Функциональный преобразователь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик п 1926677 Фаэ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ тельное к авт. сеид-ву 61) Доп 079 (21) 2832168/18-2(22) Заявле Л 6 7/ ем заявки МВ с лрисоеди (23) Приор суцарстаенный комитет СССР по лелам изобретений и открытий(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ еста диоменения нак кции на отд мации имеет каждого нак ветствующие Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.Известен функциональный преобразователь, содержащий операционный усилитель, выход которого является. Выходом преобразователя, резистор обратной связи, включенный между вхо дом и выходом операционного усилителя, и диодные элементы, выходы которых соединены со входом операционного усилителя, а первый и второй входы соединены соответственно с шиной опорного напряжения и с входом преобразователя 1.Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловленная влиянием температурной н бильности падения напряжения на дах.Наиболее близким к предлагаемому является функциональный преобразователь, содержащий и диодных ограничителей, первые входы которых соединены и являются входом преобразователя, а вторые входы соединены с шиной опорного напряжения, выходной сумматор, выход которого является выходом преобразователя, и резис - торов задания наклонов, объединенных в две группы, первые выводы резнсторов первой группы соединены с инвертирующим, а первые выводы резисторов второй группы - с неинвертирующим входами выходного сумматора, резистор смещения, вклоченный между шиной опорного напряжения и неинвертирующим входом выходного сумматора, свободные выводы резисторов задания наклонов соединены с выходами диодных ограничителей 12.Недостатком этого преобразователяявляется низкая точность, обусловленная тем, что при воспроизведении кусочно-линейной функции имеет место увеличение абсолютной погрешности, при возрастании порядкового номера воспроизводимого участка. Это связано с тем, что выходной сигнал преобразователя на каждом последующем, участке аппроксимации определяется значениями наклона сформированных для меньших значений аргумента базисных функций. Второй недостаток преобразователя - сложность настройки, обуслов 5 лена тем, что при необходимости излона аппроксимируемой фунельном участке аппроксиместо влияние изменениялона на все участки, соотбольшим значениям аргумента. Поэтому при изменении наклонанекоторого участка необходимо перестраивать наклоны всех участковс большими порядковыми номерами.Цель изобретения - повышение точ.ности воспроизведения кусочно-линейной функции и упрощение настройкипреобразователя.Указанная цель достигается тем,что функциональный преобразователь,содержащий п диодных ограничителей, )Опервые входы которых соединены иявляются входом преобразователя, авторые входы соединены с шиной опорного напряжения, выходной сумматор,выход которого является выходом преобраэователя,п резисторов заданиянаклонов, объединенный в две группы,первые выводы резисторов первой группы соединены с инвертирующим, а первые выводы .резисторов второй группы - с неинвертирующим входами выходного сумматора, резистор смещения,включенный между шиной опорного на -пряжения и неинвертирующим входомвыходного сумматора, дополнительносодержит и - 2 дополнительных резистора задания наклонов и и сумматоров,выход каждого из которых соединенсо свободным выводом соответствующегорезистора задания наклонов, а первый,.второй и третий входы соответственно - с входом преобразователя, с выходом соответствующего пономеру диодного ограничителя и с шиной опорного напряжения, выход каждого сумматора, кроме первого и и-гоподключенного выходом к выводу резистора задания наклонов первой группы, соединен через дополнительныйрезистор задания наклонов с неинвертирующим входом выходного сумматора, 40а выход каждого сумматора, кроме первого и п-го, подключенного выходомк выводу резистора задания наклоноввторой группы, соединен через дополнительный резистор задания наклонов 45с инвертирующим входом выходногосумматора,На чертеже приведена блок-схемафункционального преобразователя.Преобразователь содержит и диодных ограничителей 11,1 п и сумматоров 22 п резистор 3 смещения, и резисторов 4. 4 п задания наклонов, и - 2 дополнительныхрезистора 5,., 5 и-г задания наклонов, выходной сумматор б.Преобразователь работает следующим образом,На вход преобразователя подается напряжение х, изменяющееся по про иэвольному закону. Это напряжение поступает на входы ограничителей 111 о и на входы сумматоров 22, В результате этого на выходах сумматбров 212Формиру ется сигнал, имеющий форму вида /х - х/, где х - пороговое значение напряжение напряжения для К-го ограничителя 1 . 1 п и .соответствующего сумматора 22 п, Полученные сигналы с выходов сумматоров 2,2 и через резисторы 44 п и 55 и-а задания наклонов поступает на неинвертирующий или ин-. вертирующий входы выходного сумматора б, осуществляющего суммирование токов. На выходе сумматора б Формируется напряжение у, имеющее форму аппроксимируемой Функции 1(х), ли-нейно изменяющейся между каждой парой соседних узлов аппроксимации.Включение сумматоров 2 А2 и и дополнительных резисторов 55 о-г задания наклонов предложенным способом позволяет реализовать разложение аппроксимируемой Функции по кусочно-линейному базису, который обладает тем общим свойством, что каждая базисная функция линейно изменяется в заданных пределах и остается постоянной вне этих пределов.Математически базисные функции, лежащие в основе работы предложенного преобразователя, могут быть выражены через модуль-функции вида /х - х/следующим образом(Х) = - 2-( /Х-Хк/ - /Х-Х / +Х -Х) (1) 1 где х - входная переменная, имеющая на практике размерностьнапряжения;хк - значение переменной х вК-ом узле аппроксимации;хк, - значение входной перемен"ной в (К+1)-ом узле аппроксимации;и - число узлов аппроксимации.Если базисную функцию (1) умножить на наклон - соответствуюХ к(- Хкщего участка и просуммироватьх)= у,+1 (х), (2) то получим выражение для аппроксимирующейфункции во всей области изменения аргумента х.После преобразований выражение (2) может быть записано в следующем видеу(х) = - - + /х-х/ + "/х-х /- 1+ лАкМ-) К2 /2 1 кн -х - х,/.,(3) Иэ выражения (3) следует, что для реализации кусочно-линейного функционального преобразователя на основе базиса (1) необходимо производить суммирование модуль-функций вида /х - х/ с коэффициентами, являющимися наклонами аппроксимируемой функции .на соответствующих участках. При этом на каждого внутреннего узла х , К = 2, Зп - 1 слагаемое ( Фс большими порядковыми номерами, начиная со значения задаваемого цепью смещения. Кроме того, при настройке предложенного преобразователя изменение наклона на каждом участке аппроксимации может быть выполнено независимо от наклонов на других участках, так как вне данного участка на:клон базисной Функции равен нулю, Это позволяет существенно упростить на стройку преобразователя. 1 укг -укк( -2 хкг - х кл Рассмотренный алгоритм аппроксимации реализуется следующим образом.Сумматоры 2 ,2 с соответствующими цепями связи и ограничители 1 Ь типа идеальный диод реализуют модуль-функцию, резисто-, ры 4, 4 п и 5, . 5 о-г задания наклонов реализуют коэффициенты сум мы (3),а резистор 3 смещения, подключенный к шине опорного напряжения, реализует первое слагаемое формулы (3) .При этом в соответствии с соотно шением (3) необходимо обеспечить равные значения величин резисторов наклонов по выходам двух соседних сумматоров 2,2 , а именно попарное равенство резисторов 4 и 5 л .5. и 4, Поэтому сумматоры 2 и 2 и, соответствующие первому и последнему узлам аппроксимации, подключены своими выходами к входам сумматора только через один резистор 44 или 4 инаклона, а остальные сумматоры 22, связаны с инвертирующим и неинвертирующим входами сумматора б, через два резистора 4.4и 5 л . 5, ,задания наклонаВыбор входа сумматора 6 к котоуому подключается каждый иэ резисторов 4 4 н и 5 51 задания наклонов, определяется знаком соответствующего слагаемого суммы(3) и знаком производной аппроксимирующей 40 функции на соответствующем участке..Например, если на участке между К-ым и (К+1)-ым узлами линейный участок имеет положительный наклон, тогда резистор 4 на выходе К-огб усилителя 45 сумматора 2 к будет подключен .к неинвертирующему входу сумматора б, а равный ему по величине . резистор 5 (К + 1)-ого сумматора 2необходимо подключить к инвертиО рующему входу сумматора. При. убывании Функции на этом участке названные резисторы 4 к, и 5должны быть под-, ключены наоборот.Поскольку в предложенном преобра зователе для аппроксимации используются базисные функции, значение ко" торых вне рабочего участка остается постоянным, то с увеличением количества одновременно включенных ди- БО одных ограничителей 11 не происходит накопление абсолютной погрешности в отличие от прототипа, где базисные функции линейно возрастают на всех участках аппроксимации 65 Формула изобретения 1 х - х будет входить в сумма со знаком минус для левого участка и наклоном 3 к: - "", а для правогоучастка со знаком плюс и наклономФункциональный преобразователь, содержащий и диодных ограничителей, первые входы которых соединены и являются входом преобразователя, а вторые входы соединены с шиной опорного напряжения, выходной сумматор, выход которого является выходом преобразователя,и резисторов задаиия наклонов, объединенных в две группы, первые выводы резисторов задания наклонов первой группы соединены с инвертирующим, а первые выводы резисторов задания наклонов второй группы - с неинвертирующим входами выходного сумматора, резистор смещения, включенный между шиной огорного напряжения и неинвертирующим входом выходного сумматора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения. точности и упрощения настройки, он содержит и - 2 дополнительных резистора задания наклонов и и сумматоров, выход каждого из которых соединен со свободным выводом соответствующего резистора задания наклонов, а первый, второй и третий входы соответственно - с входом преобразователя, с выходом соответствующего по номеру диодного ограничителя,с шиной опорного напряжения, выход каждого сумматора, кроме первого и и-го подключенного выходом к выводу ре" зистора задания наклона первой группы, соединен через дополнительный резистор задания наклонов с неинвертирующим входом выходного сумматора, а выход каждого сумматора, кроме первого и и-го, подключенного выходом к выводу резистора задания ф наклонов второй группы, соединен через дополнительный резистор задания наклонов с инвертирующим входом выходного сумматора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Смолов В.Б. Аналоговые вычислительные машины, М., фВысшая школа, 1972, с. 266, рис. У 1-50.2. Справочник по нелинейным схемам. Под ред. Д.Шейнголда.11 "11 ир", 1977, с. 62, фиг, 2.1.16 (прототип).9266" Составитель Н,БалабоШРедактор С.Тараненко Техред И. Рейвес ррек тор А. Гриценко дписно а Филиал ППП 11 атент, г. Ужгород, ул. Проектная,2983/42 ВНИИ 11 И по де 113035, ИТираж осударствен ам изобрете сква, Ж,32 ого ком ий и отРаушска ета СССРытийнаб., д. 4/5