Функциональный преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1283805 5 и 4 О 06 ОПИСА ЗОБРЕТЕНЙ ЛЬСТВУ МУ СВИ ходе блока формирования гиперб нал е изменения зователя по во всем диапаз на входе преоб рж стоянных пределах. Эт и с выбором соответст ся купнос щего значения коэффициента передачиблока формирования гиперболы позволяет поддерживать напряжение на еговыходе также в определенных пределахв той части шкалы выходных напряжений, где вычисление выходной функции происходит с минимальной погрностью. Второй ЦАП и второй масштный усилитель позволяют привести всоответствие масштабы выходной функции и входного сигнала на каждойоктаве с одновременным уменьшениемпогрешности. Совместное использование реверсивного счетчика и дешифратора, обеспечивающих соответствиемежду числом записанных в реверсив -еш- абом счетчике импульсов и номером включенног быстродеиствие искольку максималсов, записанных ке. равно числу октторых изменяется вхочислу разрядов в ЦАПрактер выходной Фун пределах сигнал, и адкий ха- обеспечива в нойци т того, что собственноское преобразование прося за с гиперболиче изводится б лы. Гибр еобраэов теля позволяет получить положительный эффект от ыстродействия аналоговых совокупныисочетания б тачност оиств, 2 и овых у ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРпО делАм изОБРетений и ОтнРытий(71) Московский авиационный институт им.серго Орджоникидзе(56) Тимонтеев В.Н. и др. Аналоговье премножители сигналов и радиоэлектронной аппаратуре. М.; Радио и связь, 1982, с.56, рис.4.4,Коган Б.Я. Электронные моделирующие устройства и их применения для исследования систем автоматического регулирования. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963, с.231, рис.121.(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь эовано в различных функциональных устройствах вычислительных, информационных и управляющих систем.Цель изобретения - повьппение быстродействия при воспроизведении гиперболической функции и повышение точности. Преобразователь включает блок формирования гиперболы и совокупность аналоговых и цифровых элементов, образующих систему с дискретной обратной связью, реалиэуюшую принцип регулируемого коэффициента передачи, При изменении сигнала на входе преобразователя ца октаву коэффициенты передачи входящих в него двух ЦАП также изменяются на октаву. В связи с этим напряжение на ЦАП разряда, повышаетреобразователя поьное число импульв реверсивном счетчи оком Формирования гиперный принцип построения1 28380Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в различных функциональных устройствах вычислительных, информационных, управляющих и моделирующих систем.Цель изобретения - повышение быстродействия при воспроизведении гиперболической функции и повышении точности. 1 ОНа Фиг, приведена Функциональная схема преобразователя; на фиг,2 его статическая характеристика Цр,ыу = Е (П)Функциональный преобразователь (фиг,1) содержит генератор тактовых импульсов 1, первый и второй масштабные усилители 2 и 3, реверсивный счетчик 4, трехпоэиционный релейный элемент 5, первый б и второй 7 циф - 20 роаналоговые преобразователи, двоично-десятичный дешифратор 8, блок 9 Формирования гиперболы.Функциональный преобразователь работает следующим образом.В основе функционирования аналогоцифрового гиперболического преобразователя (фиг.1) лежит поддержание напряжения на входе блока 9 формирования гиперболы в постоянных пределах, ограниченных нижним и верхним преде- ламИ срабатывания Бл и Б трехпозипционного релейного элемента 5 при изменении информационного сигнала на входе преобразователя. 35В соответствии с принципом работы при изменении входного напряжения Ци, на октаву изменение коэффициентов передачи первого 6 и второго 7 цифроаналоговых преобразователей40 происходит также в пределах октавы и производится по командным сигналам, поступающим с выхода трехпоэиционного релейного элемента 5. Моменты переключения последнего, определяющие в конечном итоге работу реверсивного счетчика 4 в режиме сложения, вычитания или хранения записанной информации, зависят от выбора порогов срабатывания Бп, .Трехгоэи 501циониый релейный элемент 5 выполняет функции коммутатора импульсов с выхода генератора 1 на вход сло жения или вычитания реверсивного счетчика 4. 55 При величине напряжения на выходе первого масштабного усилителя 2 в пределах между Ц и 11 пр чиспо импульсов, записанных Б рея Ррскнномсчетчике 4, сохраняется неизменньм,При увеличении этого напряжения вьппеуровня Цп трехпозиционный релейныйэлемент 5 вырабатывает командныйсигнал, в соответствии с которымимпульсы с выхода генератора 1 поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 4. Процесс уменьшения числа импульсов записанных в счетчике 4, происходит до тех пор, пока за счет уменьшения коэффициента передачи первого ЦАП 6 напряжение на входе блока 9 формирования гиперболы не примет значения, находящегося между 11, и ПдУменьшение напряжения на входе преобразователя вызывает уменьшение напряжения на выходе масштабного усилителя 2. Когда это напряжение станет меньше уровня Цптрехпозиционный релейный элемент 5 вырабатывает командный сигнал, в соответствии с которым импульсы с выхода генератора 1 поступают на вход сложения реверсивного счетчика 4. Про. цесс увеличения числа импульсов, записанных в счетчике 4, происходит до тех пор, пока эа счет увеличения коэффициента передачи первого ЦАП 6 напряжение на входе блока 9 Формирования гиперболы не достигнет уровня, находящегося между значениями 11 и БМаксимальное число записанных в реверсивном счетчике 4 импульсов соответствует числу октав, в пределах которых изменяется входной сигнал, Так, при изменении Б в пределах О, - 10 В (семь октав, две декады) число импульсов в реверсивном счетчике 4 изменяется в пределах 4 - О.Для реализации принципа работы преобразователя необходимо обеспечить однозначное соответствие между числом записанных в реверсивном счетчике импульсов и номером включенного при данных значениях разряда каждого из двух ЦАП. В семиоктавном преобразователе, в частности, на первой октаве Пп = 0,078125 в . 0,15625 В, число импульсов, записанных в реверсивном счетчике, равно О, а коэффициент передачи первого и второго десяти- разрядных ЦАП 1 г = 0,5, поскольку при этом должны быть включены только их десятые разряды. Для седьмойоктавы аналог ичцы показатели имек,тзначения П = 5 - 10 Б, число имцуль -Р,сон в счетчике - 4, 1,2= 0,007825.Указанцае соответствие между чис -лом импульсан в реверсивном счетчикеи номером включенного при этом разряда каждого из двух ПЛ б и обеспечивается с помощью дноичнодесятичного дешифратора 8,Функционирование дискретной системы обратной связи, реализующей принцип регулируемого коэффициента О передачи, поддерживает напряжение на нходе блока 9 формирования гиперболы в постоянных переделах во всем5 делах. За счет выбора соответствующего значения коэффициента передачи диапазон изменения напряжения на выходе блока 9 формирования гиперболы может быть смещен в ту часть шкалы выходных напряжений, где вычисление выходной функции происходит с минимальной погрешностью Фиг,2) . 30Второй 1 ЛП 7, подключенный своим входом к выходу блока 9 формирования гиперболы, и масштабный усилитель 3, выход которого является выходом преобразователя, позволяет привести в соответствие масштабы выходной Функции и входного сигнала на каждой октаве с одновременным уменьшениемпогрешности преобразования.Гладкий характер выходной Функции 40 в предлагаемом Функциональном преобразователе достигается за счет того, что собственно гиперболическое преобразование производится аналоговым устройством - блоком 9 формирования 45 гиперболы.Обозначим напряжения на входе и выходе преобразователя как 0 и Бь, а напряжения на выходах первого 1 ЛП б, первого масштабного усилителя 2, 50 блока 9 Формирования гьгперболы, второго ЦАП 7, второго масштабного уси лителя 3 и коэффициенты их передачи как, соответственно, Б и г, П 2 и К,Тогда действительны следующие соотношения;Пъ К П =Кь09 А/21 3 1 2179диапазоне изменения входного сигналапреобразователя"Это, н свою очередь,однозначно определяет изменецие напряжения на ныхоле блока 9 формирования гиперболы также в постоянных пре О=К 1 = К 1,1:=ЛК,мlКили с учетом значения . получимПоскольк, = 1" 2, то Пь,; - Л Е /1, 1,Пля реализации преобразователемгиперболической зависимости П/г,необходимо, чтобы выполня.-ось условие К = А К2Исходя из соображений минимизации погрешности вычисления И ,следует обеспечить получение максимальных значений выходного напряжения блока 9 Формирование гиперболы Б , Так, если погрешность преобразования последнего, отнесенная кполной шкале выходного сигнала (нрассматриваемом случае - П 9),составляет 1 , то для П 9 = 0,5 П 9,погрешность составит 2 Е, а для Б 9- 0,01 Бо упри полной шкале 1 О В0,01 = 0,1 Б) погрешность составитуже 1007.Поскольку Пг= 1 г К 2 1,9, результирующая погрешность Функциональногопреобразователя тем меньше, чемменьше значениЯ 12 и возРастает сростом Кг, В этом смысле желательны минимальные значения коэффициента передачи второго маштабного усилителя Кг . В та же время, так каккоэффициенты передачи в схеме преобразователя связаны соотношением К2- К,/А, для уменьшения значений Кнеобходимо при заданном К 1 увеличивать значения А,В качестве блока 9 формирования гиперболы в данном функциональном преобразователе можно использовать аналоговый преобразователь для умножения-деления, например интегральный преобразователь типа 525 ПС 2, максимальное значение напряжения на выходе которого равно 10 В, а погрешность преобразования, отнесенная к полной шкале, составляет 17С учетом сказанного и в соатветпринггипом действия = А/0 , = 1 О В, где Пг - напряжение на выходе второго масштабного усилителя 3, или, что то же, на выходе блока 9 формирования гиперболы, Очевидца что ПгипгИз выражения для П видно, что при сохранении определенного уровня Б увеличение А должно сопровождаться ростом минимального значения Пг .Так как Бг мин= 0,5 Пг ас аЦ 2- 1 0 Вто 1111 Р. может бытьболее 5 В, В связи с этггм А;= 50,а пороги срабатывания трехпозиционного релейного злемента 5 должггыиметь значения БВ 1 " 5 В и БВ 2= Б 1 К 1, а также учитывал вьппеприведенные соображения и соотношение параметров в схеме преобразователя, можно получить выражения дляопределения коэффициентов передачимасштабных усилителей К = Бп 2 В,;,",ф . При П = 1 О В, 11= 10 В и= К /А 2,56,Основная составляющая погрешностиФункционального преобразователя определяется инструментальной погрешностью блока 9 формирования гиперболы и, с учетом особенностей прохождения сигнала от выхода последнегодо выхода преобразователя равна9 12 К 2 где г, 1.1 ч - погрешностьс 93 Гвычисления значения Б на выходе бло-"9ка 9 Формирования гиперболы для текущего значения 0.Имея в виду, что погреп 1 ностг Вы -числения О 9 равна 4 19 =А 9 нас ."9 1где Р - погрепгность блока 9 форми- З 0арования гиперболы, отнесенная к полной шкале Бз и с учетом выражения для 0, , = (1/А) , А 1"К 2 119,ч црд .Поскольку А =- 50- К 1 =128, К =256,10 В, Е = 65, з 36 Е д 1; 1 ьОтносительная погрешность преобразователя в каждой точке диапазона изменения выходкой величины будет различной и применительно к семиоктавному преобразователю приА = 1 Есоставит от 1,643 до 0,043 при изменении 0в пределах 0,1 - 10 В.Использование принципа гибридностизначительно повышает быстродействие 45Функционального преобразователя, Врассматриваемом двухдекадном функциональном преобразователе изменениечисла записываемых в реверсивном счетчике 4 в процессе его работы происходит в пределах от 1 до 7. В то же Время число Оязрядсв репер; наного счетчика 4 В гистО ггнфрОВОм Варианте функциональном преобрязоватРля. Обес - ячнг 1 яющего погрешность Вы 1 гисггенийравно гг = 1 (100/), В соотчетствии с зтим БыряжРгнем для4 - 1/ и= 1,647, г 1 = 6 я 1 исло импульсов в реверсивном счетчике 4 н следовательно, ступеней В УЛ составляет 2" = 64, Использование принципа гибридности обеспечивает в зтом случае увелнчеггие быстродействия преобразователя почти в 10 раз.Ф о р м у л я и з О б р е т е н и ягПункциональнггй преобразователь, содержащий генератор тактовых импульсов,подключенный выходом к информационному входу трехпозиционного релейного элемента, соединенного первым и вторым выходами с входами сложения и вычитания реверсивного счетчика, а управг.яющим входом соединенного с выходом первого масштабного усилителя, выходы первого. и второго циФроаналоговых преобразователей подключены к входам соответстВенно первого и второго масштабных усилителей, выход второго масштабного усилителя является выходом преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения быстродействия при воспроизведении гиперболической функции и повьппения точности, В него введены блок формирования гиперболы и двоичнодесятичный дешифратор, подключенный входами к выходам реверсивного счетчика, а выходами подкгпоченный к цифровым входам первого и второгоцифроаналоговых преобразова.телей, вход и выход блока формирования гиперболы подключены соответственно к выходу первого масштабного усилителя и аналоговому входу второгоцифроаналогового преобразователя,аналоговый вход первого цифроаналогового преобразователя является инлормяционньп Входом функцнонячьногОпреобразователя,Ти писное Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная,4 НИИПИ Госуда по делам 13035, МоскваственногозобретенийЖ, Ра митета ССС открытий кая наб