Функциональный преобразователь

(7) Заявитель Харьковский институт радиоэлектроники(54) ФУНКЦИОНАП 1 НЫИ ПРВ 0 БРАЗОВАГЕП Изобретение относится к области аналоговойи аналого-вычислительной техники,Известен функциональный преобразователь,содержащий блоки аналого. цифрового и цифроаналогового преобразования, дешифратор, логи-.ческий блок, операционные усилители, блок выоора максимума, потенциометры, суммирующийоперационный усилитель, Его недостатком является значительный объем оборудования 111.Наиболее близким техническим решениемявляется функциональный преобразователь, содер.10жащий инвертор, вход которого является входом функционального преобразователя, операционный усилитель, выход которого является выходом функционального преобразователя, блоканалого-цифрового преобразования, вход котрого соединен со входом инвертора, дешифратор, входы которого подключены к выходамблока аналого-цифрового преобразования, и ключей,выходы которых подключены ко входу опе 20рационного усилителя, а управляющие входы -к соответствующим выходам дешифратора 2.Недостатками такого устройства являютсясложность схемы и сложность настройки на вос. произведение заданной непрерывной функции.Целью изобретения является упрощение струк. туры и процедуры настройки на воспроизведениезаданной функции.Для достижения: поставленной цели предложенный функциональный преобразователь содер жит и аппроксимирующих элементов, каждый из которых, кроме первого, реализован на четырех потенциометрах и четырех масштабных ре. эисторах, которые соединены в звезду, подключенную входами к подвижным контактам потен. циометров,а узлом к информационному входу соответствующего ключа, первый и второй патенциометры включены между входом и выходом ипвертора, а третий и четвертый потенциометры - между шинами положительного и отрицательного опорных напряжений, первый аппроксимирующий элемент выполнен на трех потенциометрах и трех масштабных резисторах, которые соединены в энеэду, подключенную входами к подвижным контактам потеициометров, а узлом к информ ционному входу первого ключа, первый и втовой потенциометры первого аппроксимирующего3элемента включены между входом и выходомйнвертора, а третий потенциометр - между ши.нами положительного и отрицательного напряжений, подвижные контакты второго и четвертогопотенциометров каждого предыдущего по номеру аппроксимирующего элемента, кроме первого, соединены механически с подвижными кон.тактами первого и третьего потенциометров следующего по номеру аппроксимирующего элемен.та, подвижный контакт второго потенциометра 1 Опервого аппроксимирующего элемента соединенмеханической связью с подвижными контактамипервого и третьего потенциометров второго алпроксимирующего элемента, подвижные контак.ты первого и третьего потенциометров первого . 15аппроксимирующего элемента соединены механически, подвижные контакты третьего и четвертого потенциометров и-го аппроксймируюшегоэлемента соединены механически,На фиг, 1 приведена блок-схема функционального преобразователя, На фиг. 2 представ.лен график его работы.Функциональный преобразователь содержитинвертор 1, блок 2 аналого-цифрового преобразования. дешифратор 3, У ключей 4, -4 п, операционный усилитель 5, и аппроксимирующихэлементов б,-б, в состав каждого из которых,кроме первого, входят первый 7, второй 8, третий 9, четвертый 10 потенциометры и масштабные резисторы 11 - 14, ЗОФункциональный преобразователь работаетследующим образом,Потенциометры в аппроксимирующих элементах 6, - бвключены таким образом, что приперемещении подвижного контакта потенциомет- зсра одного из аппроксимирующих элементов водном направлении (например, в сторону цлны Х)механически связанный с ним подвижный контактпотенциомегра этого же элемента перемещаетсяв ту же сторону (в сторону шины лоложитель 40ного опорного напряжения), а связанные с нимподвижные контакты потенциометров соседнего аппроксимирующего элемента перемещаютсяв противоположную сторону (в сторону шины Хи шины отрицательного опорного напряжения), 45Пусть требуется преобразовать входное напряжение х устройства в выходное напряжениеу согласно непрерывной нелинейной функциональной зависимости у = 1(х), В:-х х, 0(уу(фиг.2). Допустим, что число И двоичных выходных разрццов блока 2 аналого. цифрового пре.образования равно двум, Разобьем отрезок (О,х,),кна котором определена функция, на и - 2 промежутков (на фиг.2 и = 2 = 4, для ясностиизложения промежутки приняты равными). Обозначимдлину промежутка, равную х /у, через Ь.Проведем кусочно-линейную аппроксимациюфункции Ф(х), располагая узлы аппроксимациив точках х = 1 Ь; 1 = 0,1 и. 4Аппроксимирующую функцию обозначимчерез Ц (х);(1) = фЭлементом регулировки в предлагаемом функциональном преобразователе является пакетмеханически связанных между собой подвижныхконтактов потенциометров аппроксимирующихэлементов 6, -6,Число элементов регулировки равно и + 1,т,е, числу узлов аппроксимации, Каждый 1.йэлемент регулировки смещается при настройкесхемы на величину 11, пропорциональную вели.чине у; (направление смещения определяетсязнаком у;,При ( 1-1)Ьх ( 11 (на 1-м участке ап.проксимации) схема обеспечивает реализациюлинейной интерполяции между значениями у;.ти у; , т,е.Рассмотрим принцип реализации схемой фор.мулы (1),Отметим, что изменение величины влечетза собой изменение крутизны одного (при 1 = О,= г) или двух (во всех остальных случаях)участков аппроксимации. Если при этом изменя.ется крутизна двух участков, знаки ее приращений всегда различны.Таким образом, каждый элемент регулировки должен изменять крутизну двух соседнихучастков аппроксимации (кроме первого и последнего элементов), С другой стороны, крутиз.на 1-го участка аппроксимации определяется двумя величинами: у 1и у;, Следовательно, установка крутизны каждого участка должна осущест.вляться с помощью двух элементов регулировки, При этом увеличение у; приводит к уменьшению крутизны 1-го участка, а увеличение у -к ее увеличению.Формула (1) линейной интерполяции на 1-мучастке может быть записана в виде:где первое и второе слагаемое пройорциональны только величинам у;и у соответственно, а третье и четвертое - произведениям х у 1и х у.;, причем коэффициенты пропорциональнос, ти только первых двух слагаемых зависят от номера участка аппроксимации.В предлагаемом устройстве 1-й участок аппроксимации (кроме первого) воспроизводится как сумма 4-х слагаемых, моделирующих слага. емые формулы (2). Для воспроизведения первого участка оказывается достаточным трех сла. гаемых. Слагаемое, пропорциональное только величине у 1, здесь отсутствует; из (2) видно, что его коэффициент пропорциональности при 1 = 1 равен нулю,Переключение аппроксимирующих элементов 6,-6 при изменении входного напряжения х осуществляется блоком 2 аналого-цифрового преобразования, который изменяет свою выход- ную кодовую комбинацию в моменты, когда на. . пряжение х достигает уровней Ж (= 1, 2, . , и - 1). В исходном состоянии (при х = 0) на вы ходе блока 2 присутствует нулевая кодовая ком. бинация, при этом возбуждена соответствующая шина дешифратора 3, соединенная с управляющим 0 входом ключа 4,. Таким образом, в исходном состоянии схемы открыт только ключ 4,. При любом значении напряжения х возбуждена только одна выходная шина дешифратора 3 и, сле довательно. всегда открыт только один из клю чей 4 - 4. Шину дешифратора, возбужденную при (= 1)Ьх ( В, т.е, на 1-м участке ап. проксимации, будем называть 1-й шиной, а со. ответствующий ей ключ - 1-м ключом, Через ключ 41 и масштабные резисторы 11 т - 141 20 ко входу операционного усилителя 5 подключаются подвижные контакты потенциометров 71 - 10 , 1.го аппроксимирующего элемента 6 Подвижные контакты потенциометрови 91 принадлежат (- 1).му элементу регули.ровки и смещены на величину, пропорциональ. ную у; , а подвижные контакты потенциомет. ров 8; и О; принадлежат 1-му элементу регу. лировки и смещены на величину, пропорциональную у . Следовательно, на выходе операционно- З 0 го усилителя 5 будет получено напряжениеу =а 1 у +а, у,. о,.х 4 +а . ху, (3)Знак и величина коэффициентов а 1 ( = 1-4) определяются сопротивлениями масштабных резисторов 11; - 14 т, коэффициентом передачи операционного усилителя 5 и направлениемсмешения подвижных контактов потенциометров 7; - 101,40Формула (3) с точностью до коэффициейтов совпадает с формулой (2) линейной интерполя.ции, Должным выбором масштабных резисторов при описанном выше включении потенциометров и механическом объединении их подвижных кон тактов можно обеспечить пропорциональность соответствующих коэффициентов формул (2) и (3), т.е, воспроизводить функцию в том или ином масштабе.Настройка функционального преобразователя производится следующим образом, Вначале все движки элементов регулировки установлены в среднее положение. В этоМ случае нри любом значении х на информационные входы ключей 4, - 4 подается нулевое напряжение и функци 55 ональный преобразователь настроен на воспроиз. ведение функции у = О. Далее с помощью нуле.вого элемента регулировки (потенциометры 7 9,)устанавливается значение уо, Параметры схе. 6мы выбраны так, что при входном напряжениих, близком к величине Ь (но при котором навыходе блока 2 еще сохраняется нулевая кодовая комбинация), на информационный вход ключа 4 и следовательно и на выход устройства, по.дается практически равное кулю напряжение. Приэтом устройством воспроизводится линейнййучасток (показан на фиг.2 штрих.пунктиром),начинающийся в точке (О, уо) и аканчивающийся в точке ( Ь, О).Далее, подав на вход устройства напряже.ние х = Ь, при котором код на выходе блока2 соответствует кодовой комбинации, открыва.ющей ключ 42, с помощью первого элвиитарегулировки (потенциометры 87, и 9) ус.танавливают значение у,. После такой настройки устройство воспроизводит линейный участок,начинающийся в точке (О, уо) и оканчивающийся в точке (Ь,у) (на фиг.2 показан пунктиром),и линейный участок, начинающийся в точке (х,у, )и оканчивающийся в точке (2 Ь,О) (на фиг, 2 показан штрих-пунктиром) В воспроизведении первого участка участвуют первый и второй аппроксиIмирующие элементы 6, и 6 а его крутизна задается йотенциометром 8Аналогичным образом устанавливаются узловые точки следующих участков аппроксимации,Поскольку все исходные значения у; = О, установкавеличины у. в любом следующем узле аппроксима 1ции обеспечивает требуемую крутизну на 1-м участке апироксимации и такую крутизну на ( + 1)-мучастке, что величина у. = О,1+8Последний п.й элемент регулировки (установкавеличины у) содержит только два потенциометра 8, 10, так как он обеспечивает требующеесяиначальное значение и крутизну только одного о гоучастка аппроксимации, По той же причине толькодва потенциометра 7, и 9, содержит и нулевой эле.мент регулировки.Первый элемент регулировки (установка величины у, ) содержит три потенциометра 87, 9,так как он участвует в регулировке трех величин:крутизны первого и второго участков и начального значения второго участка (при х = Ь).. Каждый из остальных элементов регулировки величины участвует в регулировке четырехвеличин - крутизны и начального значения (1-1)го участка, крутизны и начального значения(1-го)участка и поэтому содержит четыре потенциометра 8;, 10;, 7;+4 и 91,Если требуется перестроить схему на воспроизведение другой функции, отличающейся от исходной только в одном- м узле аппроксимаши, достаточно с помощью соответствующего элемента регулировки установить новое значе. ние у, . Смещение подвижных контактов потевциометров обеспечит автоматическое измейеиие крутизны (1-1)-го и 1-го участков, так что вос.Г 7404(7 8производимая функция останется непрерывной масштабных резисторах, которые соелицецы вс йрежцймй зйачейиямй у; , у + ит,уГи сзвезлу, подклнчеццун входами к ц,лвижцымновым значением у, При этом панель управ-контактам цотенцибметров, а узлом к ицфор 1пения схемой может быть выполнена в виле мационному входу соответствующего ключа, пер.системы декартовых координат, ца которойвый и второй цотецпиометрывключены междув точкахТЬ осй абсцисс-размецеТВ"движки"эле- - входом и вьаолом ццвертора, а третий и четвер.ментов регулировки, смешаемйе по оси орди- тый лотецШВметры - межЛу шинами положи.нат, проградуированной в единицах у, Уйругаятельного-и-отрицательного опорных напряжений,нить, которой можно"соединить движки; цагляд- первый аппроксимирующий элемент выполнен наво" предС 1 авит реализуемую схемой кусочно-ли. 10 трех потенциометрах и трех масштабных резиснейную аппроксимацию функции. " ""горах, которые "соединены в звезду, подключенПредложенное устройство, обладаяЬ"сравно ную входамй к подвижным контактам потенцнии с известными более простой структурой и ометров, а узлом к информационному входу пер.п 1 юцелурой ее перестройки на воспройзведение вого ключа, первый и второй потенциометры пер.ой ф цкции позволяет существенно сокра вого аппрОксимйрующего элемента включены меж.тить затраты времени при работе с аппаратурой ду входом и выходом ицвертора, а третий потенсодержащей функциональные преобразователи,циометр - между шинами положительного и отулучйать ее технико-экономические и эксплу- рицательного напряжений, подвижные контактыатационные показатели. второго и четвертого потецциометров каждого20 предыдущего по номеру аппроксимирующегоэлемента, кроме первого, соединены механичес.ки с подвижными контактами первого и треть.его потенциометров следующего по номеру зли оксими юшегоэлемента, подвижный контакт,ФунКциональный преобразователь, содержа- проксимируюшегоэлемента, и дщий ийвертор, вход которого является входоморого является входом 25=второгойотеййиойетра первого аппроксимирующе.функционального преобразователя, операционньй .го элемента механически соединен с подвижны" " " "усилитель; выход которого является выходомми контактами первого и третьего потенциомет.функционального преобразователя, блок аналого. ров второго аппроксимирующего элемента,подцифрового преобразования, вход которого соедб ани, вход кото"ого соеди-вижные контакты первого и третьего потещиомет.нен со входом инвертора, дешифратор, входы ко" рОв первогоаппроксимирующего элемента соеди.н выходам блока аналого-иены мехацически,подвижныеконтакты третьегото го подключены к выходам лока аналогоцифрового прео разованйя, и клю ,ф б зованйя и ключеи выходыи"четвертого" потенциометров иго аппроксимкоторых подключены ко входу операциойногоруюшегоэлемейта соединены лехаци ески,"усилителя, а управляющие входы - к соответ- Источники информации; принятые во внима"ствующим выходам дешифратора, отличающий- з 5 ние при экспертизеся тем, что,с цеЛью упрощения структуры и 1. Гинсбург С, А, и др. Функциональныепроцедуры настройкина воспроизведение задан- преобразователи с аналого-цифровым представленой фуюйй" он"содержит и аппроксимирующих нием информации, М "Энергия", 1973, с, 44.- элементов, каждый иэ которых, кроме первого, 2 Авторское свидетельство СОСССР У 525125выполнен на четырех потенциометрах и четырех 40 кл, 0 06 6 7/26, 1976,674045Вхад Составитель Н. БалабошкТехред О. Андрейко Редактор И, Лоб е р Т,Н 9 ака бд, 4 5 ушская к ал ППП Патент", г. Ужгород, ул, Проектная ЦНИИПИ по дела ИЗОЗ 5, МТираж 7осударствизо брет го коь и откр дписноССР