Функциональный преобразователь

Функциональный преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советсиик

Социалистичвскии

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 04. 01. 81 (21) 3228972/18-24 с присоединением заявки йв(23)Приоритет(51)M. Кл.

G 06 G 7/26

1Ьаудоротвоивй комитет

СССР ио делам изооретеиий н открытий (53) УДК681. 335 (088.8) Опубликовано 30. 08. 82. Бюллетень М 32

Дата опубликования описания 30.08.82 (72) Авторы изобретения

А.С.Гусев и С.И.Сергейчик

/ .;;.

Томский ордена Октябрьской Революции и Ьрдена

Трудового Красного Знамени политехническйй институт (7l ) Заявитель (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.

Известен функциональный преобразователь, содержащий генератор синусоидального сигнала, фазовращатель, 5 амплитудный модулятор, два блока сравнения, масштабный блок, сумматор, два линейных выпрямителя и два фильтра нижних частот, который воспроизводит центральные. кривые второго порядка (11 .

Его недостатком является то, что он не позволяет моделировать одновременно верхнюю и нижнюю полуокруж" ности эллипса, а также не позволяет непрерывно воспроизводить центральные кривые второго порядка полностью, без предварительной перестройки соответствующих блоков преобразователя. 2о

Наиболее близким техническим ре" шением к предлагаемому является функциональный преобразователь, содержащий источник синусоидального напряжения, сумматор, фазовращатель, включениый между выходом источника синусоидального напряжения и первым входом сумматора, амплитудный модуля. тор, опорный вход которого соединен с выходом источника синусоидального напряжения, выход — с вторым входом сумматора, а управляющий вход является входом преобразователя, блок преобразования напряжения в фазу, включенный между выходом источника синусоидального напряжения и третьим входом сумматора, выход которого является выходом функционального преобразователя и подключен к перво" му входу блока сравнения, соединенно го выходом с управляющим входом блока напряжения в фазу, а вторым входом " с выходом источника синусоидального напряжения (2) .

Недостатком этого функционального преобразователя является то, что он не позволяет воспроизводить одно95511

0„, 0 временно верхнюю и нижнюю части центральных кривых второго пооядка, а также осуществлять ими аппроксима" : цию других нелинейных зависимостей.

Цель изобретения — расширение класса задач, решаемых преобразователем, и повышение его точности.

Указанная цель достигается тем, что функциональный преобразователь, содержащий источник синусоидального 10 напряжения, сумматор, блок сравнения, фазовращатель, включенный между выходом источника синусоидального напряжения и первым входом сумматора, амплитудный модулятор, опорный вход М которого соединен с выходом источника синусоидального напряжения, а выходс втооым вхолом сумматора,, блок пре" образования напряжения в фазу, включенныи между выходом источника сину- 26 соидального напряжения и третьим входом сумматора, выход которого подклю" чен к первому входу блока сравнения, соединенного выходом с управляющим входом блока преобразования напряже- 25 ния в фазу, а вторым входом - с выходом источника синусоидального напряжения, дополнительно содержит

Фильтр нижних частот, дополнительный блок сравнения, блок масштабно- зв го преобразования, дополнительный сумматор, переключатель, линейный выпрямитель, вход которого подключен к выходу амплитудного модулятора, а выход через фильтр нижних частотк первому. входу дополнительного блока сравнения, выход дополнительного блока сравнения подключен к управляющему входу амплитудного модулятора, а второй вход является входом функционального преобразователя, четвертый вход первого сумматора соединен с выходом источника синусоидального напряжения, а выход соединен с входом блока масштабного преобразования, выход которого соединен с первым входом переключателя и первым входом дополнительного сумматора, второй вход дополнительного сумматора соединен с выходом фаэовращателя,а

50 выход - с вторым входом переключателя, ьыход которого является выходом фун:<ционального преобразователя, а управляющий вход соединен с.вторым входом дополнительного блока сравN ненил °

На фиг.l приведена блок-схема

Функционального преобразователя; на

3 4 фиг.2 - диаграмма напряжений, поясняющая его работу. функциональный преобразователь содержит источник 1 синусоидального напряжения, блок 2 преобразования напряжения в фазу, фазовращатель 3, амплитудный модулятор 4, основной 5 и дополнительный 6 сумматоры, линейный выпрямитель 7, фильтр 8 нижних частот, дополнительный блок 9 сравнения, блок 10 масштабного преобразования, основной блок 11 сравнения, переключатель 12.

Работа функционального преобразователя основана на реализации алгоритма, полученного путем использования,векторно-электрического метода и применения аффинного преобразования, которое в данном случае заключа ется в линейном растяжении или сжатии центральных кривых второго порядка.

Это можно пояснить следующим образом. Уравнение эллипса в собственной системе координат, совпадающей с осями эллипса, можно записать в виде где КА = 0 /0 " коэффициент аффинного подобия;

0, U> циональные большой

g и малой Ь полуосям эллипса;

U - напряжение, пропорциональное ординате некоторой точки окружности с радиусом, равным 0<; напряжения, величина которых пропорциональна независимой .

Х и зависимой Y переменным, связанным уравнением эллипса.

Из равнения (1) видно, что эллипс можно моделировать с помощью окружности, аффинно подобной воспроизводимому эллипсу с радиусом, равным одной из полуосей эллипса. При моделировании эллипса в системе координат, не совпадающей с его осями, необходимо сформировать два дополнительных синусоидальных напряжения (вектора) 0„ и UYo сдвинутых по фазе íà + Y /2 и определяющих положение центра моделируемой окочж0 у "уо+0 „ (2) 2$ где U- - ордината соответствующей

Y точки верхней части эллипса в собственной системе координат эллипса ХОУ.

Нижний корень U можно определить из уравнения

Совместное решение уравнений (2) и (3) дает ураневние для воспроизведения нижней части эллипса без дополнительной перестройки основного блока,11 сравнения

If

UY 2uYO uY

Для реализации уравнения (4) необхо-, димо ввести дополнительный сумматор

6. Поскольку при непрерывном моделировании полного эллипса или окружности требуется при периодическом изменении входного напряжения 0х в пределах от 0х —— Uffq - U R до 0Х2 = 0ХО + 0 (фиг. 2); осуществлять поочередное воспроизведение верхней и нижней частей эллипса, то необходимо дополнительно ввести еще переключатель 12. Он должен подавать на выход функционального преобраI зователя поочередно напряжения 0 и 0>, Переключение должно осущест$5 вляться в момент достижения входным сигналом значения напряжений 0„ и 0хг. (4) 40

5 9551 ности (фиг.2). Поскольку одному значению независимой переменной 0„ со ответствуют два значения зависимой переменной 0х и Uy (фиг.2), то, если не принимать дополнительных мер, З функциональный преобразователь может воспроизводить без дополнительной перестройки основного блока ll сравнения и блока 2 преобразования напряжения в фазу только верхнюю 10 или нижнюю части эллипса или окружности. Однако, если настроить функци" ональный преобразователь на воспроизведение только одной, например верхней, части эллипса, нижняя часть может быть воспроизведена с помощью простой операции суммирования. Первый корень, соответствующий положительному знаку в уравнении (1), может быть определен иэ геометрических 20 построени" по фиг.2 следующим обра-, зом:

13 4

Приближенное воспроизведение широкого класса выпуклых, вогнутых и монотонных функций осуществляется путем их апп1юксимации указанными центральными кривыми. Параметры настройки функционального преобразователя при этом находятся решением задачи аппроксимации, аппроксимирующим выражением в которой является уравнение эллипса указанного вида. Это уравнение может быть записано в следующем виде, удобном для аппроксимации:

ОУ =UYO С помощью уравнения (5) и уравнения или таблицы значений аппроксимируемой функции составляется система урав нений по одному из известных математических методов, например по методу наименьших квадратов. Полученная система уравнений решается относительно параметров аппроксймирующего эллипса: 0хО Оуо 0а

Воспроизведение функций осуществля ется следующим образом.Напряжение Uf- - с выхода источника

1 синусоидального напряжения поступает на входы преобразователя 2 напряжения в фазу, фазовращателя 3, амплитуднога модулятора 4, первый вход сумматора 5 и первый вход основного блока 11 сравнения. Напряжение с выхода фазовращателя 3, сдвинутое по фазе на + Qf 72 относительно напряжения

0 „, поступает на второй вход 5 и первый вход сумматора 6. Напряжениь с выхода блока 2 преобразования напряжения в фазу, имеющее, в общем случае, произвольную фазу, поступает на третий вход сумматора 5. Напряжение с выхода модулятора 4 поступает на четвертый вход сумматора 5 и через последовательно соединенные линейный выпрямитель 7 и фильтр 8 нижних частот на первый вход дополнительного блока 9 сравнения, на другой вход которого подается входной сигнал.

При равенстве напряжений на входах блока 9 сравнения на выходе амплитудного модулятора 4 устанавливается синусоидальное напряжение 0>, пропорциональное по величине входному си -налу. На выходе сумматора 5 формируется напряжение 0 = U<о +

+ 0> + 0 - Ug имеющее, в общем случае, произвольную величину и фазу

Напряжение 0 поступает на второй

9551 Т5 вход основного блока 11 сравнения.

Если разница Фаэ1напряжения: О и на- пряжения источника 1 равна .Ф /2, то сигнал на выходе основного блока 11 сравнения равен нулю. 5

При отклонении указанной разницы фаз от 7/2 на выходе основного блока сравнения появляется сигнал рассогласования, который подается на управляющий вход блока 2 преобра": 10 зования напряжения в фазу. В результате напряжение,0 „ на выходе блока

2 преобразования напряжения s фазу, изменяет свою фазу таким обргГзом, что разность Фаз между напряжениями И

U и U устанавливается равной к /2.

При изменении, входного напряжения в определенных пределах конец векто" ра напряжения U < будет описывать,: дугу окружности с радиусом, равным 20 величине этого напряжения (фиг.2).

Напряжение UY, пропорциональное по величине ординате некоторой точки, лежащей на окружности, поступает на вход блока 10 масштабного преоб- 25 раэования. На выходе этого блока формируется напряжение, равное

°

U> = KA U+ и пропорциональное по величине ординате эллипса, соответствующей первому корню уравнения (5).эв

Далее это напряжение подается на один иэ входов переключателя 12 и второй вход сумматора 6. Последний настроен таким образом, что коэффициент передачи по первому входу раввнЗ

2 0>о /0<, а по второму - 1. На выходе сумматора 6 в соответствии с уравнением (4) формируется напряжеЛ ние UY соответствующее второму корню уравнения 5 . Выход сумматора 6 соединен с вторым входом первключателя 12, который настраивается .таким образом, чтобы при периодическом изменении входного сивнала в предлах от 0Ä< до U„> периодически иметь

I к на. его вь1ходе напряжения 0 и О.

Так, например,при возрастании напряжения 0< в укаэанных пределах имеем ! на выходе напряжение U+ . При дости" жении напряжением Ок напряжения

%6 срабатывания 0<2 переключатель 12 осуществляет переключение и на его

lI выходе появляется напряжение UY .

При последующем уменьшении напряжения О„и достижении им напряжения срабатывания 0<< переключатель 12 устанавливается в исходное положе" ие и на его выходе появляется напрякение UY (фиг.2). о Ракая схема полного непрерывного моделирования центральных кривых второго порядка позволяет избавиться от перестройки основыбго блока 11 сравнения и блока 2 преобразования напряжения в фазу. Это позволяет значительно уменьшить время установления соответствующих значений выходного напряжения, уменьшить динамическую ошибку в моменты переключе" ний.

Кроме этого, предлагаемый функциональный преобразователь позволяет иметь одновременно оба корня уравнения (5) центральных кривых второго порядка, что может иметь значение при,решении сложных задач, где требуется одновременное приближенное моделирование выпуклой и вогнутой функций.

Таким образом, предлагаемый функциона.пьный преобразователь обеспечи. вает решение более широкого круга задач,чем прототип. Он позволяет осуществлять полное непрерывное моделирование центральных кривых второго порядка без методической погреш. ности и без перестройки соответствующих блоков функицонального преобра- эователя,позволяет одновременно воспроизводить оба корня уравнения центральных кривых второго порядка и осуществпять аппроксимацию широкого класса нелинейных зависимостей указанными центральными кривыми, что позволяет повысить точность его работы по сравнению с прототипом.

Формула изобретен ия

Функциональный преобразователь . содержащий источник синусоидального напряжения, сумматор, блок сравнения, Фазовращатель, включенный между выходом источника синусоидального напряжения и первым входом сумматора, амплитудный модулятор, опорный вход которого соединен с выходом источника синусоидального напряжения, а выход - с вторым входом сумматора, блок преобразования напряжения в

Фазу, включенный между выходом источника синусоидального напряжения и третьим входом сумматора, выход которого подключен к первому входу . блока сравнения, соединенного выходом с управляющим входом блока преобразования напряжения в фазу, а вторым

9551 входом - с выходом источника сину-соидального напряжения, о т л и ч аю щ и и с .я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, повышения точности, он содержит фильтр нижних частот, дополнительный блок сравнения, блок масштабного преобразования, дополнительный сумматор, переключатель, линейный выпрямитель, вход которого подключен к выходу амплитудного модулятора, а выход через фильтр нижних частот - к первому входу дополнительного блока сравнения, выход дополнительного блока сравнения подключен к управляющему М входу амплитудного модулятора, а второй вход является входом функционального преобразователя, четвертый вход первого сумматора соединен с выходом источника синусоидального 20 напряжения, а выход подключен к вхо13 10 ду блока масштабного преобразования, выход которого соединен с первым входом переключателя и первым .входом дополнительного сумматора, вто. рой вход дополнительного сумматора соединен с выходом фазовращателя, а выход - с вторым входом переключателя, выход которого является выходом функицонального преобразователя, а управляющий вход соединен с вторым входом дополнительного бло" ка сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство CCCP по заявке и 2828251,кл. G 06 G 7/26, 1979

2. Авторское свидетельство СССР

N 488224, кл. G 06 G 7/24, 1975 (прототип).

955113

Составитель Н. Балабошко

Редактор С.Тараненко Техред Т.йаточка Корректор Г.Огар

Заказ 6440/56 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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