Функциональный преобразователь

 

Союз Советскни

Соцнапнстнчяскнн

Респубпнк

<„> 911553

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЯЬСТВУ

Ф.-. ° г (6t ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 13.11.79 (21)2842017/18«24 (51}М. К,я. с присоединением заявки,%— (23) Приорнтет—

G 06 G 7/19

Гааадарстаанньв комитет

СССР (53) УДК 68 1.33 5 (088.8) llo делан изобретений и открытий

Опубликовано 07.03.82. Ьятллетепь М 9

Дата опубликования описаякя 07.03 82 (72) Авторы изобретения

П. М. Чеголин, H. В. Нечаев и P. Х. Садыхов (7!) Заявитель Институт технической кибернетики АН Белорусск (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в устройствах, предназначенных для кусочно-линейной аппроксимации произвольных функций.

Известен функциональный преобразователь, содержаший генератор ортогональных функций, блок управления, управляемые инверторы, счетчик, дешифратор, ключи и блоки взвешенного суммирования Щ

Известен также функциональный преобразователь, содержащий генераторы функций Уолша, труппы ключей, блоки весовых резисторов, сумматоры, блок вычитания, управляемый инвертор и интегратор t2j.

Недостатками известных функциональт5 ных преобразователей являются пониженные производительность н точность воспроизведения произвольных функций; зада. ваемых соответствующими выборочными

20 последовательностями своих значений:

Наиболее близким к предлагаемому яв ляется ..функциональный преобразователь, содержащий первую группу иэ и бнпо2 лярных ключей (где и +1 - количество членов аппроксимирующего ряда функций), подключенных сигнальными входами к шине ввода выборочных значений входного снгна» ла, управляющими входами.- к соответствующим выходам первого генератора функций Уолша, а выход каждого биполярного ключа подключен к входу соответствуюmего интегратора основной группы интег- раторов, вторую группу иэ и биполярных ключей, соединенных управляющими входами с соответствующими выходами второго генератора функций Уолша, и выходной сумматор, первый вход которого под/ ключен к шине ввода постоянной состав ляюшей входного сигнала, а остальные входы - к выходам соответствующих биполярных ключей второй группы биполяр, ных ключей, соединенных сигнальными входами с выходами соответствующих интеграторов основной группы интеграторов 133.

Недостатком прототипа является пониженная точность функционального преобра9115 зования, обусловленная кусочно тупенчаl тым характером аппроксимации входного сигнала.

1lemü изобретения - повышение точностй функционального преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобразователь, содержащий первую группу иэ и биполярных ключей (где и +1 - количество члеуюв аппроксимирующего ряда функций), tp подключенных сигнальными входами к шине ввода- выборочных значений входного сигнала, управляющими входами — к соот ветствуюшим выходам первого генератора функций Уолша, а выход каждого Ъиполяр- 15 ного кшоча первой грунины подключен к входу соответствующего интегратора группы интеграторов, вторую группу из биполярных ключей, соединенных управляющими входами с соответствующими выходами второго генератора функции Уолша, и выходной сумматор, первый вход которого подключен к шине ввода постоянной составляющей входного сигнала, дополнительно введены многовходовый интегратор и и аналоговых блоков взвешенного алгебраического суммирования, причем каждый блок взвешенного алгебраического суммирования соединен входами с выходами интеграторов группы и с шиной ввода постоянной составляющей входного сигнала, а выходом - с сигнальным входом соответствующего биполярного ключа второй группы биполярных ключей, подключенных выходами к соответствую35 шим входам многовходового интегратора, выход которого соединен со вторым входом выходного сумматора.

На чертеже изображена блок-схема функционального преобразователя.

Преобразователь содержит первую группу из а биполярных ключей,1 (где и количество членов аппроксимирующего ря« да функций), подключенных сигнальными входами к шине ввода выборочных значе45 иий входного сигнала, управляющими входами - к соответствующим выходам первого генератора 2 функций Уолша, а выход каждого биполярного ключа 1 подключен к входу соответствующего интеграто- 50 ра группы интеграторов 3. С выходами интеграторов 3 и с шиной ввода постоянной составпякпцей входного сигнала соединены входы каждого иэ аналоговых блоков 4 взвешенного алгебраического 55 суммирования. Выход каждого блока 4 соединен с сигнальным входом соответст ,вуюшего биполярного ключа второй груп53

4 пы из и биполярных ключей 5, подключенных управляющими входами к соотве1ствующим выходам второго генератора 6 функций Уолша, а выходами — к входам многовходового интегратора 7. Выходной сумматор 8 соединен первым входом с шиной ввода постоянной составляющей входного сигнала, а вторым входом - с выходом интегратора 7. Каждый из блоков 4 может быть реализован на суммирующем усилителе, к прямому и инверсному входам которого подключены соответствующие весовые резисторы.

Принцип действия функционального преобразователя основан на разложении и последующем восстановлении входного сигнала аппроксимирующим рядом интегральных (кусочно-линейных) функций Уолша. Разложение входного сигнала 9® являющегося функцией времени 6, с помощью интегральных функций Уолша можно представить в виде.

f(t)= .Р(,А), (<) рО где 0,1,4) - интегральные функции Уолша, которые определяются

С как P(

О («:0,<, Ъ,, „и РЮ )й

%с@(, )- функции Уолша;

C - коэффициенты разложения f

I

f.qt) в ряд интегральных функций Уолша;

T — интервал задания аргумента.

Коэффициенты С „разложения R { t ) в ряд интегральных функций Уопша равны

c;«- — ) (,t) é(t)a<,ð> ) 1

О где ФМ,t) — производная от функции

Уолша.

Поскольку

"1 ), интеграл в выражении (3) представляет линейную комбинацию выборок

fl,t) . Таким образом, для определения коэффициентов C иэ (1 ) необходимо.выбрать сигнал f(t) в точках О, Т и д.Т 1 где о. — 1, 2, ..., 2 -1 - номера отсчетов функции Щ);2«80$

5 91 1553 6 шсло интегральных функций, исполь рицы связи Ф- от С, к G; зуемых для разложения функции g(p) при этом из каждого С; постоянную сос (без учета постоянной составляюшей Хо), тавляюшуюС0- Хо, ум ожить каждую функ»

В матричной форме (3) можно записать цию Уолша ч о (", ) на соответству коэффициент С;, „; проинтегрировать взве.=Р ", (a)

1= шенные по амплитудам функции Уолша,, 1 1 суммируя полученные значения в любой

P"" матрица обратная матрице Р ин- фиксированный момент времени с добав-. тегральных функций Уолша. пением постоянной составляюшей

Для и «4 с у етом постоянной состав-10 Преобразователь работает следуюшим ляюшей Р(0,4) "-" образом, 1 1 1 1 1

0 1/4 2/4 3/4 4/4

0 1/4 2/4 1/4 0

0 1/4 0 -1/4 0

0 1/4 0 1/4 0

1 0 0 О 0 поступают. на интеграторы 3 группы интеграторов. В результате этого по истечении времени То (То - интервал задания функций Уолша генератором 2) на выходе интеграторов 3 формируются напряжения, пропорциональные коэффициентам C д разло.кения Я jt I по функциям

-1 0 0 0 1

«Л

Р=-1

0 2 0 -1.

2 0 -2 1

2 -2 2 -1

25 матрица Уолша; матрица, обратная матрице а; коэффициенты Уолша; матрица связи коэффициентов.

Уолша с коэффициентами C; . а 4

40 где Ж

%" а= фЛ Л Л

Для

0 0

0 2 0 1

2 0 -2

2. 2

Сформированные напряжения, пропорци-. ональные коэффициентам С; с выходов

Ф=ГФ=

1 «1 1 1

1 1 1 1

1 1 -1 -1

1 -1 -1 1

1 -1 1 -1

1 3»3

1 .3 5

1 -1 1 7 геля промежуточных (по отношению к ио

Подставляя в (4) тождественное соотношение ц лЖ= Л (где Л - единичная матрица, без учета постоянной составля» з0 юшей), будем иметь (вр % Ф1Ф C i

-Л .Л""

Таким образом, для получения аппроксимироваиного значения функции в любой мо5S мент времени 6 необкодимовычислйтькоэф,фициенты g ðàçëîæåíèÿ функции Щ) по функциям Уолша; перейти с помошью матНа сигнальные входы ключей 1 первой группы биполярных ключей поступают с тактовой частотой напряжения, процор циональные значениям входного сигнала, т.е. значениям аппроксимируемой функции

Щ) С выходов ключей 1 эти напряже ,ния, инвертированные или повторенные в соответствии с законом изменения функ ций Уолша (формируемых генератором 2), Уолша. Эти напряжения поступают на входы аналоговых блоков 4 взвешенного, алгебраического суммирования, где суммируются с весами, определяемыми в соответствии с матрицей связи ф ", При этом, если перед весовым значением в матрице. связи ц " стоит знак минус, то весовой резистор в блоке 4 подкшочается к инверсному входу суммируюшего усилителя блока 4, если - плюс,то подключается к прямому входу усилителя.

Напряжение постоянной составляюшей Х 0 подключается к инверсному входу усилителя блока 4 через весовой резистор с единичным коэффициентом передачи. блоков 4 поступают на сигнальные входы ключей 5 второй группы, работой которых управляет второй генератор 6 функций Уолша. Напряжения с выходов ключей 6 суммируются и интегрируются на многовходовом интеграторе 7. Выходное напряжение интегратора 7 на сумматоре

8 суммируется с постоянной составляюшей входного сигнала, в результате на выходе сумматора 8 формируется напря жение, представляюшее собой аппроксимацию входного сигнала рядом интеграль ных функций Уолша.

Для получения на выходе преобразова7 9115 пользуемым входным,. выборкам) значений аппроксимированного входного сигнала необходимо увеличивать тактовую частоту второго генератора 6, с помощью которого происходит восстановление функции в соответствии со степенью числа 2.

Рассмотренный функциональный преобразователь позволяет по сравнению с прототипом существенно повысить точность, функционального преобразования, так как >0 использование интегральных функций Уолша позволяет реализовать кусочно-линейную аппроксимацию, погрешность которой значительно меньше погрешности кусочно-ступенчатой аппроксимации. 15

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 590776, кл. С 067 3/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

N- 608178, кл. G 08 Cj 7/26, 1976, 3. Зарубежная радиоэлектроника", 1972, % 5, с. 21-23 (прототип).

Форму ла изобретения

Функциональный лреобразоватепь, со- 20 держащий первую группу нз и билоляр ных ключей (где и +1 - количество членов аппроксимирующего ряда функций), подключенных сигнальными входами к шине ввода выборочных значений входного 25 сигнала, управляющими входами - к соответствующим выходам первого генератора функций Уолша, а выход, каждого биполярного ключа первой группы подключен к входу соответствующего интегратора груп-ЭО пы интеграторов, вторую группу из и би53

8 полярных ключей, соединенных управляющими входами с соответствующими выхо дами второго генератора функции Уопша, и выходной сумматор, первый вход которого подключен к шине ввода постоянной со::. ставляюшей входного сигнала, о т л и— ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности функционального преобразования, в него введены многовходовый интегратор и и аналоговых блоков взвешенного алгебраического суммирования, причем каждый блок взвешенного алгебраического суммирования соединен входами с выходами интеграторов группы и с шиной ввода постоянной составляющей входного сигнала, а выходом - с сигнальным входом соответствующего биполярного ключа второй группы биполярных ключей, подключенных выходами к соответствующим входам многовходового интегратора, выход которого соединен со вторым входом выходного сумматора.

91 1553

Составитель С. Казинсв

Редактор В. Петраш Техред. Ж.Кастелеюич Корректор М Йемчн

Заказ 1131/42 .Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

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

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