Функциональный преобразователь

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсннк

Соцналистическнк

Ресиубл н

««840958 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 12.10.79 (21) 2839350/18-24 с прнсоединеннем заявки № (23) Приоритет

Онублнковано 23.06.81" Бюллетень ¹ 23 (51)М. Кл.

5 06 С, 7/26 еооударотевииьа1 комитет

СССР

IIo делам изооретеиий и открытий (53) УДК 681.335

{ 088.8) Дата опубликования описания 23.00.81 г

/..

Ю. Д. Сверкунов и A. Е. Ислаев.

/ (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (S4) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к аналоговой

Вычислительной технике.

Известен функциональный преобразователь, содержащий тт каналов, каждый из которых содержит блок нелинейного преобразования, описываемого полиномом степени ч, причем все блоки нелинейного преобразования отличны друг от друга, сумматор, соединенный входами с выходами всех каналов (1 .

Недостатком такого функционального преобразователя является высокая пот решность преобразования и низкая технологичность, обусловленная наобхолимостью

15 иметь различные блоки нелинейного преобразования, которые должны реализоваться набором элементов с различными нелинейными характеристиками.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является функциональный преобразователь, содержащий делитель напряжения, К блоков полиномиального преобразования,. сумма матор, выход которого является выходом функционального преобразователя, а входы соединены с выходами соответствующих блоков полипом иального преобразования, входы блоков полиномиального преобра.-. зования соединены с соответствующими выходами делителя напряжения, вход которого является входом преобразователя. В этом преобразователе достигается существенное повышение технологичности идентичных блоков полиномиально го преобразования 121.

Этому преобразованию присуща недостаточная точность, обусловленная чувствительностью к технологическим разбросам параметров, в частности, величин коэффициентов деления делителя напряжения.

Цель изобретения - повышение точнос-. ти устройства путем снижения чувствительности к технологическому разбросу параметров устройства.

40958 4 .пения коэффициентов 0., $, ..., g

11 обеспечивающих реализацию требуемой функции, для удобства анализа полагая

К m

Пусть на входы блоков 4, 42, ...,4, поступают с выходов делителя 2 напряжения "ЬХ„ С» "Ьх (l 1,2,...,d), а с выходов делителя 3 напряжения U>x, 1 U |, (4 d +1 " K)

Учитывая, что все блоки 4„, ...,4, одинаковы, полином iп =", à 0Ьых=

-, :k) U, на выходе каждого

ФФ1 из них имеем соответственно

=с ко +с2К Ц2+ +С "к О

"Ьых.«< Ьх 1 2 вх 1 m ex о =с ц +як о2+ +с.""к 0

ЬыХ.2 2 1 ВХ. 2, 2 ЬХ. 2 m ЬХ.(1)

° ° ° °

Ъ

1 ° о =с к о с2к 2+ +ск о

Ьых.к < ьх. 2 ьх. m ьх С, С™4

С .. С

2" 2

С ...C

C С....С

С C2,С, 2. 2 2.

С б ...с номиального преобразования 4„,... 4к сумматор 5, реализованный на элементах 6<,... 6„, задания коэффициента и сум м ирующе м усилителе 7. 30

Преобразователь работает следующим образом.

При подаче на вход напряжения Ц „ на первом и втором выходах парафазного усилителя 1 формируются напряжения 0Ь,„З5

Usx

На входах блоков пол ином иальн ого преобразования 4,..., 4, формируются напряжений, функционально связанные с 0ЬХ, а именно, являющиеся полиномами степени 40 гд, где rn ), К, от напряжения 0Ьх которые, однако, все различны в силу того, чтд входное напряжение ОЬх поступает на входы блоков 41, >4к со своим коэффициентом передачи, определяемым делителями 2 и 3 напряжения. На входе сумматора 5, если все весовые коэффициенты q,, 2, ....,ф,, с которыми суммируются выходные напряжения блоков

4, 4 2,..., 4<, .выбраны правильно, полу- 50 чим напряжение U b X, которое связано с входным напряженйем ЦЬх требуемой полиномиальной зависимостью

=CIC ...C

1 Х m и

Uab>x. ;"

ЬХ

3 8

Цель достигается тем, что функциональный преобразователь, содержащий делитель напряжения, К блоков полиномиального пресбразования, сумматор, выход которого является выходом функционального преобразователя, а входы .соединены с выходами соответствующих блоков полиномиального преобразования, входы первых б блоков полиномиальногр преобразования соединены с соответствую шими выходами делителя напряжения, дополнительно содержит парафаэный входной усилитель и дополнительный делитель напряжения, выходы которого соединены со xодами К-д блоков полиномиального> преобразования, вход парафаэного входного усилителя является входом преобразователя, а первый и второй выходы соединены соответственно со входом основного делителя напряжения и со входом дополнительного делителя напряжения.

На чертеже приведена блок-схема функционального преобразователя.

Преобразователь содержит парафазный усилитель 1, основной 2 и дополнитель ный 3 делители напряжения, К блоков

Полученные выражения можно рассматривать как систему линейных уравнений с неизвестными К„U x, К U,, ...K U x

Эта система имеет всегда единственное решение, так как определитель системы является определителем Вандермонда, который отличен от нуля. Известно также что а=с„с ...с г (C, с ) ((5

Решение систем может быть получено с помощью формул Крамера ко

Ь

Л ИХ А или ц

ЬХ К. где Ц вЂ” определитель той же матрицы, \ у которой однако q -й столбец заменен

) 1 столбцом из ЦЕ, 0 у2, ".) Цщ,п

Разложив правую часть формулы Крамера по элементам 1 -го столбца„получим + М

ЬХК „, 1 Ь, (= 1 тй где МЬ,„-минор элемента СЬ., (в данном случае Q+ J определителя, т.е.. определитель порядка m -1 полученный из Д вычеркиванием 5 -ой строки и i «го столбца.

Проанализировав работу преобразователя, можно определить способ вычисТаким образом, функциональное преобразование возведения в -ю степень

5 .&40058 6 может быть реализовано путем весового идентификации. Поэтом суммирования выходов всех блоков поли рес представляет учет номиального преобразования 4,, ... 4» счет отклонений ко

° ° ° ° с весами, определяемыми коэффициентами своих номинальных зн при Ивах в сумме (2). Or блоков j технологических разбр

41, ". 4к при этом требуется, чтобы делителей 2 и 3 . П коэффициент К полинома, описывающего к соответствующим от их характеристику, был отличен от нуля. най 0В1я1, величины

Требуемая функция, описываемая задан быть рассчитаны по ным полиномом степени д, может быть 10 пРедложенном преобр получена путем линейной комбинации - некиа значительно ме выходных каналов всех блоков 4,, ... 4„с аналогичными откло т.е. их весового суммирования. Йспользуя го устройства при од полученное выражение (2), можно запии точности выполнени сать 15 Покажем это на

П П 6 1

ВЬЩ. „1 ВК

tel Q g+g Q ° Qg .

=K 0 Е (-1)

Sbi)ALL„.

Таким образом, требуемая функция может быть воспроизведена при суммировании выходных напряжений всех К блоков 41, ...,4, соответственно с весовыми коэффициентами о е.. „ ;

/=7(-) . (6= v) (4)

E1= К1 В

Из выражения (3) видно, что если какой-либо коэффициент полинома равен нулю, то при этом и в полиноме, аппроксимирующем характеристику одного из блоков 4, .. °,4,, допустимо иметь

К" = О.

Значения коэффициентов аппроксимирующего полинома К; могут быть неиз- . вестны. В этом случае необходимо экспериментально определить известным и методами коэффициенты полинома, аппрок сирующего заданную функцию. .В предлагаемом преобразователе точ- ность достигается следующим образом.

Из выражений (3) и (4) напряжение на выходе функционального преобразователя может быть представлено в виде

П К

" " +1 ",Ъв"üb1.. где весовые коэффициенты С авлаются константами, которые рассчитываютса, исходя из номинальных значений величин

К и С„ . При этом величины Ь, известны точно, а К„ могут быть достаточно точно определены из математического описания характеристики блоков

41, ..., 4к или измерены в результате у наибольший интепогрешности эа эффициентов С; от ачений в результате осов параметров рследние приводят клонениям напряжекоторых могут формуле (1). В азователе эти отклоньше по сравнению пениями у иэвестноинаковых требованиях я делителей 2 и 3. примере конкретного преобразователя, осуществляющего умножения частоты входного сигнала в 4 раза, в котором с точностью до постоянной составляющей должно быть реализовано функциональное преобразование g Т4 (х), т.е. полипом Чебышева 4-го порядка.

Предположим, что мы располагаем блоком полиномиального преобразования

4 1, ..., 4» с характеристикой, описыва2s ющейся полиномом 4-го порядка:

М = 1,5 х — 1,2 х + х + 0,9х . Сравним. 3 4 два преобразователя, реализующих преобразования g = -8х + 8х и выполненных, соответственно по схеме известного и схеме предлагаемого преобразователя

При идеальном их выполнении спектр одного сигнала при входном воздействии

О = СОВЫ*кроме постоянной составляющей должен содержать лишь одну отличную оТ нуля составляющую на час» тоте 4М равную 1Ь.

В известном устройстве коэффициенты делителей выбраны равными: С1 1:, Су 0,844;- СЬ 0,508; С4= ОД27

Можно показать, что указанные величины

5 . обеспечивают максимальную устойчивость работы преобразователя цо отношению к технологическим раэбросам

45 параметров делителя. При этом коэффициенты, вычисленные в соответствии с выражением (4), равны: ф, 329,6;

-l340; ф =э 1983.; q, -Х 1lб

Пусть цри измейении номиналов С, С и С», нпример ких разбросов параметров íà l% их величины фактически составляют: Сй0,852;

С 0,513; Су, O,128. Тогда, как показывают расчеты, спектр выходного сигнала составляет соответственно на час тотах Ш -6,476; 2Æ вЂ” 1,ХХЬ; 30д-L,36 ; 4м)- 0,795. Таким образом, погрешность делителя в 1 % известного преобразователя оказывается недопуст и30 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

7 840 мо большой, поскольку спектр его выходного сигнала содержит паразитные составляющие, в несколько раз превосходящие полезную °

В предлагаемом преобразователе коэф,фициенты делителя С,, выбраны равными:

C Х,О; Сд 0,653; С «0,653;

С L,O. При этом коэффициенты имеют значения (= 5,270; ф «4,543; (= 4,543, g 5,270. Предположим, что в результате изменений отличных от нуля номиналов С; также на 1 % они принимают значения: С 0,659; С

0,659. При этом спе,ктр выходного сигнала составляет соответственно на частотах V — ОЬ; 2Ю -О,О 1 5Ь; Ы-О Ь;

4а -0,993Ь; т.е. наблюдается только одна паразитная составляющая на частоте 2N, которая примерно,в 66 раз меньше основной, Кроме того,,в предлагаемом преобразователе коэффициенты (;. существенно меньше по абсолютным величинам соответствующих коэффициентов иэвестного устройства и отличаются друг от друга в меньшее число раз.

Это существенно облегчает практическую реализацию предлагаемого преобразователя по сравнению с известным и прив дит к повышению точности и снижению стоимости.

Теоретически уменьшение чувствительности к разбросу параметров и связанное с ним повышение точности объясняется существенным улучшением обусловленности системы линейных уравнений (1}, которая достигается при выборе коэффициентов C в диапазоне $ --1„3.j в

958 8 предлагаемом преобразователе вместо их выбора в диапазоне 0,11 у известного.

Формула изобретения

Функциональный преобразователь, содержащий делитель напряжения К блоков полиномиального преобразования, сумматор, выход которого являетсн выходом функционального преобразователя, а входы соединены с выходами соответствующих блоков полиномиального пресбразования, входы первых с1 блоков полиномиального преобразования . соединены с соответствующими выходами делителя напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит парафазный входной усилитель и дополнительный делитель напряжения, выходы которого соединены со входами К-д блоков полиномиального преобразования, вход парафазного входного усилителя является входом преобразователя, а пер25 вый и второй выходы соединены соответственно со входом основного делителя напряжения и со входом дополнительного делителя напряжения.

Х. Авторское свидетельство CCCE" №. 98714, кл. Cj 06 Gr 7 26, l957

2. Авторское свидетельство СССР № 598058, кл. 5 065 7/26, 4.976.

840958

Составитель Н..Балабошко

Редактор А. Шандор, Техред М.Табакович Корректор С. Шекмар

Заказ 4770/75 Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР.по делам изобретений и открытий

1130З5, Москва, Ж З5, Раушскаи наб., д. 4/5

Филиал ППП, Патент, г. Ужгород, ул. Проектнан, 4