Функциональный преобразователь

Функциональный преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистичесиик

Реслублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«i> 845161. (61) Дополнительное к авт,сеид-ву (22) Заявлено 07. 08. 79 (21) 2808027/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 070781, Бюллетень Мо 25

Дата опубликования описания. 07. 07. 81 (5!)М. Клз

G 06 G 7/26

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытии (53}УДК 681 335 (088.8) (А.В. Богословский, О.А. Олянишин и В.И. БОгдан

I с(ь

1 . с Х4. - ., сл (72) Авторы изобретения (Hhl<8.3

Киевский институт автоматики имени XXV съе (71) Заявитель (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области аналоговои вычислйтельной техники и автоматики.

Известен функциональный преобразователь (1J, содержащий генератор импульсов, элементы И, ключи, резисторы, усилитель с усредняющей обратной связью и многоканальный распределитель импульсов, выпол. ненный на счетчике и дешифраторе.

Недостатком преобразователя является сложность регулировки сигнала в узлах интерполяции, в частности, при необходимости изменить выходной сигнал в i-м узле, не изменяя его в остальных узлах, требуется произвести регулировку всех резисторов, начиная с i-1.

Известен функциональный преобразователь (,2(, содержащий генератор импульсов, соединенный выходом со входом многоканального распределителя импульсов, подключенного выходом ко входу генератора пилообразного напряжения, выход которого через первый масштабный резистор соединен с входом нуль-органа, подключенным также через второй масштабный резистор к первому входу импульсного функционального преобразователя, причем второй вход преобразователя через ряд параллельных цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных регулируемого резистора и ключа, подключен ко входу выходного усилителя с усредняющей обратной связью. Недостатком этого функционального преобразователя является сложность регулировки выходного сигнала в узлах интерполяции.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является функциональный преобразователь (3), со35 держащий задающий генератор импульсов, и-канальный распределительимпульсов, вход которого соединен с выходом задающего генератора импульсов, генератор пилообразного

20 напряжения, управляющий вход которого соединен с управляющим выходом и-канального распределителя импульсов, m блоков аппроксимации, каждый из которых содержит операционный усилитель, вход которого является выходом преобразователя, интегрирующий конденсатор, включенный между входом и выходом операционного усилителя, и ключей, соединенных вы30 ходами со входом операционного уси845161 лителя, и и элементов И, выходы когорых подключены к управляющим входам соответствующих ключей, а первые входы — к соответствующим выходам и-канального распределителя импульсов, нуль-орган, вход которого через первый масштабный резистор подключен к выходу генератора пилообразного напряжения, второй масштабный резистор, один вывод которого соединен со входом нуль-органа, а другой является входом аргумента преобразователя, ключ ввода смешения, выход которого подключен ко входу нуль-органа, а информационный вход через третий масштабный резистор соединен с шиной опс ного напряжения, триггер управления, счетный вход которого подключен к выходу нуль-органа, а выход — ко вторым входам элементов И и к управляющему входу ключа ввода смешения, и блоков задания ординат узлов интерполяции, входы которых объединены и являются входом сомножителя преобра=ователя, резистор обратной связи, включенный между входом И выходом операционного усилителя, выходы блоков задания ординат узлов интерполяции соединены с информационными входами соответствующих ключей.

Недостатком такого функционального преобразователя является низкая точность, обусловленная линейной интерполяцией функции между узлами интерполяции.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя за счет гиперболической интерполяции.

Это достигается тем, что функциональный преобразователь, содержащий задающий генератор импульсов, иканальный распределитель импульсов, вход которого соединен с выходом задающего генератора импульсов, генератор пилообразного напряжения, управляющий вход которого соединен с управляющим выходом и-канального распределителя импульсов., m блоков аппроксимации, каждый из которых содержит операционный усилитель, вход которого является выходом преобразователя, интегрирующий конденсатор, включенный между входом и выходом операционного усилителя и ключей, соединенных выходами с входом операционного усилителя, и элементов И, выходы которых подключены к управляющим входам соответствующих ключей, а первые входы — к соответствующим выходам и-канального распределителя импульсов, нуль-орган, вход которого через первый масштабный резистор подключен к выходу генератора пилообразного напря>кения, второй масштабный резистор, один вывод которого соединен со входом нуль -органа, а другой является входом аргумента преобразователя, ключ ввода смешения, 5

)5

60 выход которого подключен ко входу нуль-органа, а информационный вход через-масштабный резистор соединен с шиной опорного напряжения, триггер управления, счетный вход которого подключен к выходу нуль-органа, а выход — ко вторым входам элементов

И и к управляющему входу ключа ввода смещения и блоков задания ординат узлов интерполяции, входы которых ,объединены и являются входом сомножителя преобразователя, дополнительно содержит в каждом блоке аппрок-. симации и резисторов обратной связи и и резисторов, определяющих степень нелинейности, включенных между выходами соответствующих блоков задания ордина узлов интерполяции и информационными входами ключей. Резисторы обратной связи соединены одним выводом с выходом операционного усилителя, а другими выводами подключены к выходам соответствующих блоков задания ординат узлов интерполяции.

На фиг.1 показана функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 временная диаграмма работы нреобразователя; на фиг. 3 — схемы, поясняющие вывод основных соотношений, характеризующих работу функционального преобразователя; на фиг. 4 — приведены зависимости выходного напряжения преобразователя от его параметров.

Функциональный преобразователь содер>кит генератор импульсов 1, и-канальный распределитель импульсов 2, генератор пилообразного напряжения

3, m блоков аппроксимации 4 -4 каждый из которых выполнен на йервом, втором и третьем масштабных резисторах 5,6 и 7, ключе ввода смешения

8, нуль-органе 9, триггере управления 10, операционном усилителе 11, интегрирующем конденсаторе 12, и блоках задания ординат узлов интерполяции 13 -13п, и элементах И

14 -14, и ключах 15„ -15„, и резисторах, определяющих степень нелинейности 16 -16п и и резисторах обратнои связи 17„-17п.

Преобразователь работает следующим образом

В начале рабочего цикла, когда напряжение на выходе генератора

3 минимально, нуль-орган 9 и триггер

10 находятся в положении, при котором все элементы И 14 -14п оказываются закрытыми, а цепи резисторов 7, 16„-16п, 17„ -17„ отключенными ключами 15- -15п.

Линия Up на фиг.2 дает график изменения пилообразного напряженяя, снимаемого с выхода генератора 3.

Линейный участок Up по времени соответствует и периодам генератора импульсов (на фиг.2 линейная часть

Up формируется в течение четырех отрезков времени 0,1,2,3}.

845161

15 где

40

55 бО б

В течение времени, соответствующего участкам 4 и 5, генератор пилообразного напряжения 3 подготавливается к следующему циклу.

После того, как напряжения Up на выходе генератора пилообразного напряжения 3 достигает по абсолютному значению величины входного напряжения U (фиг.2), сработает нуль-орган 9. Для упрощения описания принято, что сопротивления резисторов 5 и 6 равны. При этом условии нуль-органа срабатывают в момент, отстоящий от начала цикла на время и р

"U

Р r cIvc интервал времени между импульсами генератора 1;

Ui> — максимальная величина напряжения генератора 3.

Время „ можно представить как

l» сумму целого числа А интервалов и некоторого времени P=-ОС, где

О (g c,a (с",.б .>иг. 2)

=. (Д- + 9) 7

После срабатывания нуль-органа 9 переключается триггер 10 и на его выходе появляется сигнал соответствующий логической единице. Сигнал с выхода триггера 10 поступает на вторь>е входы элементов И 14 -14 и управляющий вход ключа 8.

Под деиствием сигнала с триггера

10 и сигнала, поступающего c n-канального распределителя 2 переключится один из элементов Н 14 -14>п, соответствующий узлу интерполяции с номером Х Его переключение приводит. к включению одного из ключей

15„ -15п, соответствующему узлу интерполяцйи с номером >, и поступлению на вход операционного усилителя 11 тока i*. Величина тока ig определяется напряжением на выходе усилителя 14 и настройкой элементов, соответству..>1нх узлу интерполяции с номером а одного из блоков эада-. ния ординат узлов. интерполяции

13„ -13„; одного из резисторов обратной связи 17„ -17п, одного из резисторов 16,-16„, определяющего степень нелинейности.

Под действием сигнала, соответствующего логической единице и поступающего с выхода триггера 10,происходит замыкание ключа 8. В результате на вход нуль-органа подается дополнительный ток, пост >пающий от источника опорного напряжения U < через резистор 7. Дополнительный то< выбирается таким, что точка срабатыаання нуль-органа 9 смешается на

UP ax еелненну а Н

Появление смещающего сигнала приводит к возврату нуль-органа 9 в исходное положение. Однако триггер

10 остается во включенном положении, так как он переключается передним фронтом импульса на выходе нульоргана 9, и ток i продолжает поступать на вход усилителя 11.

В момент времени (А+ 1) произойдет очередное переключение и-канального распределителя 2 (фиг.2) и один из ключей 15„ -15>,, соответствующий узлу интерполяции с номером . отключится, а включится адин из ключей 15„ -15„, соответствующий узлу интерполяции с номером с - +1. В результате на вход усилителя 11 будет подан ток i Ä .Величина тока <+.> определяется напряжением на выходе усилителя 11 и настройкой элементов, соответствующих узлу интерполяции с номером А+1.

ToK >„поступает на вход усилителя до повторного переключения триггера

10, которое произойдет в момент времени t y при повторном срабатывании нуль-органа 9.

Время сЗ (фиг.2) определяется выражением

+ 0 ФЬи) и" (А О)

3 epact, После повторного переключения триггера 11 все ключи 15,-15 будут закрыты, а ток ча входе усилителя

11 снизится до нуля и сохранится таким до следующего цикла.

Таким образом, за один цикл работы и канального распределителя 2 на вход усилителя 11 подан заряд

Q i (t2 t ) + i*+1(tЪ t ) (1) В установившемся режиме работы функционального преобразователя заряд Q должен быть равен нулю. В противном случае имело бы место изменение напряжения на выходе усилителя 11 от цикла к циклу и, следовательно, режим был бы переходным.

Произведем расчет зависимости выходного напряжения преобразователя от величин напряжения U и U, поданных на первый и второй, вход.

Расчет поясняют схемы, приведенные на фиг.3.

Заменим задатчики ординат узлов интерполяции эквивалентными схемами состоящими из источника ЭДС Е<-=U„- К, и последовательно с ним включенного эквивалентного внутреннего сопротивления Rg„ >..Эквивалентное внутреннее сопротивление задатчика

R .= Йц резистор обратной связи

eHÇ. — а

Rac d„ = R .(из группы резисторов сб.

17„ -17 ) и резистор К„, = и,определяющйй степень нелинейности (из группы резисторов 6,, -16л) включены по схеме звезды (фиг.3,а). Схема звезды может быть заменена экъива845161

ЬС (аЬ1) R

"ВЬИ а=1с Edl d ахЬ ((; 1) С ()>.Ь1) ВЬП 8=1 (+1 и,„((+1) 10 U „,„8=о соответствует работе в узле интерполяции * Поэтому вместо ив„х В=о можно а ь Овых,а вйразить через него Е сх ) . а

А выход р, 15

Аналогично а а ldll<)

d+1 а lX(dì) а (аь )

Подставив теперь значения Е, и

E +„ в формулу (5), получим е д () вь!х

1 = †.+ раЬ,)„Rbc J

)Выаа аа*) а аВЫа)Ь 1) сала ) 25 0 "або Rca. "с 6(д.+1) R с Ы+") выв 1 9 ®

Rhcà R9c(d.+i) аа (pg)ER )Я н) Rbcd, Цан> а)хЬ Rcd. ) )ХЙН)ВрЬ(+1) ВЬ„(1) а1) эихВ

35 (1-e)+еЬс(Аи) получим

Откуда * )1-8), БА+а 6

-U = (Ю) 45

ЕЫХ= 1 g В

"Ь С РЬЫ.11)

Ъс)3 (6)

a%@.

Rc d"выхв=о=-Е,А, р . ()

Выходное напряжение 0 В,х g -0 при Q = 0 не зависит от величинь1 сопротивления резистора R8 = Вн * °

В этом легко убедиться. подставив в выражение (6) значения К хе „ и Ив из выражений (2) и (3).

Это ясно из физических соображений: при 8 = 0 работает только ключ oL ключ д.+1 все время закрыт и для того, чтобы напряжение на выходе усилителя 11 оставалось неизменным, необходимо чтобы входной ток, протекающий через резистор R>.1 был равен нулю, а в этом случае величина 65

1 лентной схемой треугольника, составленного из трех резисторов Рпв )Вес, Ясс, (фиг.3,б).

В соответствии с известными формулами преобразования звезды в эквивалентный треугольник

Р =R +Р. + аа1Ь а,), Ь* Ц (d) рь ась (о = Rt d. рс.(.+ р ,(>сь. » . (4)

RCud. PcA Rod- рЬА

Тогда ток i, поступающий на вход усилителя 11, потенциал которого весьма близок к нулю, определится из соотношения

Аналогичное выражение можно записать для тока

О вь)x >(и 1) Ьс(д-+1) Подставим теперь выражения i+aè в формулу (1) и примем во внимание, что в установившемся режиме

-0. Тогда можно записать

+»)"; g) о

U р((ж )

Учитывая, что t: -t<-=7, 2 1)) (g - ))t = 8, (+

E Д. ОВЫХ (а / ЕД..).1 0Вых < .(-8)+ + — 8= о.

Reit) d, Ь.,(. " ) ). P t„d сопротивления резистора R8< не играет. роли.

При 8 = 1, Обозначим К,Ьсд /р > (pe)= l3°.

Тогда выражение (8) может быть представлено в следующем виде:

Принимая во внимание, что

"ь ас

") * а,х +а,, QQQ< RgL

"с

dí) c)d+1) с са)ам) а)<щ)ь полу чим ь)х (1-8)+ USb („+„м . (9) (1-в)в. (Можно полагать, что выражение (9) описывает гиперболу с асимптотами, параллельными осям ординат, которая вырождается в прямую,при ) = 1,0.

Зависимость 0е 1„ от 8 при различных значениях параметра р приведена на фиг.4. Она показывает,что предложенный функциональный преобразователь осуществляет нелинейную интерполяцию воспроизводимой функции,. причем степень нелинейности для каждого участка интерполяции устанавливается независимо.

Предлагаемый функциональный преобразователь эа счет использования нелинейной гиперболической ин845i 61

10 терполяции позволяет более точно моделировать гладкие функции при том

-же числе узлов интерполяции, что и в прототипе, либо значительно уменьшить число узлов интерполяции без уменьшения точности аппроксимации.

Формула изобретения

Функциональный преобразователь, содержащий задающий генератор импульсов, в-канальный распредели тель импульсов, вход которого соединен с выходом задающего генератора импульсов, генератор пилообразного напряжения, управляющий 15 вход которого соединен с управляющим выходом и-канального распределителя импульсов, m блоков аппроксимации, каждый иэ которых содержит операционный усилитель, выход которо- щ го является выходом преобразователя, интегрирующий конденсатор, включенный между входом и выходом опера.ционного усилителя, о ключей, соединенных выходами со входом опера- 25 ционного усилителя, и и элементов И, выходы которых подключены к управляющим входам соответствующих ключей, а первые входы — к соответствующим выходам и-канального распределителя импульсов, нуль-орган, вход которого через первый масштабный резистор подключен к выходу генератора пилообразного напряжения, второй масштабный резистор, один вывод которого соединен со входом нуль-органа, а другой является входом аргумента преобразователя, ключ ввода смею .ния, выход которого подключен ко входу нуль-органа, а информационный вход через третий масштабный резистор соединен с шиной опорного напряжения, триггер управления, счетный вход которого подключен к выходу нуль-органа, а выход — ко вторым входам элементов И и к управляющему входу ключа ввода смещения, и блоков задания ординат узлов интерполяции, входы которых объединены и являются входом сомножителя преобразователя, о. т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности за счет гиперболической интерполяции, он содержит в каждом блоке аппроксимации и резисторов обратной связи и и резисторов, определяющих степень нелинейности, включенных между выходами соответствующих блоков задания ординат узлов интерполяции и информационными входами ключей, резисторы обратной связи соединены одним выводом с выходом операционного усилителя, а другими выводами подключены к выходам соответствующих блоков задания ординат узлов интерполяции

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пухов Г.Е. Справочник по аналоговой вычислительной техникЕ.

"Техника", 1975, с. 195 рис. 3 ° 46.

2. Патент США У 3 689 754, кл. 235-. 197, опублик. 1972.

3. Авторское свидетельство СССР . Р 640321, кл. G 06 G 7/26, 1978 (прототип).

845161

Яда

4 t

Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ ГОсударственного комитета СССР по делам изобретений и открытии

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

Заказ 4168/4

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

Составитель Н. Балабошко

Редактор Л. утехина Техред З,фанта Корректрр Л. Иван