Функциональный преобразователь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет С 06 С 7/26 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 07.06.82 2) Авторыизобретения,Сергейчик и А,С.Гусев ктябрьской Революции и ордена Трудового политехнический институт им. С.М.Кирова Томски Красно ордена Знаме Заявител ИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТ(54 2 Изобретение относится к анало-говой вычислительной технике.Известен функциональный преобразователь , содержащий генератор синусоидального напряжения, фазовращатель, сумматор, блок масштабного преобразования, первый и второй амплитудные модуляторы, первый и второй блоки сравнения, первый и второй линейные выпрямители, первый и второй фильтры.Этот преобразователь позволяет воспроизводить центральные кривые второго порядка (зллипсы и окружности) 1) .Его недостаток заключается в невозможности реализации кусочно- нелинейной аппроксимации функций дугами указанных выше кривых,Наиболее близким техническим решением является функциональный преобразователь, содержащий генератор синусоидального напряжения, сумматор, фазовращатель, включенныи меж. ду выходом генератора синусоидального напряжения и первым входом сумматора, амплитудный модулятор, информационный вход которого соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, выход - со вторым входом сумматора, а управляющий вход является входом преобразователя, блок преобразования напряжения в Фазу, включенный между выходом генератора синусоидального напряжения и третьим входом сумматора, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, соединенного выходом с управляющим входом блока преобразования напряжения в фазу, и вторым входом - с выходом генератора синусоидального напряжения 2).Этот функциональный преобразователь не позволяет осуществлять точное (без методической погрешности) воспроизведение центральных кривых второго порядка с дискретно изменяющимися параметрами и реализовывать кусочно-нелинейную аппроксимацию широксго класса нелинейных зависимостей дугами укаэанных центральных кривых.Целью изобретения является расширение класса воспроизводимых функций.Поставленная цель достигается тем, что функциональный преобразователь, содержащий генератор сннусоидального напряжения, сумматор, блок сравнения, фазовращатель, блок пре 934502образования напряжения н фазу,амплитудный модулятор, информационный вход которого соединен с выходомгенератора синусоидального напряжения, а выход подключен к первомувходу сумматора, информационный входблока преобразования напряжениян Фазу соединен с выходом генераторасинусоидального напряжения, а управляющий вход подключен к выходу блока сравнения, выход сумматора соедин.н с первым входом блока сравнения,второй нход которого соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, дополнительно содержитлинейный выпрямитель, Фильтр нижнихчастот, дополнительный блок сравнения, блок масштабного преобразователя, блок пороговых элементов, четыре блока с управляамой проводимостью 1 информационный вход первогоиз которых соединен с выходом бло-.ка преобразования напряжения в фазу, а выход - со вторым входом сумматора, информационный вход второгоблока с управляемой проводимостьюподключен к ныхеду генератора синусоидального напряжения, а выходк третьему входу сумматора, входфаэовращателя соединен с выходомгенератора синусоидального напряжения, а выход через третий блок супранляемой проводимостью - с четвертым входом сумматора, выход сумматора через четвертый блок с управляемой проводимостью соединен совходом блока масштабного преобразования, выход которого является выходом преобразователя, выход ампли"тудного модулятора через последовательно соединенные линейный выпрямитель и фильтр нижних частот соединен с первым входом дополнительного блока сравнения, выход которого подключен к управляющему входуамплитудного модулятора, второйвход дополнительного блока сравнения является входом преобразователя и соединен с первым входом блока пороговых элементов, второйвход которого подключен к шине опорного напряжения, а выходы - к упранляющим входам каждого из четырех блоков с управляемой проводимостью,1На фиг. 1 представлена схема функционального преобразователя; наФиг.2 - диаграмма напряжений, поясняющая его работу.Функциональный преобразовательсодержит генератор 1 синусоидального напряжения, блок 2 преобразования напряжения н Фазу, Фазонращатель 3, амплитудный модулятор 4,первый 5, второй б, третий 7 и четвертый 8 блоки с управляемой проводимостью, сумматор 9, блок 10 срав 20 нения,дополнительный блок 11 сравнения, линейный выпрямитель 12,фильтр 13 нижних частот, блок 14 порогоных элементов, блок 15 масштабного преобразования.функциональный преобразовательработает следующим образом.Уравнение эллипса в собственнойсистеме координат, совпадающий сосями эллипса, можно записать следующим образам11 у т каиРа Ок - кару, (1)где К=цс/цЬ - коэффициент аффинногоподобияц ,цЬ - напряжения, пропор 15 . циональные большой Ои малой ф осям эллипса;ц - напряжение, пропорциональное по величине ординате точки окружности с радиусом,равным ц, 1цкц - напряжение, величинакоторых пропорциональ 25 на независимой Х изависимой У переменным, связанным уравнением эллипса.Из уравнения (1) видно, что эллипс30 можно моделировать с помощью окружности, аффинно подобной воспроизво,димому эллипсу с радиусом, равнымц , ипоследующим изменением полученного напряжения ц, пропорционального ординате окружности, навеличину коэффициента КА . Уравнение (1) позволяет моделироватьэллипс в системе координат, совпадающей с осями эллипса. Для воспроизведения эллипса в системе координат ХОУ, несовпадающей с осями эллипса ХОУ, необходимо. ввести двадополнительных синусоидальных напряжения цо и цуо, сдвинутых по фазена 1 Г/2 и определяющих положение45 центра моделируемой окружности(фиг.2).Приближенное моделирование широкого класса нелинейных зависимостейосуществляется путем кусочно-нели 50 нейной аппроксимации их дугами указанных центральных кривых. Числоучастков аппроксимацЖ определяется заданной величиной методическойпогрешности Функционального преоб 55 разования. Параметры настройкифункционального преобразователя накаждом участке находятся н результате решения задачи аппроксимации,в которойаппроксимирующим ныраже 60 нием является уравнение эллипсауказанного вида. Это уравнение можно записать в следующем виде, удобном для аппроксимации:х уо-Ь цхц =ц .+ /цЬ- - д 2- ;ц.-ц ) (2)аС помощью уравнения (2) и уравнения (если функция задана аналитически) или таблицы значений (еслифункция задана численно) аппроксимируемой функции составляется система уравнений по одному из известных математических методов, например по методу наименьших квадратов. Полученная система уравненийрешается относительно параметроваппроксимирующего эллипса: Оо, (, хр, Пр . Решение указанной системы уравнений осуществляется длякаждого участка аппроксимации, Приэтом величина каждого из участков,на которые разбивается аппроксимируемая кривая, выбирается из условия выравнивания максимальной погрешности аппроксимации по всем интервалам.Воспроизведение функции осуществляется следующим образом.Напряжениес выхода генератора 1 синусоидального напряжения поступает на входы блока 2 преобразования напряжения в фазу, Фазовращателя 3, модулятора 4, блока 7 суправляемой проводимостью и первыйвход блока 10 сравнения. Напряжение с выхода Фазовращателя 3, сдвинутое по фазе на Ж/2 относительно напряжения 0, поступает через блок б с управляемой проводимостью на четвертый вход сумматора 9. Напряжение с выхода блока 2 преобразования напряжения в фазу, имеющее, в общем случае, произвольную Фазу, поступает через блок 5 с управляемой проводимостью на второй вход сумматора 9. Напряжение с выхода амплитудного модулятора 4, н общем случае, произвольное по величине и совпадающее по фазе с напряжением Й, поступает на первый вход сумма" тора 9. Напряжение на выходе бло, ка 7 с управляемой проводимостью совпадает по Фазе с напряжением Ь и поступает на третий вход сумгматора 9.Блоки 5 - 8 с управляемой проводимостью представляют собой двухполюсную схему, построенную из резисторов и переключателей.Блок 14 пороговых элементов представляет собой набор пороговых элементов, например компараторов, один вход которых соединен со вхо- дом функционального преобразователя, а напряжение по второму входу устанавливается н соответствии с разбивкой диапазона изменения аргумента аппроксимируемой функции на участки. Числопороговых элементов н блоке 14 должно быть больше или равно числу участков кусочно-нелинейной аппроксимации. Экниналентное сопротивление соответствующего блока 5 - 8 с управляемой проводимостью на каждом участке аппроксимацки должно быть подобрано такимобразом, чтобы обеспечить установкупо второму входу сумматора 9 спряжения, равного по величине Ор потретьему - ОХр, по четвертому - ОуНа первый вход сумматора 9 поступает напряжение с выхода амплитудного модулятора 4, на информационный 10 вход которого подается напряжениес выхода генератора 1 синусоидального напряжения, а на управляющийнапряжение с выхода блока 11 сравнения. На один из входов блока 11 5 сравнения поступает напряжение свыхода амплитудного модулятора 4через линейный ныпрямитель 12 иФильтр 13 нижних частот, а на другой - напряжение входного сигнала.2 О При равенстве указанных напряженийна выходе амплитудного модулятора 4устанавливается синусоидальное напряжение О, пропорциональное повеличине входному сигналу. На выходе сумматора 9 формируется напряжение О = Око + 6, + б - О, имеющее, в общем случае, произвольнуювеличину и фазу. Напряжение б подается на второй вход блока 10сравнения. Если разница фаз напряженияи напряжения генератора 1синусоидалъного напряжения равнаР/2, то сигнал на ныходе блока 10сравнения равен нулю. В случае отклонения разности фаз этих,напряжений от.Х/2 на выходе блока 10 сравнения появляется сигнал рассогласования, который подается на упранЛяющий вход блока 2 преобразования на пряжения в фазу, В результате этого напряжение П на выходе блока 2преобразования напряжения н фазуизменяет свою фазу таким образом,что разность фаз напряжений ц иустанавливается равной Я/2, Притэтом на выходе сумматора 9 устанавливается напряжение П с фазой- Т/2 относительно напряжения С,При изменении н определенных пределах входного сигнала конец вектора 5 О напряжения б будет описывать дугуокружности с радиусом, равным величине этого напряжения. НапряжениеП, пропорциональное ординате окружности, поступает через блок 8 с 55 управляемой проводимостью на нходблока 15 масштабного преобразования. Напряжение на выходе блока 15равно О = К О и пропорциональноА 1по величине ординате воспронзноди О мого эллипса.При изменении входного сигналаот нуля до уставки срабатыванияперногО порогового элемента П у,входящего н состав блока 14 порогоных элементов, функциональный пре 9345 Огобраэователь настроен на параметры аппроксимации Зр(Зхо 1уо ф КА При достижении входным сигналом уставки срабатывания первого порогового элемента последний срабатывает и осуществляет переключение в блоках 5 " 8 с управляемой проводимостью, в результате чего устанавливаются новые параметры настройки Функциоиального преобразователя Кд аг " хо 1, соответствующие О второму участку кусочно-нелинейной аппроксимации (фиг.2). При этомточность срабатывания пороговых элементов не имеет особого значения, так как дуги эллипсов на границах 5 интервалов перекрывают друг друга.Предлагаемый функциональный преобразователь позволяет без измене ния схемы реализовать обратное функциональное преобразование.Этот вывод следует из уравнения (1), которое является обратимым25" Х К 1 (КДЧ ) (, ПЧ) (3)Полученное уравнение (3) дает алгоритм обратного функционального 30 преобразования. Отличие от прямого преобразования состоит в изменении на постоянную величину К напряже - ния, модеЛирующего радиус окружности (это сводится к изменению наст- ЗЯ ройки блока 5 с управляемой проводимостью), изменении коэффициента аффинного подобия на обратную ве 1личину - , - (это достигается измеА 40 нением настройки блока 8 с управляемой проводимостью). В случае моделирования эллипса с центром, не совпадающим с центром системы координат, в которой реализуется нелинейная зависимость, при обратном преобразовании изменяются также ве - личины напряжений Ох и С , чтоодостигается изменением настройкиблоков б и 7 с управляемой проводимостью, кроме этого изменяется 50 также настройка пороговых элементов блока 14, которые настраивают.ся теперь по диапазону изменения/величины напряжения55Таким образом, предлагаемый функ циональный преобразователь обеспечивает решение более широкого круга задач, чем известный. Он позволя вет осуществлять кусочно-нелинейную 60 аппроксимацию нелинейных зависимостей дугами центральных кривых второго порядка, что позволяет существенно уменьшить методическую погрешность при воспроизведении кривых, описывающих форму круглых эллиптическихдеталей с применяющимся профилем,в станках с программным управлейием,Формула изобретенияФункциональный преобразователь, содержащий генератор синусоидального напряжения, сумматор, блок сравнения, фазовращатель, блок преобразования напряжения в фазу, амплитудный модулятор, информационный вход которого соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, а выход подключен к первому входу сумматора, информационный вход блока преобразования напряжения в Фазу соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, а управляющий вход подключен к выходу блока сравнения, выход сумматора соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора синусоидаль. ного напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цепью расширения класса воспроизводимых функций, он содержит линейный выпрямитель, фильтр нижних частот, дополнительный блок сравнении, блок масштабного преобразования, блок пороговых элементов, четыре блока с управляемой проводимостью, информационный вход первого иэ которых соединен с выходом блока преобразования напряжения в фазу, а выход - со вторым входом сумматора, информационный вход второго блока с управляемой проводимостью поцключен к выходу генератора синусоидального напряжения, а выход " к третьему входу сумматора вход фаэовращателя соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, а выход через третий блок с управляемой проводимостью - с четвертым входом суьматора, выход сумматора через четвертый блок с управляемой проводимостью соединен с входом блока масштабного преобразования, выход которого является выходом преобразователя, выход амплитудного модулятора через последовательно соединенные линейный выпрямитель и Фильтр нижних частот соединен с пер вым входом дополнительного блока сравнения, выход которого подключен к управляющему входу. амплитудного модулятора, второй вход дополнительного блока сравнения является входом преобразователя и соединен с первым входом блока пороговых элементов, второй вход которого подключен к шине опорного напряжения, а выходы - к управляющим входам каждого иэ четырех блоков с управляемой проводимостью. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе9345021. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2828251/24кл, 0 Об 0 7/26, 1980.2, Авторское свидетельство СССРР 488224,кл. С 06 С 7/2 б,1975 пртотип 1934502 ошко Составитель Н Техред М,Тепе орректор Н.Стец тор А. асе 933/46 Тираж 731 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5