Функциональный преобразователь

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Соеэ Советски кСоцналнстнческнкреспублик(53) УД К 681, . 335 (088. 8) ао ааии изобретений и вткрыткйДата опубликования описания 03.08.81(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОбРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к аналоговойвычислительной технике и автоматике иможет быть использовано в комплексе сс аналоговыми линейными интерполяторами функций для нелинейной интерполя,ции функции на любом интервале измеЮнения аргумента,Известен функциональный преобразователь, содержащий выходной сумматор, выход которого является выходом10преобразователя, потенциометры, соединенные движками с входами сумматора,блоки формирования треугольных функций, входы которых соединены и являются входами преобразователя, а выходы15подключены к неподвижным контактампотенциометров, и осуществляющий линейную интерполяцию между значениямифункции, задаваемыми положением дви-.жков потенциометров,Недостатком преобразователя яв-,.ляется ограниченная точность, обусловленная кусочно-линейной аппрокси-,мацией воспроизводимой функциии при равномерном разбиении оси аргумента . на участки аппроксимации.Наиболее близким к изобретению яв-, ляется функциональный преобразователв, содержащий первую группу из Й ключей, Йпотенциометров, включенных неподвижными контактами между шиной нулевого потенциала и шиной опорного.1напряжения, Йблоков сравнения, первые входы которых объединены и яв" ляются входом преобразователя, а вторые входы соединены с подвижными контактами соответствующих потенциометров, первую группу из Й переменных масштабных резисторов, каждый из которых включен между информационным входом соответствующего ключа первой группы и входом преобразователя, вторую группу из Йпеременных масштабных резисторов, каждый из которых включен между. информационным входом соответствующего ключа первой группы, кроме Й-го, и шиной опорного напряжения, управляющие входы каждого из,Институт ядерной энергетики АН Белорусской ССР.84924 3ключей первой группы, кроме М-го и (М) -го, подключены к прямому выходу сле. дующего по номеру блока сравнения, операционный усилитель, между входом и выходом которого включен резистор об 5 ратной связи, прямой выход первого блока сравнения соединен с управляющим входом М-го ключа первой группы, выходы ключей первой группы соединены с входом операционного усилителя, 10 выход которого является. выходом преобразователя Я.Однако этот преобразователь осуществляет кусочно-линейную аппроксимацию нелинейных функций и не может обеспе чить с высокой точностью формирование нелинейной составляющей при нели нейной интерполяции функциональных зависимостей.Цель изобретения - повышение точ ности преобразования за счет квадратичной аппроксимации нелинейной составляющей линейно интерполируемой функцииПоставленная цель достигается тем, 25 что преобразователь, содержащий первую группу из й ключей, Йпотенциометров, включенных неподвижными контактами между шиной нулевого потенциала и шиной опорного напряжения, 30 Мблоков сравнения, первые входы которых объединены и являются входом преобразователя, а вторые входы соединены с подвижными контактами соответствующих потенциометров, первую груп- З 5 пуиз йпеременных масштабных резисторов, каждый из которых включен между информационным входом соответствующего ключа первой группы и входом преобразователя, вторую группу из М40 переменныхмасштабных резисторов, каждый иэ которых включен между информационным входом соответствующего ключа первой группы, кроме Й-го, и шиной опорного напряжения, управляющие 45 входы каждого из ключей первой группы, кроме й-го и (М"1)"го, подключены к прямому выходу следующего по номеру блока сравнения, операционный усилитель, между входом и выходом ко торого включен резистор обратной связи, прямой выход первого блока сравнения соединенс управляющим входом М-го ключа первой группы, выходыИ-го и (Й)-го ключей первой группы 55 соединены с входом операционного усилителя, дополнительно содержит вторую и третью группы, из Мключей каждая 1 1 4четвертую группу из 1 ук,ючей, третью группу из Црпеременных масштабных резисторов, Ипереключателей, квадратор, первый и второй сумматоры, дополнительный операционный усилитель, дополнительный резистор обратной связи, включенный между входом и выходом дополнительного операционного усилителя, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, а вход - к первым неподвижным контактам каждого из переключателей, каждый из ключей второй группы включен между выходом соответствующего ключа: первой группы и входом основного операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом первого сумматора и через квадратор с вторым входом первого сумматора, выход первого сумматора через соответствующие переменные масштабные резисторы третьей группы соединен с информационными входами ключей четвертой группы, управляющий вход каждого иэ которых. соединен с управляющим входом соответствующего ключа первой группы, управляющий вход, (М)-го ключа первой группы соединен с инверсным выходом (М)-го блока сравнения, выход каждого из ключей четвертой группы, кроме М-го и М - 1 -го, через соответствующий ключ третьей группы соединен с подвижным контактом соответствующего переключателя, выходы й-го и (М)- го ключей четвертой группы соединены с подвижными контактами соответствующих переключателей, вторые неподвиж-. ные контакты переключателей, кроме М-го, соединены с вторым входом второго сумматора, второй неподвижный контакт М-го переключателя соединен с третьим входом второго сумматора, выход которого является выходом преобразоватеЛя, управляющий вход каждого из ключей второй и третьей групп соединен с инверсным выходом соответ" ствующего ему по номеру блока сравнения.На фиг, 1 приведена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу.Преобразователь содержит Мпотенциометров 1 -1 . Мблоков 2 -2 сравнения, резистор 3 обратной связи, первую группу из Й переменных масштабных резисторов 4 -4 ц, вторую груп. пу из Мпеременных масштабных резисторов 5 -5 , первую группу из М5 8492 ключей 6 -бц, вторую группу из й -2 ключей 7, -7 , операционный усили-: тель 8, первый сумматор 9, кяадратор 10, второй сумматор 11, дополнительный операционный усилитель 12, М пере. 5 ключателей 131-13 ц, третью группу из Мключей 14 -14 ц 2, четвертую груп пу из М ключей 15 -15, третью груп . пу из М переменных масштабных резисторов 16 -16 ц, дополнительный реэис тор обратной связи 17.Преобразователь работает следующим образом,Нелинейная интерполяция функции .может быть осуществлена путем раздельного воспроизведения линейной и нелинейной составляющей функции Г(х) (фиг,. 2 а) и,их последующего суммирования на каждом интервале интерполяции. Заданную функцию Г(х) можно 20 представить как 41 . 6срабатывание блока 2; сравнения, устанавливается потенциометром 1; . При хсх все блоки 2-2 ц 1 сравнения находятся в исходном состоянии. Каждый из них имеет прямой (5) и инверсный (й) выходы.1 Ключ 6 М открыт, и переменная х поступает через резистор 4 ц на вход усилителя 8. Величина резистора 4 ц устанавливается такой, что обеспечивает изменение напряжения на выходе усилителя 8 от нуля до максимума шкалы при изменении х от нуля до х (фиг, 2 в). Таким образом, на выходе усилителя 8 формируется относительная переменная дх на первом интервале интерполяции.При х=х срабатывает блок 2 сравнения,закрывая ключ 6 и открывая . ключ 7 . Так как в этот момент блок 2 сравнения находится в исходном соХстоянии, то ключ 6 открыт, потенциа- . лом с прямого выхода в блока 2 сравнения и в интервале хс хх оба ключа 6 и 71 открыты.Для правильной работы преобразователя при х=х напряжение на входе ключа 6 должно быть равно нулю. Это обеспечивается соответствующей настройкой переменного масштабного рези. стора 5, соединенного с источником опорного напряжения .-Е. Таким образом, начиная с момента, когда х=х, напряжение на выходе усилителя 8 с увеличением х начинает увеличиваться, достигая при х=х значения Ьх к , Необходимый для этого наклон обеспе чивается резистором 4 л.При дальнейшем увеличении х последовательно срабатывают блоки 2 -2, сравнения, открывая и закрывая связанные с ними ключи. На выходе усилителя 8 при изменении х формируется пилообразноенапряжение (фиг. 2 в), причем независимо от величины интервала х -х на выходе усилителя 8 на"1+ 4пряжение изменяется каждый раз от нуля до ах Ф (х)=Г(х)+ Г (х) ( 1)где Г, (х) - линейная составляющаяГ(х)на участке номераГн (х) - нелинейная составляющаяГ(х)на участке номераПреобразователь осуществляет ква"дратичную аппроксимацию нелинейнойсоставляющей Г,(х) , график которойпредставлен на фиг. 2 б. В случае ап-;проксимации квадратичной зависимостьюнелинейную составляющую Г,(х)можно научастке интерполяции представить в.виде 35Г (дх)=а (Ьх - ,дх ) (2) где а - постоянный для 1-го участкакоэффициент, характеризующий максимальное значениепараболы (дх-дх) в точкеЬх=0,5д х - относительная координататекущей точки х относительно начала интервала (фиг. 2 а)Юг 4Значение д х определяется иэ выражения д х=дх/Ь;, где дх - абсолютное отклонение текущей точки относительно начала интервала, А - величина 1-го интервала.Входная переменная х поступает одно 50 временно на блоки 2 -2сравнения и переменные масштабные резисторы 4 " 4 ц, соединенные через ключи 6 -бц и ключи 71 -7 с входом операционного усилителя 8.Каждый из блоков 2 -2 1 сравнейия ,срабатывает при х=х"(1= 1,2,. М), Величина х, при которой происходит Напряжение дх, изменяющееся от нуля до д х, подается на вход квацратора 10. Так какд ,может быть выбрана равной рабочей шкале квадратора 10, преобразование аргумента на каждом интервале в относительную переменную дх позволяет с большей точностью воспроизвести квадратичную зависимость дх и формируемую сумматором 9 интерполирующую зависимость дх-дх,(фиг. 2 г).7 84924Сопротивления переменных масштабных резисторов 16 -161 устанавливают-,ся пропорциональными коэффициентамиа интерполяционной формулы (2). Спомощью переменных масштабных резисторов 16 -16 и соединенных с нимичерез ключи 15 -15 и 14 -14,1 сумматора 11 и усилителя 12 осуществляется операция умножения напряжени 11(Ьх-Кх 2)на коэффициент а на каждом 1 Оинтервале интерполяции. Хак как ключи14,-14 и 15.-151 работают синхроннос ключами 7, -7и 6 -61, они обеспечивают последовательное появление навыходе преобразователя интерполирующеЗго напряжения а Ьх"61 Г) с изменением участков интерполяции. Переключатели 13 -1311 позволяют выбрать знаквыражения а (Ьх-Ьх )путем подсоедикения выходов ключей 14 -14 м и 15 - 2015 входам сумматора 11 либо к входуусйлителя 12, который осуществляетинвертирование.Изобретение обеспечивает квадратичную аппроксимацию нелинейной сос бтавляющей линейно интерполируемойфункции.формула изобретенияЪфункциональный преобразователь,содержащий первую группу из М ключей 1Йпотенциометров, включенных неподвижными контактами между шинойнулевого потенциала и шиной опорного напряжения, .Мблоков сравнения,первые входы которых объединены иявляются входом преобразователя, а .вторые входы соединены с подвижнымиконтактами соответствующих потенциометров, первую группу из Й переменныхмасштабных резисторов, каждый из которых включен между информационнымвходом соответствующего ключа первойгруппы и входом преобразователя,вторую группу из Йпеременных масштабных резисторов, каждый из которых 5включен между информационным входомсоответствующего ключа первой группы, кроме Й-го, и шиной опорногонапряжения, управляющие входы каждогоиз ключей первой группы, кроме М-го и(Й) -го подключены к прямому выходу следующего по номеру блока сравнения, операционный усилитель, между входом ивыходом которого включен резистор обратной связи, прямой выход первого блокасравнения соединен с управляющимвходом М-го ключа первой группы, вьг.ходы Й-го и(Й"1)"го ключей первойгруппы соединены с входом операцион 1 8ного усилителя, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повышения точно. ти, он содержит вторую и третью группы, из Йключей каждая, четвертую группу из Й ключей, третью группу из Й переменных масштабных резисторов, Й переключателей, квадратор, первый. и второй сумматоры, дополнительный операционный усилитель, дополнительный резистор обратной связи, включенный между входом и выходом дополиитет льного операционного усилителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, а вход - к первым неподвияг ным контактом каждого из переключателей, каждый из ключей второй группы включен между выходом соответствующего ключа первой группы и входом основного операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом первого сумматора и через квадратор с вторым входом первого сумматора, выход первого сумматора, через соответствующие переменные масштабные резисторы третьей группы соединены с информационными входами ключей четвертой группы, управляющий вход каждого из которых соединен с управляющим входом соответствующего ключа первой группы, управляющий вход (М)-го ключа. первой группы соединен с инверсным выходом (Й)-го блока сравнения, выход каждого из ключей четвертой группы, кроме Й-го и (Й)-го, через соответствующий ключ тре" тьей группы соединен с подвижным контактом соответствующего переключателя, выходы Й-го и (М)-го ключей четвертой группы соединены с подвижными контактами соответствующих переключателей, вторые неподвижные контакты переключателей, кроме Й-го, соединены с вторым входом второго сумматора, второй неподвижный контакт М-го переключателя соединен с третьим входом второго сумматора, выход которого является выходом преобразователя, управляющий вход каждого из ключей второй и третьей групп соединен с инверсным выходом соответствующего ему по номеру блока сравнения.Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРФ 125051, кл. Ц 06 6 7/26, 19592. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2648436, кл. 506 6 7/261978 (прототип).849241 ктор Г. Ка Подпис каз 6 д Составитель Н.Балабанкоп Техред А. Савка 65 Тираж 745ВНИИПИ Государственного комитетапо делам изобретений и открытии 113035, Москва, Ж, Раушская на Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Корректор С.Корниенко