых сочинен входом первого слагаемого с

ВЫХодом преобразователя, а входом второго слагаемого — с шиной ввода опорного напряжения и входом первого слагаЕмого второго сумматора с программируемыми коэффициентами передачи, выход которого является выходом преобраэователя, а вход второго слагаемого подключен к выходу фильтра нижних частот, соединенного входом с выходом фазочувствительного выпрямителя, генератор синусоидального напряжения и формирователь стробирующих импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, бы- 15 стродействия и расширения класса воспрОизводимых функций, в него введены два блока выделения модуля и усилитель-ограничитель, причем выход первого сумматора с программируемыми ко- gp эффициентами подключен через первый блок выделения модуля к первому сигнальному входу формирователя стробирующих импульсов, соединенного вторым сигнальным ВхОдОИ с ВыхОдОм В то рО ГО 3 блока выделения модуля, управляющим

Входом — с выходом усилителя-ограничителя, а выходом — с управляющим входом фазочувствительного выпрямителя, подключенного сигнальным входом к вы- рр ходу генератора синусоидального йапряжения и входаМ второго блока выдепения модуля и усилителя-ограничителя, .а вход третьего слагаемого Второго сумматора с программируемыми коэффициентами передачи соединен с Входом преобразователя.

2. Преобразователь по п.l, о т— л и ч а ю шийся тем, что формирователь стробирующих импульсов содержит компаратор и IK-триггер, подключенный выходом к выходу формирователя стробирующих импульсов, информационным входом — к шине логической единицы, управляющим входом — к управляющему входу формирователя стробирующих импульсов, а тактовым входом — к выходу компаратора,-первый и второй входы которого соединены с первым и вторым сигнальными входами формирователя стробирующих импульсов соответственно.

3, Преобразователь по п.l, о т л и ч а ю ц1 и и с я тем, что каждый сумматор с программируемыми коэффициентами передачи содержит BbIxopHQH суммирующий усилитель, и блоков памяти коэффициентов передачи (где n— количество слагаемых) и и умножающих цифроаналоговых преобразователей, причем каждый блок памяти коэффициента передачи подключен адресными входами к управляющим входам сумматора с программируемыми коэффициентами передачи, а выходами — к цифровым входам соответствующего умножающего цифроаналогового преобразователя, соединенного аналоговым входом с входом соответствующего слагаемого сумматора с программируемыми коэффициентами передачи, а выходом — с входом выходного суммирующего усилителя.

I 562940

Составитель С.Казинов

Редактор Н.Рогулич Техред Л.Сердюкова Корректор В.Кабаций

Подписное

Тираж 556

Заказ 1066

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101