Многоканальный функциональныйпреобразователь

 

О П И С А H И Е < 840952

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социапистиче синя

Респубики

1 с (61 ) Дополнительное к авт. сеид-ву. (22) ЗаЯвлено 27.04.79 21) 2769606/18-2 (5! )М. Кл.

606 G 7/26 с присоединением заявки №

fecyaapcrseccari квинтет

СССР

Io диам язавретеяня н втярытнй (23) Приоритет (53) УДК 68l. .336(088.8) Опубликовано 23.06.8 l. Бюллетень ¹ 23

Дата опубликования описания, ?6 06 8

К, Н, Шихаев, Г. И, Тахванов, А. К. Денисова, А . Г . Молостнов, В. К. Георгадзе, й. й. Тупицын и Н. B. Белянина (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (64) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОЬРАЭОВАТРЛЬ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для воспроизведения, анализа и экстраполяции взаимосвязанных ограниченно-определенных функций одного общего аргумента

Известен функциональный преобразователь, содержащий прецизионные диодные огратй чители и мостовой формирователь функций, выполненный на дярференциальном сумматоре токов Щ.

Недостатком известного преобразователя является то, что он не обеспечивает одновременного воспроизведения нескольких функций одного общего аргумента. наиболее близким по технической сущ15 ности является многоканальный диодный функциональный преобразователь,содержаmaN пт прецизионных диодных ограничителей, первые входы которых соединены с шиной опорного напряжения, а вторые входы соединены между собой и являются входом преобразователя, М мостовых формирователей функций, каждый иэ которых выполнен на дв ференциальном сумма2 торе токов, (н +2)-х входных масштабных резисторах и (1т1+2)-х токоразветвляющих потенциометрах, неподвижные контакты каждого из которых соединены с ин» вертирующим и неинвертирукнцим входами. дифференциального сумматора токов, а подвижный контакт — с выводом соответствую. щего входного масштабного резистора, свободные выводы входных масштабных резисторов с первого по Ю»ый подключены к соответствующим выходам црецизионных диодных ограничителей свободные выводы (ттт+1) и (от+2) входных масштабных резйбторов соединены соответ ственно с шиной опорного напряжения и входом преобразователя, выходы дифференциальных сумматоров мостовых формирователей функций явлщотся выходами преобразователя (2).

Недостатком этого преобразователя является то, что он обеспечивает только линейную экстраполяцию нескольких функпий одного аргумента и не позволяет осуществ. лять нелинейную экстраполяцию и согла3 . 8400 сованную корректировку нескольких взаимо связанных функций одного аргумента, по желанию оператора в области, где эти функции недостаточно определены.

Цель изобретения- расширение функциональных возможностей преобразователя за счет нелинейной экстраполяции функций.

Поставленная цель достигается тем, 1О что многоканальный функциональный преобразователь, содержащий m прецизионных; диодных ограничителей, первые входы ко-. торых соединены с шиной опорного напряжения, а вторые входы соединены между собой и являются входом диодного функционального преобразователя, и мостовых формирователей функций, каждый из у которых выполнен на дифференциальном сумматоре токов, (W+2)-х входных масштабных резисторах и (п Н-2)-х токоразветвляющих потенциометрах, неподвижные контакты каждого из которых соединены с инвертируюшим и неинвертируюшим входами дифференциального сумматора токов, а подвижный контакт — с выводом соответствующего входного масштабного резистора, свободные выводы входных масштабных резисторов с первого по rn- ый подключены к соответствующим. выходам прецизионных диодных ограничителей, свободные выводы (m +l)-го и (rn + 2)-го входных масштабных резисторов соединены соответственно с шиной опорного напряжения и входом

35 преобразователя, выходы дифференциальных сумматоров мостовых формирователей функций являются выходами преобразователя, дополнительно содержит (m+l) -й прецизионный диодный ограничитель, блок формирования законов экстраполяции и блок согласованной корректировки, а каждый мостовой формирователь функций дополнительно содержит (rn+ 3)-й и (m+4)-й входные масштабные резисторы и токоразветвляюшие потенциометры, неподвижные контакты которых соединены с инвертирующим и неинвертируюшим входами дифференциаль-. ного. сумматора токов, а подвижный

50 контакт — с выводом соответствующего

ЬМ. 3)-го или (Tran-4)-го входных масштабных резисторов, свободные выводы (to+ 3)-х входных масштабных резистОрОВ каждого мОстОВОГО формирователя функций подключены к выходу блока формирования законов экстраполяции, вход которого соединен с выходом (w+l)-го прецизионного диодного ограничителя, 52 4. подключенного первым входом к шине опорного напряжения а вторым входом—

1 ко входу преобразователя, свободные выводы (й +4)-х входных масштабных резисторов каждого мостового формирователя функций соединены с выходом блока согласованной корректировки, вход которого подключен к выходу (m + l)-го прецизионного диодного ограничителя.

Кроме того, блок формирования законов экстраполяции состоит из нелинейного элемента и трехпозиционного переклю чателя, подвижный контакт которого является выходом блока формирования законов экстраполяции, а непбдвижные контакты соединены соответственно с шиной нулевого потенциала, с входом и с abrxoдом нелинейного элемента, вход которого является входом блока формирования законов экстраполяции.

Блок согласованной корректировки состоит из датчика приращений и выключателя, первый контакт которого является входом блока согласованной корректировки, а второй контакт подключен к выходу датчика приращений, вход датчика приращений является входом блока согласованной корректировкии.

На фиг. 1 приведена блок-схема многоканального функционального преобразова-теля; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие его работу.

Многоканальный функциональный преобразователь содержит прецизионные диодные ограничители 1<, l ij ... 1 д+

7 мостовые формирователи функций 2

2 ..... 2, каждый из которых включает дифференциальный: сумматор 3 токов, входные масштабные резисторы 4, 4 ...., 4 + и токоразветвляющие потенциометры 5„, 5 ... 5п1+, блок-формирования 6 законов экстраполяции, состоящий из трехпозиционного переключателя 7 и нелинейного элемента 8, и блок 9 согласованной корректиравки, состоящий выключателя 10 и датчика 11 прираений.

Преобразователь работает следуюшим образом.

B области изменения аргумента, где функции определены, т.е. при Х 6 Х„„ (фиг.2) преобразователь действует по общей интерполяционной. формуле у, (Х) й94 : (a - „,)рс-хк- ) ч„ х-х„ 1, к({ режим I) где — начальное значение реалио зуемой функции; щ — число участков аппроксимации;

5 8409

К вЂ” номер участка,.

С - угловой: коэффициент аппрокК симируюшего отрезка на

K - м участке;

ХК вЂ” абсцисса К вЂ” го узла аппроксимации; (X 1 ("Рк X 7У к к

ОприХ < Хк

- функция сдвига, отображающая смещение (запаздывание) к — ro члена суммы.

Пороговые напряжения устанавливаются при настройке прецизионных диодных ограничителей 14, ......, Напряжения на выходе дифференциальных сумматоров 3 тока

f5

4л(44 2 21 ) где Е.З„, K3> - суммарные входные токи; о — масштабные коэффициенты дифференци ального сумматора токов

Воспроизводимые функции формируются в процессе последовательного срабатывания прецизионных диодных ограничителей, 14, ..., 1д, с увеличением входного сигнала Х. Включение каждого из них добавляет свою долю тока на вход соответствующего сумматора 3 . Боли эти зависят от положения подвижных контактов по тенциометров 5, ....., 5„, . При нейтральном положении подвижного контакта, ток, 55 протекающий по входному масштабному резистору 4„,..., 4 1, распределяется между входами поровну и реакцию на выходе сумматора 3 не создает. При удалении от нейтрали в ту или другую сторону 40 возникает ток разбалансировки, который увеличивает или уменьшает угол наклона ломаной на данном участке аппроксимации.

Тем самым обеспечивается воспроизведение монотонных, немонотонных и энакопергФ менных функций. Устранение необходимости и — кратного увеличения числа прецизионных диодных ограцичителей при воспроизведении функций одного аргумента обеспечивает эначитель- 5О ную зкономию оборудования и упрощения структуры преобразователя.

Кусочно ломаная кривая,.приведенная на фиг. 2, изображает закон изменения g (Х ), который задается известными значениями Q, ц 4, на интервале X (X C X и в дальнейшем, т.е. при X y X, сохраняет постоян52 6 ный наклон как прямая линия, проходящая через точки < 1 .. Учитывая "предысторию" процесса на интервале

Xo (X 6- X 1 в виде совокупности тангенциальных приращений, эта прямая будет представлять линию первого приближения на участке экстраполяции. Она получается автоматически без каких либо переключений в схеме.

Следующие два режима экстраполяции (прогнозирования) основаны на использовании принципа визуальной экстраполяции в предположении о преемственности существ вующих между функциями пространственновременных взаимосвязей (отображается единый rtpouecc), Возможность визуальной экстраполяции базируется на известной в теории случайных процессов и вычислительной математике предпосылке о допустимости глаэомерных оценок, которые при наличии определенных навыков не уступают статистическим и даже их превосхоцят

Наглядное отображение реализуемых функций может быть осуществлено, найример, путем высвечивания. их на экране стандартных электроннолучевой трубки или телевизионного кинескопа. Принцип высвечивания отдельной кривой — синфазная развертка луча по горизонтали и вертикали. Принцип одновременного высве чивания . двух или нескольких кривых— чередование их во времени с частотой, превышающей зрительную инерцию. Во избежание перегрузок при зрительноы восприятии число отображаемых кривых должно быть не более 4-5. На втором этапе (пунктирная кривая 1!., фиг.2) сохраняется линейный закон экстраполирования, но угол наклона берется иным

a ()=q;(x)+(a „-a )(Х-Х )V(X-X )

Использование наглядного отображения позволяет быстреее и правильнее внести необходимые изменения в процесс формиро. вания функций в области значений X > X, особенно при малых значениях rn, как это часто бывает на практике. Знак и величину приращений, вносимых для каждой иэ функций ; (Х) . в отдельности, регулируют с помощью токозадающих потенциометров 5 +,, а общую абсциссу

Х, задают посредством прецизионного диодного ограничителя 1 +, Изменение режимов прогнозирования осуществляется переключателем 7, который соединяет общую точку входных масштабных резисторов 4 + . в режиме T с шиной нулевого потенциала, в режимер

7 84 с выходом прецизионного диодного ограничителя l +q ° ., а в режиме 1Н с выходом нелинейного элемента 8, причем вход нелинейного элемента 8 связан с выходом прецизионного диодного ограничителя 1, „. В простейшем случае нелинейный элемент 8 может представлять собой варистор, характер нелинейности которого корректируется посредством пддключенных к нему параллельного и последовательного переменных резисторов. B режиме III (кривая, фиг.2) используется нелинейная экстраполяция (например, квадратичная или экспоненциальная, как наиболее распространенные в задачах данного класса) 1огда фунК ция g (g) описывается выражением вида

0952 8

1О (()() — функция экстраполяции.

Ход прогноэируемых кривых в диапа зоне Х )X задается оператором так, как это ему представляется наиболее вероятным с учетом предполагаемых корректур, Дополнительное введение в преобразователь токозадвющих потенциометров 5 „

) входных масштабных резисторов 4„,+ выключателя 10 и датчика 4.1 приращений позволяет осуществить режим распределения приращений в диапазоне изменения аргумента Х 7 Х, . Находящийся .в нормально- разомкнутом состоянии выключатель 10 в режиме распределения приращений соединяет общую точку входных масштабных резисторов 4 с выходом датчика 1.1 приращений, вход которого подключен к выходу прециэионно: го диодного .ограничителя 1„

Коэффициенты распределения общего приращения для каждой иэ функций q (Я

1 1 вычисляют заранее и вводят как входные величины с помощью соответствующих токозадающих потенциометров 5 + шкалы которых градуируются в диапазоне от -3. до +l, a величина и знак общего приращения задаются датчиком 1 1 приращений. . ченного свободным выводом к выходу прецизионного диодного ограничителя 1, +<.

Вводимое оператором общее опережающее прирашение: автоматически распределяется между функциями. ; (X), что обеспечивает их согласованную корректировку по вертикали. Распределение приращений может осуществляться как в режиме 1 (при этом подвижный контакт трехпозиционного переключателя 7 соединен с шиной нулевого потенциала), так и в режимах И или И1, каждый из которых обеспечивается соответствующим положением переключателя 7.

Кроме перечисленных воэможностей прогнозирования функций $„(Õ), преоб . раэователь позволяет решать задачи анализа взаимосвязей между ними, т.е. задачи корреляционного типа. При этом коэффициенты взаимосвязи (токоразветвляющие потенциометры 5 < ) варьируются оператором так, чтобы их совокупность обеспечивала желательное продвижение .. данной функции на участке экстраполяции (Х > X } в зависимости от характера, всех остальных.

Предлагаемый многоканальный ф)нк- i циональный преобразователь в отличие от известного позволяет наряду с воспроизведением нескольких функций одного общего аргумента обеспечивать их линейную и нелинейную экстраполяцию, а также согласованную корректировку при использовании визуально-графического отображения реализуемых зависимостей. Практическая безынерционнос ть, прос то та, приспособленность для воспроизведения непрерывных функций позволяют быстро найти прибли4 женные решения в диапазоне изменения аргумента )() X . В сочетании со схемой измерения мгновенных значений напряжения, а при необходимости и с автоматическим цифропечатающим устройством

4 (АБПУ) он может успешно применяться для решения задач экспресс-анализа в экономике. ормула изобретения

Датчик l l приращений . может быть выполнен, например, в виде дифференциального сумматора токов, инвертирую,щий и неинвертирующий входы которого .соединены с неподвижными контактами токозадающего потенциометра, а подвижный контакт последнего связан с выводом входного масштабного резистора, подклю1. Многоканальный функциональный преобразователь, содержащий 1т прецизионных диодных ограничителей, первые вХоды которых соединены с шиной опорного напряжения, а вторые входы соединены между собой и являются входом преобразователя, М мос товых формирователей функций, каждый из которых выпол9 8409 нен на дифференциальном сумматоре токов, (+2)-х входных масштабных резисторах и (m+2)-х токоразветвляющих потенциометрах, неподвижные контакты каждого из которых соединены с инверти5 рующим и неинвертирующим входами дифференциального сумматора токов, а подвижный контакт — с выводом соответствующего входного масштабного резистора ь свободные выводы входных масштабных резисторов с первого по m -ый подключены к соответствующим выходам препизионных диодных ограничителей, свободные выводы (т +l) и (rA + 2)-го вход-ных масштабных резисторов соединены 15 .соответственно с шийой опорного на- I пряжения и входом преобразователя, вы:ходы дифференциальных сумматоров то:ков мостовых формирователей функций являются выходами преобразователя, 20 отличающийся тем, что, с целью расширения функциональнык; возможностей за счет нелинейной экстраполяции функций, он с одержит . (N+ 1)-й прецизионный диодный ограни- 25 читель, блок формирования законов экстраполяции и блок согласованной коррек- . тировки, а каждый мостовой формирователь функций дополнительно содержит (гИ+3)-й и (+4)-й входные масштаб 30 ные резисторы и токоразветвляющие потенциометры, неподвижные контакты которых соединены с инвертирующим и неинвертирующим входами дифференциального сумматора токов, а подвижный контакт — 3s с выводом соответствующего (+3)-го или (й1+4)-го входных масштабных резисторов, свободные выводы (т +3)-х входных масштабных резисторов каждого мосто. вого формирователя функций подключены к 40 выходу блока формирования законов экстра. поляции, вход которого соединен с выхо52 10 дом (rt1 + 1)-го прецизионного диодного ограничителя, подключенного первым входом к шине опорного напряжения, а вторым входом — ко входу преобразователя,, свободные выводы (п +4) -х входных масштабных резисторов каждого мостового формирователя функций соединены с выходом блока согласованной корректировки, вход которого подключен к выходу (П1 +1) -го прецизионного диодного ограничителя.

2. Преобразователь по п. l, о т л ич а ю шийся тем, что, блок формирования законов экстраполяции содержит нелинейный элемент, и трехпозиционный переключатель, подвижный контакт которого является выходом блока формирования законов экстраполяции, а неподвижные контакты соединены соответственно с ши- ной нулевого потенциала с входом и выходом нелинейного элемента, вход которого является входом блока формирования законов экстраполяции.

3. Преобразователь по п. l, о т л ич а ю шийся тем, что блок согласованной корректировки содержит датчик приращений и выключатель, первый кон:такт которого является выходом блока согласованной корректировки, а второй контакт подключен к выходу датчика приращений, вход датчика приращений является входом блока согласованной корректировки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Справочник по нелинейным схемам.

Под ред. й. Шейнголда, М., Мир", l977, с. 62.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке % 2570787/2ф, кл. G 06 5 7/26, 1978.

Составитель Н. Балабошко

Редактор В. Лазаренко Техред„М.Табакович Корректор С. Шекмар

Заказ 4770/75 Тираж 745 Подписное ВНИИПИ Государственного1 комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Ра кая наб.. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4