Программное задающее устройство

Союз Сметских Социалистичвских Республик(23) Приоритет -1) М. Кл.2 6 05 В 19 осударстеенно 1 й комете СССР по делам мзооретеней и открыткйК 621.5088.8) убликовано 15.09.79. Бюллетеньта опубликования описания 25.09.79 Авторыобретени бакФ.арственный И. Копотилов, А. Т. Лукьянов и В. И. Казахский ордена Трудового Красного Знамени тосу университет им. С. М. Кирова(54) ПРОГРАММНОЕ ЗАДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВИзобретение относится к системам программного управления и может применяться в технологических процессах химической, металлургической и легкой промышленности, в особенности там, где требуется частая оперативная смена программной функции, а сама функция достаточно сложна; изобретение может использоваться также в качестве активного элемента аналоговых вычислительных машин.Известны программные устройства с не- цифровым резистивным выходом, причем сопротивление на выходе этих устройств создается за счет составляющего их фоторезистивного материала, который освещается зондом. Формирование зонда производится светонепроницаемыми шторками. Шторки, благодаря своей подвижности, могут образовать краями тот или иной профиль, совпадающий с графиком выбранной программной функции. Положение зонда относительно шторок определяется напряжением, значение которого соответствует какой-либо физической величине, выбранной в качестве аргумента. Функциональнс сформированный шторками световой зонд создает определенной величины фотопроводимость фоторезистивного материала. Перемещением зонда относительно шторок осуществляется требуе мое функциональное изменение величины сопротивления 11 и 12).В таких устройствах профиль шторокгрубо повторяет график функции, а сам профиль и процесс его выставления далеки от привычного вида графика функции и обычных способов его вычерчивания. Очевидна и зависимость величины фотопроводимости, а 1 О следовательно, сопротивления, от оптическиххарактеристик светового потока.В другом известном программном задающем устройстве для управления циклическими процессами, содержащеМ последовательно соединенные задатчик опорного напряжения, блок управления и фоточувствительную матрицу, связанную через согласуюший элемент с блоком задания программы, вместо шторок применена прозрачная основа (калька), на которой обычными чер О тежными методами наносится график программной функции, а пространство выше кривой графика дополнительно покрывается светонепроницаемой краской. Ввод про30 граммы осуществляется путем освшиеция фотсгчувствительной матрицы через полученную таким ооразом маску. Матрица состоит из вертикальных столбцовкоторые составляют последовательно включенные фоторезисторьВ качестве аргумента программной функции выбрано время, прошедшее от начала цикла. Управление столбцами матрицы производится с помощью генератора импульсов,делцтеля частоты и десятичного счетчика. Сигналы с выходов счетчика подключают последовательно с резистором нагрузки соответствуюисий текиему моменту времени столбец, тем самым задавая на матрице значения аргумента. Значение функпии срормируется величиной фотопроводимости подключенного столбца. Оца определяется отношением количества фоторезисторов в столбце, попавших иод светоцепронипаемь 1 й участок маски и оссиенцых, а также оптическими и оитоэлектрическими характеристиками светового потока и фоторезисторов. Освещенный в определенной пропорции столбец фоторезисторов и включенный последовательно с ними резисгор нагрузки образуют делитель напряжения, у которого фоторезистивное плечо меняет свое сопротивление в зависимости от программной функции. Часть функционально изменявшегося падения напряжения с резистора нагрузки мож - но снимать для программного управления каким-лиоо процессором 3.В таком устройстве зависимость величины фотоироводимости от оптических характеристик светового потока, падающего через маску иа матрицу, в конечном итоге приводит к цестаоилш.осзи выходного напряжения. Причина нестабильности при вос. произведении программной функции заклю. чается в самом способе формирования ее значения. Использование матриць: це ограничивается определением координаты фх икции (в данном случае коордицате соотвстст - вует число освещенных фоторезисторо столбце). Одновременно с этим на матрцпс формируется значение функции в форме определенной величины фотопроводимости составляющих столбец фоторезисторов. Так как вели сина фотопроводимости всецело определяется световым потоком, зависимость от таких величин, как освещенность, созданная потоком, или его спектральный состав, неизбежна. При их случайном изменении меняется значение фотопроводи мости, что в свою очередь вызывает изменение на выходе устройства величины падения напряжения, используемого для программного управления.Выходное напряжение образуется как часть напряжения, снятого с делителя, состоящего из трех резисторов: резистора нагр. ки, участка фоторезисторов, иоиавп:их под светонепроницаемую часть маски, и участки оспесенных фоторезисторов. Для того, и госи добиться нужного значения сопротивления у фоторезистивного плеча делителя приходится учитывать не просто величину сопротивления освещенного участка пепи фоторезисторов, но и темновое сопоотивление участка, закрытого маской, суммируя их. Предварительный расчет для графического вычерчивания программной функции в этом случае значительно усложняется.график программной функции приюдится дополнительно наносить светонеироиисаемую краску ца участок площади, лежасей выше кривой, что искажает привычный и ооычно принятый вид графического изображения функциональной зависимости; кроме того, такая маска повторяет в своем назначении механические шторки.К снижению точности воспроизведения программной функции приводят изменяющиеся в широких пределах оптоэлектронные характерисгики фоторезисторов, составляюгпих матрицу. В таком устройстве защита от разрывов значения функции достигается гтем формирования сопротивления оиределсццой величины непосредственно матрицей с использованием только вертикальных столбцов и проекций программной функции через специальную маску, т. е. в ущерб точности и стабильности аналогового сигнала и простоте вычерчивания кривой графика.Целью изобретения является повышецъе точности устройства за счет обеспечения независимости величины выходного сопротивления от условий освещенности матрицы, а также изоавлеция от дополнительных построений ири вычерчивании графика программной фуцкпии и устранения разрывов значений программной функции при ее трансляции.Цель достигается тем, что предлагаемое устройство содержит вентильные элементы, функцоцальцый преобразователь и логический блок, входы которого подключены к выходам фоточувствительной матрицы, а выходы через вецтильиые элементы -- к соответствуюисим входам функционального преобразователя.В предлагаемом устройстве поставленная е 1 ь достигается путем разделения рабочих функций между матрицей, которая определяет лишь координату программной функции в соответствии с проектируемым на нее графиком, и заданной величиной аргумента, а физичсскую величину сопротивления создает последовательная цепь резисторов функционального иреобразоватсля, определенная часть которой шуцтируетсясоответствии с этой координатой.Супность изосретения иоисцяется чертежом.Устройство содержит бок задания программы . согласующий элемент (объектив) 2, фоточувствительную матрицу 3, блок управления 4, включающий элементы сравнения 5, элементы И 6, вен сильные элементы 7 и элементы НЕ 8, логический блок 9, сос 686014тоящей из элементов НЕ 10, триггеров 11 и элементов И НЕ 12, вентильные элементы 13, функциональный преобразователь 14и задатчик опорного напряжения 15. Каждому адресному входу матрицы 3присваивается определенныи интервал напряжения. Для опроса того или иного входа матрицы 3 в соответствии с величиной напряжения на входе устройства составлены однотипные взаимосвязанные цепочки а (а - номер входа матрицы). Кажлая цепочка подключена к задатчику опорного напряжения МО 15, Цепочка состоит из элемента сравнения 5, у которого олин вход подключен к соответствующей части задатчика 15, а на общий второй вход поступает входное напряжение, из элемента И 6, на один вход которого поступает сигнал от элеента 5, из элемента 7, который своим управляющим входом подключен к выходу элемента И 6 и коммутирует соответствующий вход матрицы 3 с источником адресного напряжения. Каждая цепочка имеет связь со следующей 26 цепочкой через элемент НЕ 8.На выходах матрицы 3 также сформированы однородные по составу элементов, взаимосвязанные 1 цепочек (1 - количество выходов матрицы). Каждая цепочка составлена из триггера 11, у которого единичный вход соединен с соответствующим выходом матрицы 3, из элемента 13, шунтирующего определенную часть последовательно включенных резисторов преобразователя 14, которые создают выходное сопротивление уст- Зр ройства. Каждая цепочка 1 (Ь номер выхода матрицы и цепочки, соответствующей ему) через отнесенный цепочке логический (К 11) кодовой элемент И - НЕ 12 связана с остальными выходами матрицы 3 с номерами 0,1, (Й 1), (Е+ 1),(К - 1), сигналы с которых предварительно инвертируются элементами НЕ 10. Применяемые логические элементы реализуют функции, которые принято представлять в виде таблиц истинности. 49Устройство работает следующим образом, На вход устройства и соответственно на общий вхол каждого элемента 5 подается напряжение, равное нулю, а на другой вход подается с задатчика 15 постоянное напряжение, возрастающее с номером цепочки а на дискретную величину и равную масштабу напряжения, принятому на оси абсцисс в системе координат, где вычерчивается график функции. В цепочке с а = 0 компаратор отсутствует, но на вход элемента И 6 этой р цепочки постоянно подается напряжение, равное логической единице. Все элементы 5 о, указанных условиях находятся в, огическим нулем на выходах.,го нивского нуля следует от элеи, - и ;.;очки с а =через элемент 1 Е 8 на в ," эле;:с"та И 6 цепочки с а = О. Другой вход этогомента И 6 находится пол постоянным напряжением логической елиницы. Две единицы на вхолах элемента И 6 соответствуют единице на его выходе. Напряжением логической единицы открыт элемент 7 и адресное напряжеш 1 е поступает на вход матрицы с а = 0 (в соответствии с напряжением на входе устройства, равным нулю).Одновременно логический нуль элемента 5 из цепочки с а = 1 полан на элемент И 6 этой же цепочки. Инвертированный сигнал логического нуля соселнего элемента 5 (а = 2) подан на второй вход элемента И 6. Элемент И 6 цепочки с и = 1 при сочетании на его вхолах елиницы и нуля вырабатывает сигнал логический инуль на выходе. Как следствие, элемент 7 этой цепочки закрыт и соответствующий вход матрицы 3 не опрашивается. По той же причине закрыты вентильные элементы всех оставшихся цепочек.Проецируемое на фоточувствительные элементы изображение графика функции блока 1 располагается так, что ос-и координат совпадают с соответствующими строкой и столбцом матрицы 3: ось ординат со столбцом с а = О, ось абсцисс - со строкой с Ь=О.Адресное напряжение на входе матрицы 3 а = 0 формирует на строке, определенной пересечением проецируемой кривой графика и столбца а = О, напряжение, которое несет информацию о координате функциив точке со значением аргумента (входного напряжения), равным нулю. Коорлцнате функции соответствует номер выхода матрицы ч на котором появляется упомянутый сигнал напряжения. Для конкретного рассмотрения предположим, что сигнал о координате функции поступил с выхода В= 0 (например график функции представляет собой прямхю, прохолягцхю через начало координат). В цепочке с тем же номером В= 0 этот сигнал определяет единичное состояние триггера 11 на входе. Напряжение логической единицыс выхода триггера 11 поддерживает элем.нт 13 в открытом состоянии. Элемент 13 шунтирует сразу всю цепь последовательно включенных резисторов преобразователя 14, выходное сопротивление при этом становится равным нулю. На остальных (с - 1) выхолах матрицы 3 сигналов о координатах нет, так как опроса входов с номерами а, в ланном случае большими нуля, не происходит. Напряжения этих сигналов, соответствующих логическим нулям, поступают каждое на елиничный вход триггеров 11 с номерами ,= 1,2 (К - 1 В то же время на нулевых вхо ах триггеров 11 присутствуют сигналы ло: цческих единиц с выходов элементов И - НЕ 12 . Такое сочетание сигналов на обоих входах каждого триггера 11 отвечает их состоянию с логическим нулем на выходах. Соответственно, элементы 13 цепочек с перечисленными номерами закрыты,Одновременно логические нули с выходов матрицы 3 = 1,2,(К - 1), инвертированныее предварительно элементами НЕ 10 в логические единицы, присутствуют на (К) входах элемента И - НЕ 12 в цепочке с В= О, поддерживая его в состоянии с логическим нулем на выходе. Таким образом, в цепочке 8 = 0 триггер 11 с сигналом логической единицы на единичном входе имеет на нулевом входе сигнал нуль, что устойчиво сохраняет его состояние с логической единицей на выходе.На (1 с) входов у элементов И - НЕ 12 с номерами ь = 1,2 (К - 1), кроме логических единиц подан сигнал логический нуль (инвертированная единица с выхода матрицы 3 = 0), Такое положение отвечает состоянию указанных элементов И - НЕ 12 с логической единицей на выходе. В этом случае триггеры 11 с г,= 1,2(К - 1) также неизменно сохраняют прежнее состояние с логическим нулем на выходе.Итак, при поданном напряжении, равном нулю, устройство находится в соответствии с видом выбранной функции, в состоянии с выходным сопротивлением, равным нулю.Напряжение на входе устройства начинает возрастать и достигает по величине той части опорного напряжения, которая постоянно подается для сравнения на элемент 5 в цепочке номер а = 1. В этот момент элемент 5 переходит в состояние с логической единицей на выходе. Появление этой единицы изменяет состояние некоторых логических элементов схемы. Элемент И 6 цепочки а = 0 переходит в состояние с логическим нулем на выходе, а соответствующий элемент 7 закрывается и адресное напряжение перестает подаваться на вход матрицы а = О. Одновременно на входах элемента И 6 в цепочке а = 1 создается положение, существовавшее до этого момента на входах элемента И 6 в цепочке а = 0 (элемент 5 в цепочке а = 2 по-прежнему находится в состоянии с логическим нулем на выхоже). Это значит что элемент И 6 в цепочке а = 1 вырабатывает на своем выходе логическую единицу и соответствующим ей напряжением открывает элемент 7 этой цепочки. Адресное напряжение теперь подается на вход матрицы а = 1, как этого требует масштаб, в котором вычерчен график функции и величина напряжения на входе устройства. Элементы 7 в цепочках с номерами а =. О, 2, 3, (и - 1) будут закрыты. Открывается лишь цепочка, у которой интервал напряжения заключает в данный момент значение изменяющегося напряжения. Таким образом, при дальнейшем изменении входного напряжения будут ойрашиваться соответствующие новые входы матрицы 3, При отсутствии адресного напряжения на входе матрицы а = 0 на ее выходе 1= 0 также исчезает сигнал о координате. Если принять коэффициент наклона прямой графика функции, равным единице, то новый сигнал о экоординате (при существующем опросе входа а = 1) появится на выходе ь= 1,Появление на выходе 1 = 1 напряжения,соответствующего логической единице, и его исчезновение на выходе В = 0 изменяет состояние некоторых логических элементов в выходных цепочках. Триггер 11 в цепочке с 1= 0 теперь имеет на единичном входе сигнал нуль, а на нулевом входе - единицу, что соответствует его состоянию с логическим нулем на выходе.Элемент 13 цепочки В = 0 закрывается и ю более не шунтирует всю цепь резисторовпреобразователя 14. В свою очередь триггер 1 в цепочке 1 = 1 займет состояние с логической единицей на выходе в связи с тем, что на его единичный вход теперь поступает логическая единица с выхода матрицы г. = 1, а на нулевой вход - логический нуль с элемента И - НЕ 12 той же цепочки. Элемент 13 в цепочке 1=откроется напряжением логической единицы и устройство приобретет новое значение сопротивления.Таким образом, координата функции вначале определяется матрицей 3, а затем с ее помощью формируется соответствующее зр ей сопротивление на цепи резисторов преобразователя 14. Предположим, что на проекции прямая графика функции 1 не покрывает фоточувствительного элемента в столбце а = 2. Напряжение на входе продолжает возрастать и достигает уровня сравнения для цепочки а = 2. Элемент 7 в цепочке а = 1 З при этом закрывается для адресного напряжения, а в цепочке а 2 открывается. Соответственно, на выходе В = 1 матрицы 3 сигнал о координате исчезает, но на выходе В = 2 не появится. На всех 1 выходах мат 4 р рицы 3 будут присутствовать только сигналы логических нулей. Если бы элементы 13 управлялись непосредственно напряжениями с выходов матрицы 3, все они оказались бы закрыТыми, На выходе устройства при этом скачкообразно образова лось бы сопротивление, равное суммарномусопротивлению всех последовательно включенных резисторов цепи преобразователя 14, Триггер 11 в цепочке 1= 1 после исчезновения логической единицы с его единичного входа сохранит состояние с логической единицей на выходе. Элемент 1 Ъ этой цепочки будет по-прежнему шунтировать соответствующую часть цепи преобразователя 14 и разрыва значения функции не произойдет. Все К логических элементов И - НЕ д 12 будут вырабатывать на своих выходахсигналы логических нулей, в том числе и элемент цепочки= 1, способствуя этим сохранению существующих состояний у триггеров 11: с номером= 1 - единичного состояния, у остальных с номерами В = О, 2, 3, , (К - 1) - нулевого.С дальнейшим ростом входного напряжения начинает опрашиваться очередной вход матрицы 3 а = 3. На выходе В= 3 появляется сигнал логической единицы, который переводит триггер 11 цепочки В= 3 в единичное состояние, а триггер 11 в цепочке г, =- в нулевое. Все элементы И - НЕ 12 начинают вырабатывать логические единицы, за исключением элемента И - НЕ 12 в цепочке ь= 3, вырабатывающего логический нуль. Таким образом, цепь резисторов, шунтированная первоначально элементом 13 в цепочке г = 1, по поступлении нового сигнала о координате с выхода Й= 3, будет шунтироваться в новом месте элементом 3 цепочки= 23, а элемент 13 в цепочке 6 = 1 закрывается, Резкого скачка выходного сопротивления (разрыва значения функции) не происходит, несмотря на то, что сигнал на выходе В= 2 отсутствует. Независимость значения сопротивления от условий освещенности матрицы позволяет обеспечить более стабильное воспроизвеДение выбранной программной функции, а значит и осуществить точное управление каким- либо процессом с помощью программного устройства. Точность номинальной величины каждого резистора из цепи преобразователя 14, создающей выходное сопротивление, может бьть очень высокой благодаря индивидуальному подбору каждого резистора. Кроме того, на выход устройства могут подключаться сменные цепи резисторов различных номиналов, что обеспечит более широкий диапазон возможностей программного устройства.Применение любой из известных матриц в данном устройстве в качестве определителей координат требует зашиты от разрывов функции. Защита с помощью однотипных цепочек логических элементов отличается унифицированностью и не наносит ущерба основным характеристикам программного устройства.юФормула изобрегени.чПрограммное задающее устройство, содержащее последовательно соединенные задатчик опорного напряжения, блок управления и фоточувствительную матрицу, связанную через согласующий элемент с блоком задания программы, отлицающеее тем, что, с целью повышения точности хстройства, оно ф содержит вентильные элементьк функциональный преобразоватечь и логический блок, входы которого подключены к выходам фоточувствительной матрицы, а выходы через вентильные элементы - к соответствуюншм 15входам функционального преобразователя.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР326601, кл. 6 05 б 9/00, 1970.2. Авторское свидетельство СССР зф458841, кл. б 06 б 900, 1973.3. Авторское свидетельство СССР189927, кл. 6 05 В 19 Ю 8, 1960.ЦНИИПИ Го по делам 13035, Москва иал ППП Паоставитель Нхред О. Лугоираж 015 дарственного кизобретений иЖ - 35, Раушснт, г. Ужгород итета ССС открытий я наб д. ул. П роек ектор М. ПожоПодписное