Функциональный преобразователь

13040 Осхб 5;5 хб 10;Осх 2,5;2,5 бхб 5:5 схб 7,5;7 5 бх с 10,определения 1Изобретение относится к аналоговой и аналого-цифровой гибридной вычислительной технике и может быть применено при моделировании систем автоматического управления. 5Цель изобретения - повышение точности.На фиг. 1 изображена структурная схема функционального преобразователя; на Фиг. 2 - пример сквозной 0 кусочно-квадратичной аппроксимации.Функциональный преобразователь содержит аналого-цифровой преобразователь 1 (АЦП), двенадцать цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) 2-13, два дешифратора 14 и 15, девять регистров 16-24 памяти, шесть групп 25-30 ключей, выходной сумматор 31, цифровой вход 32 задания коэффициентов функции и информацион ный вход 33 преобразователя.Функциональный преобразователь работает следующим образом.Воспроизведение заданной Функции основано на реализации сквозной кусочно-квадратичный аппроксимации при равномерном разбиении области определения функции.Заданная Функция Г(х) представляется линейным отрезком, соединяющим 30 начало координат и Г(х , ) (Фиг.2). При этом условно принимается, что Р(х) =О. Для воспроизведения функх=оций, у которых Р(х) ФО, предусмот- рен ЦАП 9 и регистр 23 памяти, кото рый в режиме настройки преобразователя может быть записан код, соответствующий значению Р(х) , Указанное представление функции линейным отрезком Ч;=К, х, где К, - коэффициент, 40 соответствующий тангенсу угла наклона линейного участка, приводит к появлению методической ошибки, пред Ч К х(х х, ) с областьюЧ =К, х(х-х; )ч, =К, х(х-х )ч К х(х х),=К, х(х-х )М =К х(х-х,)8 8Коэффициенты парабол определяютсяисходя из следующих соотношений: 40 гставленной на фиг. 2 в виде кривой(х).В функциональном преобразователе эта кривая аппроксимируется на всем участке х-х . Сквозная аппроксимация осуществляется отрезком параболы, уравнение которой имеет вид Ч" (х)=К х(х-х ). Значение коэффициента Квыбирается из расчета,что в точке х=0,5 хамплитуда кривой ошибки Ч (х) и аппроксимирующей параболы Ч (х) совпадают.Характер методической ошибки, получающейся при сквозной аппроксимации заданной функции одновременно линейным участкоми параболой М (х), представлен на фиг. 2 кривыми М(х)з и 9",(х), для которых справедливо Ч(05 х,)= 9 ч(05 х макс ) . Каждый из участков кривых М" (х) и Чф(х)з 4 представляется отрезком соответствующей параболы Ч (х) и Ч",(х), причем для этих отрезков подбираются соответствующие коэффициенты Ки К , обеспечивающие равенства ф(х)= у(х) и "(х)= У,(х).Кривыми мф(х), Ч"(х), Ч(х) и5бЧ"(х), для которых справедливы соотношения ч(2,5)= Ч,(2,5); "(5)= ,(5); М"(7,5)= р,(7,5); Ч (10)=ч 10) на каждом из участков кривых Ч,(х),У(х), Р(х) и ч"(х), функция представляется отрезком соответствующих парабол, причем для этих отрезков подбираются соответствующие коэффициенты К , К , К Кз, обеспечиваю 5 бщие равенства Ч"(х)=9 б (х), Ч (х)= М (х)(х) Ч(х), Ч (х) Ч(х).Для спучая задания функции в пределах изменения х от О до 10 кусочно- квадратичная аппроксимация реализуется параболами, уравнения которых имеют вид( )-" (х)- "4 )- (х) 8ф 0,625-0,1251где Р(х) - 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: Р(х)= ч,(х)+ М(х)+ М(х)+ Ч(х)Р (х) М (х)+М (х)+М (х)+Р 6(х) Г, (х) - М (х)+р (х)+р (х)+М (х), " ,=ч( )+ч( )+ м ( ),0 х 2,5;2,5 х 5; 5 хс 7,5;7,5(х(10,25 а на выходе функционального преобразователя получимЕ(х)(х)+3 (х)+Зз(х)+ (х) или в развернутом видеГ(х)=М,(х)+9 (х)+4 (х)+М (х)++Ч (х)+М (х)+ Ч (х)+ У(х),Из приведенных соотношений (1)-(4) следует принцип сквозной кусочно- квадратичной 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.35В период подготовки функционального преобразователя к работе вычисляются коэффициенты К,-К функций, которые в виде двоичного кода последовательно записываются в регистры 16- дО 23, для чего они подаются на цифровой вход 32 преобразователя. Если запись в регистры коэффициентов функции осуществляется 16-разрядным параллельным кодом, то старшие 1 О раз рядов несут информацию о величине коэффициента, младшие четыре разряда определяют номер регистра и поступают в дешифратор 14, обеспечивающий выработку разрешающего сигнала на запись в выбранный регистр. Последовательно за девять циклов обращения к функциональному преобразователю производится запись восьми коэффициентов и значения функции в регист ры 16-23.Входной аналоговый сигнал преобразователя поступает на вход АЦП 1 и одновременно на аналоговые входы умножающих ЦАП 10-13. На выходе АЦП 1получаем унитарный код. При использовании, например, семиразрядногоАЦП пять младших разрядов поступаютна цифровые входы умножающего ЦАП11, на выходах умножающих ЦАП 2 и 3реализуются функции(х) и у (х).При этом на выходе умножающего ЦАП11 получаем значение (х-х,)х=О прих=О и х=5, что является необходимымусловием для формирования функцийМ (х) и р (х), На умножающие фП 12и 13 подаются все семь разрядов с выхода АЦП 1, На выходе умножающегоЦАП 12 получаем соотношения х(х-х )=11 О при х=10. Соблюдение данного условия необходимо для реализации функции Ч (х), М (х), Ч (х) и р (х), Свыхода АЦП 1 унитарный код поступаеттакже на вход дешифратора 5, которыйобеспечивает выработку управляющихсигналов для ключей групп 25-30.функция М,=К х реализуется на выходе умножающего ЦАП 1 О, на цифровыевходы которого подается двоичный код,соответствующий значению К (с регистра 24).функция у =К х(х-х ) реализуется1,следующим образом.С выхода АЦП 1 унитарный код поступает на умножающий Щ 1 13. На аналоговый вход последнего поступаетсигнал с входа функционального преобразователя, в результате на выходеполучаем х(х-х;)=О при х=О и х(х-х; )=10 при х=10. Далее с выхода умножающего ЦАП 33 сигнал поступает на входумножающего ЦАП 8, на цифровые входыпоследнего с выхода регистра 22 пос130 ц 04 5тупает код К , Результатом умножения является выражение. М =К х,х-х ),/Каналы реализации функций у (х) и(х) идентичны, поэтому рассмотрим реализацию одной, например ц (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 ет соотношение х(х-х,), на цифровые входы умножающего ЦАП 2 через группу 25 ключей поступает цифровое значение К . Ключи группы 25 открыты при изменении аргумента Ох 5, что соот ветствует области определения функции(х), Функция у (х)=К х(х-хреализуется в канале: регистр группа 26 ключей, умножающий ЦАП 3 и 11, управляющий вход группы 26 20 ключей соединен с вторым выходом дешифратора 15. Функция у (х) реализуется в канале: регистр 18, в котором записан коэффициент Кгруппа 27 ключей, управляющий вход которой сое динен с соответствующим выходом дешифратора 15, умножающего ЦАП 4, на цифровые входы которого поступает значение коэффициента К , на аналого 5вый вход - значение, равное х(х-.х;) 30 в интервале 0 х 2,5, На аналоговом выходе умножающего ЦАП ц получаем значение функции р,(х)=-Кх(х-х,. ) при Ох 2,5. Функция У,(х) реализуется в канале: регистр 19 в который записан коэффициент К , группа 28 ключей, управляющий вход которой сое. динен с соответствующим выходом дешифратора 15, умножающий ЦАП 5, на цифровые входы которого поступает щ значение коэффициента К , на аналоговый вход - значение, равное х(х-х.) в интервале 2,5 х 65. На аналоговом выходе умножающего ЦАП 5 получим значение функции М 6(х)=К х(х-х ). Функ ция М(х) реализуется в канале; ре 7гистр 20, в который записан коэффициент К , группа 29 ключей, управляющий вход которой соединен с соответствующим выходом дешифратора 15, ум ножающий ЦАП 6, на цифровые входы которого поступает значение коэффициента К , на аналоговый вход - значение,равное х(х-х ) в интервале 5 хИ,5, На аналоговом выходе умножающего ЦАП 5 получаем значения функ (х) К х(х х. ) . Функция (х) реализуется в канале: регистр 27, в который записан коэффициент К з, группа 30 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 7,5 х 10. На аналоговом выходе умножающего ЦАП 5 получаем значение функции р(х)=К, х(х-х).Использованные в структуре преобразователя регистры могут быть реализованы, например, на микросхемахК 155 ИР 13. Информационные входы микросхем подключены к цифровому входупреобразователя, Предполагается, чтоиспользуемые умножающие ЦАП содержат в своем составе выходной операционный усилитель, В случае использования умножающего ЦАП без собственного усилителя необходимо в схеме предусмотреть соединение выхода каждогоумножающего ЦАП с последующим элементом через операционный усилитель. Формула и з обретения Функциональный преобразователь, содержащий выходной сумматор, выход которого является выходом функционального преобразователя, девять умножающих цифроаналоговых преобразователей, подключенных выходами к входам выходного сумматора, с первого по девятый регистры памяти, информационные входы которых подключены к цифровому входу задания коэффициентовфункции функционального преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности, внего введены десятый, одиннадцатыйи двенадцатый умножающие цифроаналоговые преобразоьатели, шесть группключей, два дешифратора и аналогоцифровой преобразователь, выход которого является информационным входомпреобразователя, выход старших разрядов аналого-цифрового преобразователя соединен с входом первого дешифратора выходы которого подключены куправляющим входам соответствующихгрупп ключей, выходы регистров памяти с первого по шестой через ключисоответствующей группы соединены сцифровыми входами соответствующихумножающих цифроаналоговых преобразователей, выходы седьмого, восьмогои девятого регистров памяти соединены непосредственно с цифровыми входами соответствующих умножающих цифхред В. Кад едакто орректор С. Чер опча каз 1313 0 Тираж 673ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Рау Подписимитета СССоткрытий д, 4/5 ая на Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужг оектна 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 того и одиннадцатого умножающих цифроаналоговых преобразователей и информационным входом функционального преобразователя, цифровой вход двенадцатого умножающего цифроаналогово го преобразователя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, выходы младших разрядов которого о 8соединены с цифровыми входами десятого и одиннадцатого умножающих цифроаналоговых преобразователей, аналоговые входы первого и второго умножающих цифроаналоговых преобразователейсоединены с выходом десятого умножающего цифроаналогового преобразователя, аналоговые входы с третьего пошестой умножающих цифроанаЛоговыхпреобразователей соединены с выходомодиннадцатого умножающего цифроаналогового преобразователя, вход разрешения записи каждого из регистровпамяти подключен к соответствующемувыходу второго дешифратора, входкоторого соединен с цифровым входомзадания коэффициентов функции функционального преобразователя.