Коммутационный релятор для воспроизведения базовых операций комплементарной алгебры

 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, к электронным устройствам автоматики и систем управления и может быть использовано для параллельного воспроизведения бинарных операций комплементарной алгебры. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет увеличения числа воспроизводимых операций. Устройство содержит компаратор, ключи и резисторы. 2 ил.

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, к электронным устройствам автоматики и систем управления и может быть использовано для параллельного воспроизведения бинарных операций комплементарной алгебры - КА-конъюнкции и КА-дизъюнкции, для взвешенного суммирования и воспроизведения среднего значения двух аналоговых сигналов и др.

Известны коммутаторные схемы, построенные на ключах со скрещенным соединением двух из четырех ключей (см., например, Шестаков В.И. Алгебра коммутаторных схем // Синтез релейных структур: Труды международного симпозиума. - М.: Наука, 1965, с. 87-96, рис. 2, 3 и др.).

Известные коммутаторы воспроизводят только одну функцию - операцию инверсии разности двух аналоговых сигналов, что существенно ограничивает их функциональные возможности.

Наиболее близким к предложенному схемному решению является коммутационный релятор, построенный на четырех ключах с перекрестным соединением двух последовательно соединенных однотипных ключей, в котором управление состоянием ключей (замкнут, разомкнут) осуществляется от компаратора, на первый и второй входы которого подаются управляющие аналоговые напряжения (см. Волгин Л.И. Логико-алгебраические модели электрических цепей, содержащих реляторные коммутаторы // Математические методы и модели: Труды международной конференции. - Ульяновск: УлГТУ. Т. 3, с. 85-88, рис. 1).

Недостатком прототипа является ограниченные функциональные возможности.

Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет увеличения числа воспроизводимых операций.

Технический результат достигается тем, что в коммутационный релятор, содержащий компаратор, выход которого соединен с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого ключей, введены первый, второй, третий и четвертый резисторы, выходные выводы которых соединены соответственно с входными выводами первого, второго, третьего и четвертого ключей, входные выводы первого и второго резисторов соединены и образуют первый переключательный вход коммутационного релятора, входные выводы третьего и четвертого резисторов соединены и образуют второй переключательный вход коммутационного релятора.

Схема коммутационного релятора изображена на фиг. 1. Здесь 1 есть компаратор, на неинвертирующий и инвертирующий входы которого подаются управляющие напряжения x₁ и x₂; 2 - группа четырех ключей, содержащая первый замыкающий S, второй размыкающий третий замыкающий S₂ и четвертый размыкающий ключи; R1, R2, R3 и R2 - соответственно первый, второй, третий и четвертый резисторы с сопротивлениями R₁, R₂, R₃ и R₄.

Схема содержит базовый релятор, содержащий компаратор 1 и группу ключей 2, состоящую из первого замыкающего S₁, второго размыкающего третьего замыкающего S₂ и четвертого размыкающего ключей. Управляющие входы всех ключей присоединены к выходу компаратора 1, неинвертирующий и инвертирующий входы которого являются соответственно первым и вторым компараторными входами коммутационного релятора.

К входным выводам первого, второго, третьего и четвертого ключей присоединены соответственно выходные выводы первого R1, второго R2, третьего R3 и четвертого R4 резисторов. Выходные выводы первого S₁ и третьего S₂ ключей соединены, второго и четвертого ключей соединены и образуют соответственно первый Z₁ и второй Z₂ выходы коммутационного релятора. Входные выводы первого R1 и второго R2 резисторов соединены и образуют первый переключательный вход коммутационного релятора, входные выводы третьего R3 и четвертого R4 резисторов соединены и образуют второй переключательный вход коммутационного релятора.

Работа коммутационного релятора осуществляется следующим образом. При x₁ > x₂ ключи S₁ и S₂ замкнуты, а ключи разомкнуты, что соответствует положению ключей на фиг. 1. Следовательно сигналы y₁ и y₂ проходят на первый выход коммутационного релятора, а Z₂=0 (сигнал на выходе Z₂ отсутствует). При x₁ < x₂ имеем обратную картину - ключи S₁ и S₂ разомкнуты, а ключи замкнуты, т. е. сигналы y₁ и y₂ через ключи проходят на второй выход Z₂, а сигнал на первом выходе Z₁ отсутствует (Z₁ = 0).

Следовательно для ненагруженного коммутационного релятора Z₁ = Λ_A(y₁,y₂) = a₃₁y₁+a₁₃y₂, Z₂ = 0 при x₁ > x₂, (1) Z₁ = 0 при x₁ < x₂, (2) где Λ и V есть символы соответственно КА-конъюнкции и КА-дизъюнкции. Здесь a₁₃ = R₁/(R₁ + R₃), a₃₁ = R₃/(R₁ + R₃), a₂₄ = R₂/(R₂ + R₄), a₄₂ = R₄/ (R₂ + R₄) есть весовые коэффициенты, связанные в (1) и (2) попарно условиями комплементарности a₁₃ + a₃₁ = 1, a₂₄ + a₄₂ = 1, A = (a₁₃, a₃₁) и - кортежи весовых коэффициентов соответственно в выражениях (1) и (2).

Согласно (1) и (2) коммутационный релятор по первому и второму выходам воспроизводит соответственно операции КА-конъюнкции и КА-дизъюнкции, т.е. взвешенные суммы двух аналоговых сигналов y₁ и y₂.

Согласно (1) и (2) при a₁₃ = a₃₁ и a₂₄ = a₄₂ (при R₁ = R₃, R₂ = R₄, R1, R2, R3 и R4 - соответственно первый, второй, третий и четвертый резисторы с сопротивлениями R₁, R₂, R₃ и R₄) коммутационный релятор воспроизводит среднее арифметическое двух сигналов Z₁ = (y₁ + y₂)/2, Z₂ = 0 при x₁ > x₂; Z₂ = (y₁ + y₂)/2, Z₁ = 0 при x₁ < x₂, При R₃ = R₂, R₄ = R₁ воспроизводятся двойственные КА-конъюнкция и КА-дизъюнкция, т. е. бинарные КА-функции в едином базисе весовых коэффициентов и предикатных переменных Y = (y₁, y₂): Z₂ = 0 при x₁ > x₂,
Z₁ = 0 при x₁ < x₂,
где a = R₁/(R₁ + R₂),
Если при x₁ > x₂ входное напряжение y₂=0, то выходные напряжения
Z₁ = y₁R₃/(R₁ + R₃) = y₁a₃₁, Z₂ = 0
При y₁ = 0 и x₁ < x₂ выходные напряжения
Z₂ = y₂R₂/(R₂ + R₄) = y₂a₂₄, Z₁ = 0.

В этом случае коммутационный релятор является делителем напряжения с управляемой коммутацией выходных напряжений Z₁ и Z₂.

При y₁ = x₁ и y₂ = x₂ (при согласованном соединении первого и второго переключательных входов соответственно с первым и вторым компараторными входами коммутационного релятора), приходим к схеме коммутационного релятора, изображенной на фиг. 2, с принудительным переключением состояний ключей на дуальные, воспроизводящего бинарные операции предикатной алгебры выбора:

Здесь I(x) есть единичная функция (оператор Хевисайда), равная нулю при x < 0 и единице при x > 0, I = (I₁₂, I₂₁) - базовый кортеж весовых коэффициентов I₁₂ = I(x₁ - x₂), I₂₁ = I(x₂ - x₁) = 1-I₁₂, I₁₂ + I₂₁ = 1.

Согласно (3) схема, представленная на фиг. 2, воспроизводит операцию альтернативного выбора одного из выходных напряжений Z₁ и Z₂. При этом все вышеприведенные формулы для Z₁ и Z₂ остаются в силе при замене в них переменных y₁ и y₂ соответственно на x₁ и x₂.

Коммутационный релятор может быть использован и как параметрический R-релятор с использованием в качестве выходных величин сопротивлений R_i:

где подстрочные индексы указывают входы и выходы, между которыми фиксируются сопротивления R_i∈{R₁,R₂,R₃,R₄}.
Таким образом, предложенная схема имеет более широкие функциональные возможности при минимальных аппаратурных затратах.

Формула изобретения

Коммутационный релятор для воспроизведения базовых операций комплементарной алгебры, содержащий компаратор, выход которого соединен с управляющими входами первого замыкающего, второго размыкающего, третьего замыкающего и четвертого размыкающего ключей, выходные выводы первого и третьего ключей объединены и образуют первый выход коммутационного релятора, выходные выводы второго и четвертого ключей объединены и образуют второй выход коммутационного релятора, отличающийся тем, что в схему коммутационного релятора введены первый, второй, третий и четвертый резисторы, выходные выводы которых присоединены соответственно к входным выводам первого, второго, третьего и четвертого ключей, входные выводы первого и второго резисторов соединены и образуют первый переключательный вход коммутационного релятора, входные выводы третьего и четвертого резисторов соединены и образуют второй переключательный вход релятора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2