Функциональный преобразователь

Функциональный преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к аналоговой и аналого-цифровой гибридной вычислительной технике и может быть применено при моделировании систем автоматического управления. Цель изобретения - повышение точности. Функциональный преобразователь содержит аналого-цифровой преобразователь 1, двенадцать цифроаналоговых преобразователей 2-13, два дешифратора 14 и 15, девять регистров 16 24 памяти , шесть групп 25-30 ключей и выходной сумматор 31. Воспроизведение заданной функции основано на реализации сквозной кусочно-квадратичной аппроксимации при равномерном разбиении области определения функции. 2 ил. (О (Л 00 о 4 О 4::

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ1УЬЛИН (so 4 G 06 G 7/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3883128/24-24 (22) 09.04.85 (46) 15.04.87. Бюл. У 14 (71) Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) А.А. Маслов, О.Н. Сахаров и А.В. Симаков (53) 681.3(088.8) (56) Балакай И.П., Крюк Л.М., Лукьянов Н.Т. Интегральные схемы АЦП н

ЦАП. М.: Энергия, 1978 °

Верлань A.Ô.,Êîðcóíîâ Н.И., Лобода Е.А.. Электронные функциональные преобразователи систем автоматики.

Киев: Техника, 1981.

Rubin A.I. Hybrid Techniques for

Generation of Arbitrary Functions.

Simu1ation, 1976, v. 27, Р 1, р. 1326..80 1 4040 А) (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к аналоговой и аналого-цифровой гибридной вычислительной технике и может быть применено при моделировании систем автоматического управления. Цель изобретения — повышение точности.

Функциональный преобразователь содержит аналого-цифровой преобразователь

1, двенадцать цифроаналоговых преобразователей 2-13, два дешифратора 14 и 15, девять регистров 16 24 памяти, шесть групп 25-30 ключей и выходной сумматор 31, Воспроизведение заданной функции основано на реализации сквозной кусочно-квадратичной аппроксимации при равномерном разбиении области определения функции.

2 ил.

С:

13040

O(ха- 5;

5ix(E0;

О х 2,5;

2 5сх 5:

5ix 7,5;

7 „5 x 10. определения

5-F(x)

5-0 5 при x:=5;

К =

2 при х=2,5;

0,25 2,5

F(x)- v (x}- 2 (x) при х=7,5;

К—

0,25. 2,5

Изобретение относится к аналоговой и аналого-цифровой гибридной вычислительной технике и может быть применено при моделировании систем автоматического управления. 5

Цель изобретения — повышение точности.

На фиг. 1 изображена структурная схема функционального преобразователя; на фиг. 2 — пример сквозной !О кусочно-квадратичной аппроксимации.

Функциональный преобразователь содержит аналого-цифровой преобразователь 1 (АЦП), двенадцать цифроаналоговых преобразователей (ЦАП)

2-13, два дешифратора 14 и 15, де вять регистров 16-24 памяти, шесть групп 25-30 ключей, выходной сумматор 31, цифровой вход 32 задания коэффициентов функции и информацион- 20 ный вход 33 преобразователя.

Функциональный преобразователь работает следующим образом.

Воспроизведение заданной функции основано на реализации сквозной ку1 сочно-квадратичный аппроксимации при равномерном разбиении области определения функции.

Заданная функция F(x} представляется линейным отрезком, соединяющим 30 начало координат и F(x„ 2).

При этом условно принимается, что

F(x) =О. Для воспроизведения функх=о ций, у которых F(x}„ ФО, предусмот- рен ЦАП 9 и регистр 23 памяти, который в режиме настройки преобразователя может быть записан код, соответствующий значению Р(х)„ . Указанное представление функции линейным отрезком Y,=K, х, где К, — коэффициент, 40 соответствующий тангенсу угла наклона линейного участка, приводит к появлению методической ошибки, пред-! ч =К х(х-х,) с областью =К, xx(xx-xx; ) ч =К x(x=xi. ) ч К х(хх )

9,=K х(х-х, ) =K х(х-х )

8 8

Коэффициенты парабол определяются исходя из следующих соотношений:

40 г ставленной на фиг. 2 в виде кривой

V (х).

В функциональном преобразователе эта кривая аппроксимируется на всем участке х-х . Сквозная аппроксимация осуществляется отрезком параболы, уравнение которой имеет вид e (х)=К х(х-х ). Значение коэффициента К д выбирается из расчета,что в точке x=0,5х,, амплитуда кривой ошибки Ч (х) и аппроксимирующей параболы Ч (x) совпадают.

Характер методической ошибки, получающейся при сквозной аппроксимации заданной функции одновременно линейным участком и параболой ч (х), представлен на фиг. 2 кривыми М (х) з и 9",(x), для которых справедливо Р. (0,5 х„)= g„(0,5 х „, ); Каждый из участков кривых М" (х) и M (х) з 4 представляется отрезком соответствующей параболы Ч (х) и f,(õ), причем для этих отрезков подбираются соответствующие коэффициенты К и К „, обеспечивающие равенства Lp"(x)= y(x) и УФ{х)= e4(x}, Кривыми м"(х), 4 "(х), 9„(x) и

4 (х), для которых справедливы соотношения ч (2,5)= М,(2,5); "(5)= P,(5);

М"„(7,5)= р,(7,5); Р (10)=м, 10) на каждом из участков кривых Ч,(х), У (х), 4 (х) и v"(х), функция представляется отрезком соответствующих парабол, причем для этих отрезков подбираются соответствующие коэффициенты К, К, К,, Кз, обеспечиваю5 б

Равенства (x) = Ф5 (х) +6 (х)

М (х), (х) Ч (х), Ч (х} V (х).

Для случая задания функции в пределах изменения х от О до 10 кусочноквадратичная аппроксимация реализуется параболами, уравнения которых имеют вид

1304040

F(x) — y (x) — (х) — м (х)

0,625 0,125

F(x) ч1 (х) ч2(х) гз(х)

Г(х)- г„(х)- м (х)-У,(х)

7 0 625 0,125 — и х=8 75

О,625-0,125

rpe F(x) — аппроксимируемая функция 10 раэователя, представляет собои супер (выбор приведенных значений аргумен- позицию указанных восьми функции. та следует из фиг. 2).

Аппроксимирующая кривая, получае- Рассмотрим на каждом участке размая на выходе функционального преоб- биения в отдельности:

Е (х ) — 4 1(х ) + М (х ) + М (х ) + 4 5 (х )

F (х) — М (х)+М (х)+М (x)+96(x), Г (х ) — V„(x)+ V, (x)+ V (x)+ V (х), F, (x)=v„(x)+V, (х)+Ч (х)+ М (х), 0<х 2.5;

2,5 х 5;

5 хс7,5;

7,5с х =10, 25 а на выходе функционального преобразователя получим

F(x)=F (х) Р (x)+F>(x)+F (х) или в развернутом виде () () 2() 3() V4()

+Ч (х)+ч (х)+ <Р (х)+ Y (x), Из приведенных соотношений (1)-(4) следует принцип сквозной кусочноквадратичной аппроксимации.

Аппаратная реализация соотношений (1) и (4) показана на фиг. 1. Функциональный преобразователь содержит восемь каналов, каждый из которых реализует одну из восьми заданных функциональных зависимостей.

В период подготовки функционального преобразователя к работе вычисляются коэффициенты К,-К функций, которые в виде двоичного кода последовательно записываются в регистры 16- gO

23, для чего они подаются на цифровой вход 32 преобразователя. Если запись в регистры коэффициентов функции осуществляется 16-разрядным параллельным кодом, то старшие 10 раз- у5 рядов несут информацию о величине коэффициента, младшие четыре разряда определяют номер регистра и поступают в дешифратор 14, обеспечивающий выработку разрешающего сигнала на 50 запись в выбранный регистр. Последовательно за девять циклов обращения к функциональному преобразователю производится запись восьми коэффициентов и значения функции в регист- 55 ры 16-23.

Входной аналоговый сигнал преобразователя поступает на вход АЦП 1 и одновременно на аналоговые входы умножающих ЦАП 10-13. На выходе АЦП 1 получаем унитарный код. При использовании, например, семиразрядного

АЦП пять младших разрядов поступают на цифровые входы умножающего ЦАП

11, на выходах умножающих ЦАП 2 и 3 реализуются функции (х) и q> (x).

При этом на выходе умножающего ЦАП

11 получаем значение (х-х,)х=О при х=О и x=5, что является необходимым условием для формирования функций р (х) и у (х). На умножающие ЦАП 12 и 13 подаются все семь разрядов с выхода АЦП l. На выходе умножающего

ЦАП 12 получаем соотношения х(х-x )=

10 при х=10. Соблюдение данного условия необходимо для реализации функции (х), М (х), V,(х) и <р (х). С выхода АЦП 1 унитарный код поступает также на вход дешифратора 15, который обеспечивает выработку управляющих сигналов для ключей групп 25-30.

Функция М,=К . x реализуется на выходе умножающего ЦАП 10, на цифровые входы которого подается двоичный код, соответствующий значению К (с регистра 24).

Функция y -=-K х(х-х .) реализуется 2 1. следующим образом.

С выхода АЦП 1 унитарный код поступает на умножающий ЦАЦ 13. На аналоговый вход последнего поступает сигнал с входа функционального преобразователя, в результате на выходе получаем х(х-х;)=О при x=O и х(х-x; )=

10 при х=lO. Далее с выхода умножающего ЦАП 33 сигнал поступает на вход умножающего ЦАП 8, на цифровые входы последнего с выхода регистра 22 пос130404

5 тупает код К . Результатом умножеНия является выражение. М -K . x«,x-x ), /

2 3

Каналы реализации функций у,(х) и с1> (х) идентичны, поэтому рзссзмотрим реализацию одной, например ср (х), Канал состоит из регистра 16, в который записано значение коэффициента

К, группы 25 ключей и умножающего

ЦАП 2. С умножающего ЦАП 11 на аналоговый вход умножающего ЦАП 2 поступа- gg ет соотношение х(х-х;), на цифровые входы умножающего ЦАП 2 через группу

25 ключей поступает цифровое значение К . Ключи группы 25 открыты при

Я изменении аргумента 0<х<5, что соответствует области определения функции 9 (х). Функция у (х)=К .х(х — х реализуется в канале: регистр 17, группа 26 ключей, умножающий ЦАП 3 и 11, управляющий вход группы 26 20 ключей соединен с вторым выходом дешифратора 15. Функция y (x) реализуется в канале: регистр 18, в котором записан коэффициент К „ гругпа 27 ключей, управляющий вход которой сое- 25 динен с соответствующим выходом дешифратора 15, умножающего ЦАП 4, на цифровые входы которого поступает значение коэффициента К, на аналого-5 вый вход — значение, равное х(х--x; ) 30 в интервале 0 х 2,5. На аналоговом выходе умножающего ЦАП 4 получаем значение функции ч,(х)=-К „ x,х-х, ) при О х 2,5. Функция,(>с) реализует-. ся в канале: регистр 19„ в который записан коэффициент К, группа 28

G ключей, управляющий вход которой соединен с соответствующим выходом дешифратора 15, умножающий ЦАП 5, на цифровые входы которого поступает щ значение коэффициента К, на аналоговый вход — значение, равное x(x-x ) в интервале 2,5<х 5. На аналоговом выходе умножающего ЦАП 5 получим значение функции сс (>с)=К х(х-х.). Функция Y(x) реализуется в канале: ре7 гистр 20, в который записан коэффициент К, группа 29 ключей, управляющий вход которой соединен с соответствующим выходом дешифратора 15, умножающий ЦАП 6, на цифровые входы которого поступает значение коэффициента К, на аналоговый вход — значение, равное х(х — х ) в интервале

5+x<7,5. la аналоговом выходе умножающего ЦАП 5 получаем значения функции y (x) К x(x x. ) . Функция Р (х) реализуется в канале: регистр 27. в который записан коэффициент К, группа 30 ключей, управляющий вход которой соединен с соответствующим выходом дешифратора 15, умножающий ЦАП 6, на цифровые входы которого поступает значение коэффициента К, íа аналоговый вход значение, равное х(х-х,, в интервале 7,5 x 10. На аналоговом выходе умножающего ЦАП 5 получаем значение функции с;„(х)=К, х(х-х„).

Использованные в структуре преобразователя регистры могут быть реализованы, например, на микросхемах

К155ИР13. Информационные входы микросхем подключены к цифровому входу преобразователя. Предполагается, что используемые умножающие ЦАП содержат в своем составе выходной операционный усилитель. В случае использо— вания умножающего ЦАП без собственного усилителя необходимо в схеме предусмотреть соединение выхода каждого умножающего ЦАП с последующим элементом через операционный усилитель.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Функциональный преобразователь, содер>кащий выходной сумматор, выход которого является выходом функционального преобразователя, девять умно>кающих цифроаналоговых преобразова— телей, подключенных выходами к входам выходного сумматора, с первого по девятый регистры памяти, информационные входы которых подключены к цифровому входу задания коэффициентов функции функционального преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены десятый, одиннадцатый и двенадцатыи умножающие цифроаналоговые преобразоьатели, шесть групп ключей, два дешифратора и аналогоцифровой преобразова åëü,,выход которого является информационным входом преобразователя, выход старших разрядов аналого-цифрового преобразователя соединен с входом первого дешифратора выходы которого подключены к управляющим входам соответствующих групп ключей, выходы регистров памяти с первого по шестой через ключи соответствующей группы соединены с цифровыми входами соответствующих умножающих цифроаналоговых преобразо вателей, выходы седьмого, восьмого и девятого регистров памяти соединены непосредственно с цифровыми входами соответствующих умно;каюших циф10

Редактор Е. Копча Техред S.Кадар

Корректор C. Черни

Заказ 1313/50 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 130404 роаналоговых преобразователей, аналоговый вход седьмого умножающего цифроаналогового преобразователя соединен с шиной опорного напряжения, аналоговый вход восьмого умножающего цифроаналогового преобразователя соединен с выходом двенадцатого умножающего цифроаналогового преобразователя, соединенного аналоговым входом с аналоговыми входами девятого, деся- 1О того и одиннадцатого умножающих цифроаналоговых преобразователей и информационным входом функционального преобразователя, цифровой вход двенадцатого умножающего цифроаналогово- 15

ro преобразователя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, выходы младших разрядов которого

0 8 соединены с цифровыми входами десятого и одиннадцатого умножающих цифроаналоговых преобразователей, аналоговые входы первого и второго умножающих цифроаналоговых преобразователей соединены с выходом десятого умножающего цифроаналогового преобразователя, аналоговые входы с третьего по шестой умножающих цифроанаЛоговых преобразователей соединены с выходом одиннадцатого умножающего цифроаналогового преобразователя, вход разрешения записи каждого из регистров памяти подключен к соответствующему выходу второго дешифратора, вход которого соединен с цифровым входом задания коэффициентов функции функционального преобразователя.