Ранговый селектор
Владельцы патента RU 2292586:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров. Техническим результатом является повышение точности устройства. Устройство содержит n реляторов, каждый из которых состоит из замыкающего и размыкающего ключа, двух устройств выборки/хранения, элемента «MIN», элемента «МАХ», булевого инвертора. 3 ил., 1 табл.
Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров и др.
Известны ранговые селекторы (см., например, фиг.1 в описании изобретения к патенту РФ 2248042, кл. G 06 G 7/25, 2005 г.), которые содержат реляторы и выполняют селекцию из n+1 аналоговых сигналов x1,..., xn+1 сигнала x(r) любого заданного ранга r∈{1,..., n+1}, x(1)=min(х1,..., хn+1),...,х(n+1)=max(x1,..., xn+1).
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных ранговых селекторов, относится низкая точность, обусловленная тем, что их максимальная погрешность Δ определяется выражением Δ=1,5nδ, где δ есть погрешность релятора.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятый за прототип ранговый селектор (фиг.1 в описании изобретения к патенту РФ 2240598, кл. G 06 G 7/25, 2004 г.), который содержит n реляторов и выполняет селекцию из n+1 аналоговых сигналов сигнала любого заданного ранга r∈{1,..., n+1}.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится низкая точность, обусловленная тем, что максимальная погрешность Δ прототипа определяется выражением Δ=(n+1)δ, где δ есть погрешность релятора.
Техническим результатом изобретения является повышение точности при сохранении функциональных возможностей прототипа.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в ранговом селекторе, содержащем n реляторов, каждый из которых содержит объединенные выходами замыкающий и размыкающий ключи, два устройства выборки/хранения, элемент "MIN", элемент "МАХ" и булевый инвертор, причем в каждом реляторе первый, второй входы и выход элемента "MIN" соединены соответственно с входом размыкающего ключа, выходом первого устройства выборки/хранения и входом замыкающего ключа, выход которого соединен с информационным входом второго устройства выборки/хранения, подключенного входом записи и выходом соответственно к входу булевого инвертора, второму управляющему входу релятора и первому входу элемента "МАХ", второй вход и выход которого соединены соответственно с информационным входом первого устройства выборки/хранения, подключенного входом записи к выходу булевого инвертора, и выходом релятора, первый, второй информационные и первый управляющий входы которого соединены соответственно с первым входом элемента "MIN", вторым входом элемента "МАХ" и входом управления замыкающего, размыкающего ключей, выход каждого предыдущего релятора подключен к второму информационному входу последующего релятора, особенность заключается в том, что выход n-го релятора является выходом рангового селектора, первый и второй настроечные входы которого образованы соответственно объединенными первыми и объединенными вторыми управляющими входами первого - n-го реляторов.
На фиг.1, 2 и 3 представлены соответственно схема предлагаемого рангового селектора, схема релятора, использованного при построении этого селектора, и временные диаграммы сигналов настройки.
Ранговый селектор содержит n реляторов 11,..., 1n. Каждый релятор содержит замыкающий и размыкающий ключи 21 и 22, первое и второе устройства выборки/хранения 31 и 32, элемент "MIN" 4, элемент "МАХ" 5 и булевый инвертор 6, причем первый, второй входы и выход элемента 4 соединены соответственно с входом ключа 22, выходом устройства 31 и входом ключа 21, выход которого соединен с выходом ключа 22 и информационным входом устройства 32, подключенного входом записи и выходом соответственно к входу инвертора 6, второму управляющему входу релятора и первому входу элемента 5, второй вход и выход которого соединены соответственно с информационным входом устройства 31, подключенного входом записи к выходу инвертора 6, и выходом релятора, первый, второй информационные и первый управляющий входы которого соединены соответственно с первым входом элемента 4, вторым входом элемента 5 и входом управления ключей 21, 22. Выход каждого предыдущего релятора подключен к второму информационному входу последующего релятора, а выход релятора 1n является выходом рангового селектора, первый и второй настроечные входы которого образованы соответственно объединенными первыми и объединенными вторыми управляющими входами реляторов 11,..., 1n.
Работа предлагаемого рангового селектора осуществляется следующим образом. На первые информационные входы реляторов 11,..., 1n подаются подлежащие обработке аналоговые сигналы (напряжения) х1,..., хn соответственно; на второй информационный вход релятора 11 последовательно подаются аналоговый сигнал (напряжение) хn+1 и опорное напряжение хmin(xmin+(n-1)δ<х1,..., хn+1, δ - погрешность релятора); на первый, второй настроечные входы селектора подаются соответственно цифровые сигналы y1, y2∈{0,1} (фиг.3). Если y1=1 (y1=0), то ключ 21 замкнут (разомкнут), а ключ 22 разомкнут (замкнут). При y2=1 (y2=0) устройства 32 и 31 работают соответственно в режимах выборки (хранения) и хранения (выборки). Элементы 4 и 5 воспроизводят базовые операции бесконечнозначной логики (БЛ): соответственно БЛ-конъюнкцию (min) и БЛ-дизъюнкцию (max), то есть осуществляют выбор соответственно наименьшего и наибольшего из двух аналоговых сигналов, действующих на их входах. Следовательно, напряжение на выходе релятора будет определяться рекуррентным выражением
где символами ∨ и · обозначены соответственно операции max и min; 
есть номер периода Тj сигнала y2 (фиг.3); W01=xn+1, W02=...=W0(n+1)=xmin; δ - погрешность релятора 1i. Длительность Δt половины периода Тj=2Δt сигнала y2 должна удовлетворять условию Δt≫τn, где τ есть длительность задержки, вносимой элементом 5. Ниже в таблице приведены значения выражения (1) при n=3, полученные с использованием тождеств (1.37), (1.38), которые представлены на стр.8 в книге Левин В.И. Бесконечнозначная логика в задачах кибернетики. М.: Радио и связь, 1982 г. (Л1).
| W11=(x1∨W01)+δ=(x1+δ)∨(x4+δ) |
| W21=(x2∨W11)+δ=(х2+δ)∨(x1+2δ)∨(x4+2δ) |
| W31=(x3∨W21)+δ=(x3+δ)∨(x2+2δ)∨(x1+3δ)∨(x4+3δ) |
| W12=(x1W01∨W02)+δ=(x1+δ)(x4+δ) |
| W22=(х2W11∨W12)+δ=(x2+δ)(x1+2δ)∨(x2+δ)(x4+2δ)∨(х1+2δ)(x4+2δ) |
| W32=(x3W21∨W22)+δ=(x3+δ)(x2+2δ)∨(x3+δ)(x1+3δ)∨(х3+δ)(х4+3δ)∨(x2+2δ)(x1+3δ)∨(x2+2δ)(x4+3δ)∨(х1+3δ)(x4+3δ) |
| W13=(x1W02∨W03)+δ=xmin+δ |
| W23=(x2W12∨W13)+δ=(x2+δ)(x1+2δ)(x4+2δ) |
| W33=(x3W22∨W23)+δ=(x3+δ)(x2+2δ)(x1+3δ)∨(x3+δ)(x2+2δ)(x4+3δ)∨(x3+δ)(x1+3δ)(x4+3δ)∨(x2+2δ)(x1+3δ)(x4+3δ) |
| W14=(x1W03∨W04)+δ=xmin+δ |
| W24=(x2W13∨W14)+δ=xmin+2δ |
| W34=(x3W23∨W24)+δ=(x3+δ)(x2+2δ)(x1+3δ)(x4+3δ) |
С учетом формул, приведенных в таблице, нетрудно вывести непосредственное выражение для Wnj:
где ak(n+2-j)≠...≠ak(n+1)∈{a1, (,an+1},
есть количество неповторяющихся БЛ-конъюнкций ak(n+2-j)...ak(n+1), определяемое как число сочетаний из n+1 по n+1-j. При j=n+2-r выражение (2) совпадает с видом поисковой функции (функция (6.7) на стр.117 в Л1), которая реализует алгоритм поиска (селекции) элемента а(r) заданного ранга r∈{1,..., n+1} в множестве {а1,..., аn+1} (а(1)=min(а1,..., аn+1),..., а(n+1)=max{а1,..., аn+1)). Таким образом, на выходе селектора (фиг.1) получим
Поскольку согласно последнему равенству сигнал на выходе селектора (фиг.1) может быть равен любой компоненте кортежа (а1,..., аn+1), а с учетом (3): a1=x1+nδ, а2=x2+(n-1)δ,..., аn=хn+δ, аn+1=xn+1+nδ, где х1,..., хn+1 и δ есть соответственно входные аналоговые сигналы и погрешность релятора, то максимальная погрешность селектора будет определяться выражением Δ=nδ.
Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемый ранговый селектор выполняет селекцию из n+1 аналоговых сигналов сигнала любого заданного ранга r∈{1,..., n+1} и обладает более высокой по сравнению с прототипом точностью.
Ранговый селектор для селекции из n+1 аналоговых сигналов сигнала любого заданного ранга r∈{1,..., n+1}, содержащий n реляторов, каждый из которых содержит объединенные выходами замыкающий и размыкающий ключи, два устройства выборки/хранения, элемент "MIN", элемент "МАХ" и булевый инвертор, причем в каждом реляторе первый, второй входы и выход элемента "MIN" соединены соответственно с входом размыкающего ключа, выходом первого устройства выборки/хранения и входом замыкающего ключа, выход которого соединен с информационным входом второго устройства выборки/хранения, подключенного входом записи и выходом соответственно к входу булевого инвертора, второму управляющему входу релятора и первому входу элемента "МАХ", второй вход и выход которого соединены соответственно с информационным входом первого устройства выборки/хранения, подключенного входом записи к выходу булевого инвертора, и выходом релятора, первый, второй информационные и первый управляющий входы которого соединены соответственно с первым входом элемента "MIN", вторым входом элемента "МАХ" и входом управления замыкающего, размыкающего ключей, выход каждого предыдущего релятора подключен к второму информационному входу последующего релятора, а объединенные первые и объединенные вторые управляющие входы первого - n-го реляторов соединены соответственно с первым и вторым настроечными входами рангового селектора, при этом на первые информационные входы первого - n-го реляторов подаются первый - n-й аналоговые сигналы соответственно, отличающийся тем, что выход n-го релятора является выходом рангового селектора, при этом в первом и k-м 
периодах цифрового сигнала, подаваемого на второй настроечный вход рангового селектора, на второй информационный вход первого релятора подаются соответственно (n+1)-й аналоговый сигнал и опорное напряжение.
