Функциональный преобразователь

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Соцналнстнческнк респубпнк (и)84924 1 (6l ) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено l б. 10. 79 {21) 2830571/18-24 (5I)M. Кл.

G 06 G 7/26 с присоединением заявки ¹

1вс7дврствеввй квнктвт

OCCAM. (2Ç) Приоритет

ОпУбликовано 23 07 81 бюллетень ¹ 27 (53) УДК 681, . 335 (088. 8) ао далзи изобретений

II 0zc1rl47N11

Дата опубликования описания 03.08.81 д

1 1 (72) Автор изобретения

В.М.Шадский (71} Заявитель (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОбРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и автоматике и может быть использовано в комплексе с с аналоговьпчи линейными интерполяторами функций для нелинейной интерполя.ции функции на любом интервале измеS нения аргумента.

Известен функциональный преобразователь, содержащий выходной сумматор, выход которого является выходом

10 преобразователя, потенциометры, соединенные движками с входами ° сумматора, блоки формирования треугольных функций, входы которых соединены и являются входами преобразователя, а выходы

15 подключены к неподвижным контактам потенциометров, и осуществляющий линейную интерполяцию между значениями функции, задаваемыми положением дви-.

ККоВ потенциометров.

Недостатком преобразователя яв-.. ляется ограниченная точность, обусловленная кусочно-линейной аппрокси-, мацией воспроизводимой функциии при равномерном разбиении оси аргумента . на участки аппроксимации.

Наиболее близким к изобретению яв-, ляется функциональный преобразователв, содержащий первую группу из К ключей, Й-1 потенциометров, включенных неподвижными контактами между шиной нулевого потенциала и шиной опорного.

1 напряжения, N-1 блоков сравнения, первые входы которых объединены и яв" ляются входом преобразователя, а вто рые входы соединены с подвижными контактами соответствующих потенциометров, первую группу из N переменных масштабных резисторов, каждый из которых включен между информационным входом соответствующего ключа первой группы н входом преобразователя, вторуго группу из N-l переменных масштабных резисторов, каждый из которых включен между. информационным входом соответствующего ключа первой группы, кроме N-ro, и шиной опорного напряжения, управляющие входы каждого из, Институт ядерной энергетики АН Белорусской ССР.

84924

3 ключей первой группы, кроме N-ro и (N1) -го, подключены к прямому выходу следующего по номеру блока сравнения, операционный усилитель, между входом и выходом которого включен резистор об5 ратной связи, прямой выход первого блока сравнения соединен с управляющим входом М-го ключа первой группы, выходы ключей первой группы соединены с входом операционного усилителя, 10 выход которого является выходом преобразователя fR$.

Однако этот преобразователь осуществляет кусочно-линейную аппроксимацию нелинейных функций и не может обеспе- 15 чить с высокой точностью формирование нелинейной составляющей при нели нейной интерполяции функциональных зависимостей.

Цель изобретения — повышение точности преобразования за счет квадратичной аппроксимации нелинейной составляющей линейно интерполируемой функции..

Поставленная цель достигается тем, 25 что преобразователь, содержащий первую группу из N ключей, N-1 потенциометров, включенных неподвижными контактами между шиной нулевого потенциала и шиной опорного напряжения, 50

М-1 блоков сравнения, первые входы которых .объединены и являются входом преобразователя, а вторые входы соединены с подвижными контактами соответствующих потенциометров, первую груп- З5 пуиз М переменных масштабных резисторов, каждый из которых включен между информационным входом соответствующего ключа первой группы и входом преобразователя, вторую группу из N-1 40 переменныхмасштабных резисторов, каждый иэ которых включен между информационным входом соответствующего ключа первой группы, кроме М-ro u шиной опорного напряжения, управляющие 45 входы каждого из ключей первой группы, кроме М-ro и (N"1) -го, подключены к прямому выходу следующего по номеру блока сравнения, операционный усилитель, между входом и выходом ко- 50 торого включен резистор обратной связи, прямой выход первого блока сравнения соединен с управляющим входом

М-ro ключа первой группы, выходы

М-го и (М-1)-го ключей первой группы 55 соединены с входом операционного усилителя, дополнительно содержит вторую и третью группы, из N-2 ключей каждая1

1 ф четвертую группу из 8у x,ючей, третью группу из Ц рпеременных масштабных резисторов, Я ьпереключателей, квадратор, первый и второй сумматоры, дополнительный операционный усилитель, дополнительный резистор обратной связи, включенный между входом и выходом дополнительного операционного усилителя, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, а вход — к первым неподвижным контактам каждого из переключателей, каждый из ключей второй группы включен между выходом соответствующего ключа: первой группы и входом основного операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом первого сумматора и через квадратор с вторым входом первого сумматора, выход первого сумматора через соответствующие переменные масштабные резисторы третьей группы соединен с информационными входами ключей четвертой группы, управляющий вход каждого иэ которых.соединен с управляющим входом соответствующего ключа первой группы, управляющий вход, (М-1)-го ключа первой группы соединен с инверсным выходом (М-1)-го блока сравнения, выход каждого из ключей четвертой группы, кроме N-го и М вЂ” 1 -го, через соответствующий ключ третьей группы соединен с подвижным контактом соответствующего переключателя, выходы N-го и (М-1)— го ключей четвертой группы соединены с подвижными контактами соответствующих переключателей, "вторые неподвиж-. ные контакты переключателей, кроме

N-го, соединены с вторым входом второго сумматора, второй неподвижный контакт N-го переключателя соединен с третьим входом второго сумматора, выход которого является выходом преобразоватеЛя, управляющий вход каждого из ключей второй и третьей групп соединен с инверсным выходом соответ" ствующего ему по номеру блока сравнения.

На фиг. 1 приведена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь содержит N-1 потенциометров 1„ -1„.. . М-1 блоков 2„ -2 сравнения, резистор 3 обратной связи, первую группу из М переменных масштабных резисторов 4„ -4ц, вторую группу из N-1 переменных масштабных ре зисторов 5„ -5, первую группу из N

5 8492 ключей 6„ -6>, вторую группу из и -2 ключей 7„ -7„,, операционный усилитель 8, первый сумматор 9, кяадратор

10, второй сумматор ll, дополнительный операционный усилитель 12, N пере- 5 ключателей 131-131,, третью группу из

N-2 ключей 14„ -14и, четвертую груп. пу из М ключей 15„ -15, третью груп . пу из М переменных масштабных резисторов 16„ -16> дополнительный реэис- 10 тор обратной связи 17.

Преобразователь работает следующим образом.

Нелинейная интерполяция функции: может быть осуществлена путем раздель-15 ного воспроизведения линейной и нелинейной составляющей функции f(x) (фиг,. 2а) и,их последующего суммирования на каждом интервале интерполяции. Заданную функцию 1(х) можно 20 представить как

4l . 6 срабатывание блока 2; сравнения, устанавливается потенциометром 1; . При

xix все блоки 2 -2 <сравнения находятся в исходном состоянии. Каждый из них имеет прямой (б) и инверсный (a) выходы.

Ключ 6N открыт, и переменная х посту:пает через резистор 4> на вход усилителя 8. Величина резистора 4ц устанавливается такой, что обеспечивает изменение напряжения на выходе усилителя 8 от нуля до максимума шкалы при изменении х от нуля до х (фиг. 2в).

Таким образом, на выходе усилителя

8 формируется относительная переменная ах на первом интервале интерполяции.

При х=х срабатывает блок 2 сравнения,закрывая ключ 6„ и открывая . ключ 7ч . Так как в этот момент блок

2 сравнения находится в исходном со2 стоянии, то ключ 6,, открыт, потенциа- . лом с прямого выхода в блока 2 сравнения и в интервале хс х х оба ключа 6 и 71 открыты.

Для правильной работы преобразователя при х=х„ напряжение на входе ключа 6 должно быть равно нулю. Это обеспечивается соответствующей настройкой переменного масштабного рези. стора 5, соединенного с источником опорного напряжения--E. Таким образом, начиная с момента, когда x=x„ напряжение на выходе усилителя 8 с увеличением х начинает увеличиваться, достигая при х=х значения b x

Необходимый для этого наклон обеспечивается резистором 4ч.

При дальнейшем увеличении х последовательно срабатывают блоки 2 -2„, сравнения, открывая и закрывая связанные с ними ключи. На выходе усилителя 8 при изменении х формируется пилообразное напряжение (фиг. 2в), причем независимо от величины интервала х -х на выходе усилителя 8 на1+Ч 4 пряжение изменяется каждый раз от нуя доах

f1 (x)=fA„(x)+ fH, (x)i (1) где 1, (х) - линейная составляющая

,„(x) — нелинейная составляющая

f(х)на участке номера i;

Преобразователь осуществляет ква дратичную аппроксимацию нелинейной составляющей,(х), график которой представлен на фиг. 2б. В случае ап-; проксимации квадратичной зависимостью нелинейную составляющую,(х)можно на участке интерполяции представить в .виде

35 (ах)=с (лх —,ах ) (2) где а — постоянный для i-го участка

4 коэффициент, характеризующий максимальное значение параболы (Ьх-Aх) в точкеЬх=

0,5; а х — относительная координата текущей точки х относительно начала интервала (фиг. 2а) г ф5

Значение g х определяется иэ выражения а х=йн/Ь;, где ах — абсолютное отклонение текущей точки относительно начала интервала, b,„ — величина

i-ro интервала.

Входная переменная х поступает одно$0 временно на блоки 2 -2„„сравнения и переменные масштабные резисторы 4Ч

4„, соединенные через ключи 6 -6> и ключи 7ч -7„с входом операционного усилителя 8.

Каждый из блоков 2 -2н Ч сравнейия ,срабатывает при х=х"(i= 1,2,...М-1) °

Ч

::Величина х„, при которой происходит

Напряжение ах, изменяющееся от нуля до b,õ„, „ подается на вход квацратора 10. Так кака .может быть выбрана равной рабочей шкале квадратора 10, преобразование аргумента на каждом интервале в относительную переменную дх позволяет с большей точностью воспроизвести квадратичную зависимость ах и формируемую сумматором 9 интерполирующую зависимость ах-ах,(фиг. 2r).

7 84924

Сопротивления переменных масштабных резисторов 16„ -161 устанавливают-, ся пропорциональными коэффициентами а„ интерполяционной формулы (2). С помощью переменных масштабных резисторов 16 -16„ и соединенных с ними

1 через ключи 15„ -15„ и 14„ -14 2 сумматора 11 и усилителя 12 осуществляется операция умножения напряжений (hx- х2) на коэффициент а„ на каждом 1g интервале интерполяции. Хак как ключи

14„,-14„2 и 15„.-15 работают синхронно с ключами 7„-782 и 6,. -6>l, они обеспечивают последовательное появление на выходе преобразователя интерполирующе-1 го напряжения à (hx""ÉÃ ) с изменени1 ем участков интерполяции. Переключатели 13 -131,, позволяют выбрать знак выражения а (hx-bx )путем подсоеди.1 кения выходов ключей 14„-14„2 и 15„- щ

15„ входам сумматора 11 либо к входу усйлителя 12, который осуществляет инвертирование.

Изобретение обеспечивает квадратичную аппроксимацию нелинейной сос- 2g тавляющей линейно интерполируемой функции.

Формула изобретения

Функциональный преобразователь, содержащий первую группу из N ключей

N-1 потенциометров, включенных неподвижными контактами между шиной нулевого потенциала и шиной опорного напряжения, .N-1 блоков сравнения, первые входы которых объединены и являются входом преобразователя, а .. вторые входы соединены с подвижными контактами соответствующих потенциометров, первую группу из N переменных масштабных резисторов, каждый из которых включен между информационным входом соответствующего ключа первой группы и входом преобразователя, вторую группу из М-1 переменных масштабных резисторов, каждый из которых 5 включен между информационным входом соответствующего ключа первой группы, кроме N-ro, и шиной опорного напряжения, управляющие входы каждого из ключей первой группы, кроме Ч-ro u (М-1)-го подключены к прямому выходу следующего по номеру блока сравнения, операционный усилитель, между входом и выходом которого включен резистор обратной связи, прямой выход первого блока

--сравнения соединен с управляющим входом М-ro ключа первой группы, вьг. ходы N-го и(М-1) "го ключей первой группы соединены с входом операцион1 8 ного усилителя, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точно< ти, он содержит вторую и третью группы, из N-2 ключей каждая, четвертую группу из N ключей,,третью группу из

N переменных масштабных резисторов, М переключателей, квадратор, первый. и второй сумматоры, дополнительный операционный усилитель, дополнительный резистор обратной связи, включенный между входом и выходом дополнитет льного операционного усилителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, а вход — к первым неподвижным контактом каждого из переключателей, каждый из.ключей второй группы включен между выходом соответствующего ключа первой группы и входом основного операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом первого сумматора и через квадратор с вторым входом первого сумматора, выход первого сумматора .через соответствующие переменные масштабные резисторы третьей группы соединены с информационными входами ключей четвертой группы, управляющий вход каждого из которых соединен с управляющим входом соответствующего ключа первой группы, управляющий вход (N- 1)-го ключа. первой группы соединен с инверсным выходом (М-1)-го блока сравнения, выход каждого из ключей четвертой группы, кроме М-го и (Й1)-ro через соответствующий ключ тре" тьей группы соединен с подвижным контактом соответствую@его переключателя, выходы М-го и (М-1)-го ключей четвертой группы соединены с подвижнымн контактами соответствующих переключателей, вторые неподвижные контакты переключателей, кроме М-ro соединены с вторым входом второго сумматора, второй неподвижный контакт М-го переключателя соединен с третьим входом второго сумматора, выход которого является выходом преобразователя, управляющий вход каждого из ключей второй и третьей групп соединен с инверсным выходом соответствующего ему по номеру блока сравнения.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ф 125051, кл. $06 G 7/26, 1959.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 2648436, кл. С 06 6 7/26

1978 (прототип).

849241

Составитель Н.Балабанко

Техред А. Савка

Корректор С.Корниенко

Редактор Г. Кацалап

Заказ 6096/65 Тираж 745

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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