Устройство для интегрирования

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 09) (1) 359 6 06 6 7 18 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт проблем моделирования вэнергетике АН УССР, Институт проблем проч.ности АН УССР и Киевский политехническийинститут(56) 1. Авторское свидетельство СССР М 0 596968,кл. 6 06 6 7/8, 1976.2. Авторское свидетельство СССР У 807327,кл. 6 06 6 7/18, 1979 (прототип).(54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНТЕГРИРОВАНИЯ, содержащее интегрирующий усилитель,выходом подключенный к первому входу блока сравнения, второй вход которого являетсявходом независимого аргумента устройства, апервый и второй выходы блока сравнениясоединены соответственно с входом управления режимом работ интегрирующего усилителя и управляющим входом двухпозиционногопереключателя, выход которого соединен синформационным входом интегрирующегоусилителя, первый и второй входы двухпози.ционного переключателя, подключены к разнополярным шинам опорного напряжения, о тличающееся тем,что,сцельюповышения точности интегрирования, в неговведены блок деления на два, трехпозиционный переключатель, накапливающий реверсив-"ный сумматор и блок управления, содержащийВЗ-триггер, О-триггер, три элемента И, элемент ИЛИ и инвертор, выход которого сое-динен с входом синхронизации О-триггера,а вход соединен с первыми входами элементов И и первым выходом блока сравнения,прямой выход ВЗтриггера соединен с инфор.мационным входом О-триггера и вторыми входами первого и третьего элементов И, инверсный выход ВЗ-триггера соединен с вторым входом второго элемента И, входыэлемента ИЛИ соединены с выходами первого и второго элементов И, третьи входы которых соединены соответственно с инверсным.и прямым выходами О-триггера, третий входтретьего элемента И соединен с прямымвыходом О-триггера, вход блока деленияна два и первый вход трехпозиционного переключателя являются входом зависимой переменной устройства, второй и третий входытрехпозиционного переключателя подключенысоответственно к выходу Йока деления надва и входу задания начальных условийустройства, первый и второй управляющиевходы трехпозиционного переключателя сое.динены соответственно с выходами третьегоэлемента и элемента ИЛИ блока управления,вход установки в единицу и первый входустановки в.ноль ВЗ-триггера которого являются соответственно входами пуска иостанова устройства, второй вход установкив ноль ВЗ-триггера и.вход установки в нольО-триггера являются установочным входомустройства и соединены с установочнымвходом накапливающего реверсивного сумматора, выход трехпозиционного переключателясоединен с информационным входом накапливающего реверсивного сумматора, вход уп.равления реверсом которого подключен квторому выходу блока сравнения, а выходявляется выходом устройства. 2. Устройство по п, 1, о т л и ч а ю щ е.е с я тем, что накапливающий реверсивный сумматор содержит преобразователь напряже. ния в частоту, реверсивный счетчик, компаратор и логический элемент равнозначности, выход которого соединен с входом реверса реверсивного счетчика, счетный и установочный1108470 30 входы которого соединены соответственно свыходом преобразователя напряжения в частоту и установочным входом накапливающего ререверсивного сумматора, выход реверсивногосчетчика является выходом накапливающегореверсивного сумматора, вход преобразователянапряжения в частоту соединен с информаци. 1Изобретение относится к аналоговым вычислительным машинам, в частности к устройствамс выполнением вычислительных операцийпутем измерения электрических величин, предназначенным для интегрирования, и может5быть применено для контроля в различныхотраслях промышленности, в частности в стро.ительной механике для определения малоцикловой долговечности изделий по характеристикам диаграмм их циклического упруго-пластического деформирования,Известно устройство для интегрирования,реализующее принцип обобщенного интегрирования зависимой переменной по независимомунепременному. аргументу методом трапеций,содержащее переключатели, экстраполяторынулевого порядка, полусумматор, сумматор,йакапливающий сумматор, перемножитель, генератор тактовых импульсов, блок управленияи инвертор 111,20Недостатками этого устройства являютсябольшая погрешность, вносимая блоком умножения, сложность блока умножения исложность устройства в целом,Наиболее близким к предлагаемому потехнической сущности является устройстводля интегрирования, содержащее два интегри.рующих усилителя, блок сравнения, входыкоторого подключены соответственно к выходу второго интегрирующего усилителя и квходу независимого аргумента, а выходы соединены соответственно с входами управлениярежимом работы интегрирующих усилителейи управляющими входами переключателей, переключающие контакты которых подключенысоответственно к входам интегрирующих усилителей, а переключаемые контакты переключателей соединены с разнополярными шинамисоответственно зависимой переменной и постоянного напряжения 2). 40В блоке сравнения этого интегратора срав.пинается независимый аргумент и выходнойсигнал второго интегрирующего усилителя.При положительной; разности этих сигналов онным входом накапливающего реверсивного сумматора и входом компаратора, а первый и второй входы логического элемента равно. эначности соединены соответственно с выходом компаратора и входом управления реверсом накапливающего реверсивного сумматора. 2содержимое первого. интегрирующего усилителя увеличивается на +Уь, при отрицательной разности - уменьшается на - У 1, где У 1 значение зависимой переменной в момент времени т срабатывания блока сравнения. Поскольку на каждом такте 1 блок сравнения формирует сигналы включения интегрирующих усилителей при одинаковых значениях л х приращений. независимого аргумента, вы. ходной сигнал интегратора Е; через и так. тов пропорционален выражениюр фахУ 1 (1)=чт, е, обобщенному интегралу, вычисленному методом прямоугольников.Недостатком данного устройства является низкая точность вычисления, поскольку метод прямоугольников обладает наибольшей погреш. - ностью вычислений по сравнению с друтими известными методами численного интегрирования (1). Так, для аналогичных условий интегрирования методом трапеций получим следующее значение обобщенного интеграла:.р И-Е,= а х ГУ/2 + ч У 1+ %1/2) (2)1,=являющееся более точным (1), Следовательно, устройство. прототип с интегрированием прямо-. угольниками по сравнению с методом трапеций вносит погрешностьто прлу = г - у= л х(у/2 - у, /2), (3) которая не постоянна и зависит от начальногои конечного значений зависимой переменной,т. е, может быть весьма существенной. Цель изобретения - повышение точности интегрирования.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для интегрирования, содержащее интегрирующий усилитель, выходом подключенный к первому входу блока сравнения, второй вход которого является входом независимого аргумента устройства, 1 г первый и второй выходы блока сравнения соединены соответ. ственно с входом управления режимом работ1108470интегрирующего усилителя и управляющим .входом двухпозиционного переключателя, вы.ход которого соединен с информационнымвходом интегрирующего усилителя, первый ивторой входы двухпозиционного переключателя 5подключены к разнополярным шинам опорногонапряжения, введены блок деления на два,трехпозиционный переключатель, накапливающий реверсивный сумматор и блок управления, содержащий ЯБ-триггер, О-триггер, три Юэлемента И, элемент ИЛИ и инвертор, выходкоторого соединен с входом синхронизацииО-триггера, а вход соединен с первыми входами элементов И и первым выходом блокасравнения, прямой выход ВЯ-триггера соеди. 15нен с информационным. входом Р-триггера ивторыми входами первого и третьего элементов И, инверсный выход 88-триггера соединенс вторым входом второго элемента И, входыэлемента ИЛИ соединены с выходами первого 20и второго элементов И, третьи входы которыхсоединены соответственно с инверсным и прямым выходами О-триггера, третий вход третьего элемента И соединен с прямым выходом О триггера, вход блока деления на два 25и первый вход трехпозиционного переключа.теля являются входом зависимой переменнойустройства, второй и третий входы трехпозиционного переключателя подключены соответ.ственно к выходу блока деления на два 3и входу задания начальных условий устройства,первый и второй управляющие входы трехпоэиционного переключателя соединены соответ.ственно с выходами третьего элементаи зле. ;мента ИЛИ блока управления, вход установкив единицу и первый вход установки в нЬльВ 8-триггера которого являются соответственновходами пуска и останова устройства, второйвход установки в ноль ВЗ-триггера и входустановки в ноль О.триггера является уста.новочным входом устройства и соединеныс установочным входом накапливающегореверсивного сумматора, выход трехпозициониого переключателя соединен с информаци.онным входом накапливающего реверсивногосумматора, вход управления реверсом которо-.го подключен к второму выходу блокасравнения, а выход является выходомустройства,Накапливающий реверсивный сумматорсодержит преобразователь напряжения в частоту, реверсивный счетчик, компаратор илогический элемент равнозначности, выход ко.торого соединен с входом реверса реверсивного счетчика, счетный и установочный входыкоторого соединены соответственно с выходом55преобразователя напряжения в частоту иустановочным входом накапливающего реверсивного сумматора, выход реверсивного счетчика является выходом накапливающего реверсивного сумматора, вход преобразователя напряжения в частоту соединен с информаци. онным входом накапливающего реверсивного сумматора и входом компаратора, а первый и второй входы логического элемента равно. значности соединены соответственно с выходом компаратора и входом управления реверсом накапливающего реверсивного сумматора.На фиг. 1 показана блок-схема устройства для интегрирования; на фиг. 2 - функциональная схема накапливающего реверсивного сумматора; на фиг, 3 - функциональная схема блока управления,Устройство для интегрирования (фиг. 1) содержит интегрирующий усилитель 1, блок 2 сравнения, двухпозиционный переключатель 3, блок 4 деления на два, трехпозиционный переключатель 5, накапливающий реверсивный сумматор 6 и блок 7 управления, Вход и выход интегрирующего усилителя 1 подключены соответственно к выходу двухпозицнонного переключателя 3 и входу 8 блока 2 срав" нения, вход 9 блока 2 сравнения соединен с входом О независимого аргумента, первый выход блока 2 сравнения подключен к входу управления режимом работы интегрирую. щего усилителяи синхронизируемому входу 11 блока 7 управления, Второй выход блока 2 сравнения соединен с управляющим входом двухпозиционного переключателя 3 и входом 12 управления реверсом накапливающего реверсивного сумматора 6, а входы переключателя 3 соединены с разнополярными шинами положительного 13 и отрицательного 14 опорных напряжений. Вход блока 4 деления на два соединен с первым входом трехпозици. онного переключателя 5 и входом 15 зависимой переменной, а выход блока 4 деления на два соединен с третьим входом трехпозиционного переключателя 5, второй переключаемый вход которого подключен к входу 16 задания начальных условий, входы управления пер. вым и третьим входами трехпозиционного переслючателя 5 соединены соответственно с первым 17 и вторым 18 выходами блока 7 управления, первый 19 и второй 20 входы управления которого подключены к клемам пуска 21 и останова 22. Выход трехпоэициоиного переключателя.5 соединен с информа ционным входом 23 накапливающего реверсивного сумматора 6, установочный вход 24 которого соединен с установочным входом 25 блока 7 управления и клеммой 26 предварительной установки устройства для интегрирования, а выход накапливающего реверсивиого сумматора 6 является выходом устройства для интегрирования.Накапливающий реверсивный сумматор 6 (фиг, 2) состоит из преобразователя 27 налря жения в частоту, реверсивного счетчика 28, компаратора 29 и логического .элемента 30 равнозначности, входы которого соединены с выходом компаратора 29 и входом 12 управления реверсом накапливающего реверсивного сумматора 6, а выход подключен к входу управления реверсом реверсивного счетчика 28, информационный и установочный входы кото. 1 О рого в свою очередь соединены соответственно с выходом преобразователя 27 напряжения в частоту и установочным входом 24 накапливающего реверсивного сумматора 6, Входы преобразователя 27 напряжения в час тоту и компаратора 29 соединены с информа. ционным входом 23 накапливающего реверсивного сумматора 6, выходом которого служат выходы реверсивного счетчика 28.Блок 7 управления (фиг, 3) состоит из 20 88-триггера 31 со сбросом и установкой, О.триггера 32 задержки, трех элементовИ 33, 34 и 35, элемента ИЛИ 36 и инвертора 37, выход которого соединен с входом син хронизации О.триггера, а вход подключен 25 к третьим входам З.входовых элементов И 33, 34 и 35 и синхронизируемому входу 11 блока 7 управлении.Прямой выход триггера со сбросом и установкой 31 соединен с информационным входом триггера 32 задержки и с3 первыми входами первого 33 и третьего 35 элементов И, инверсный выход триггера СЬ сбросом и установкой 31 подключен к первому входу второго элемента И 34, входу установки в единицу и первый вход установки .35 в ноль триггера со сбросом и установкой 31 соединены с первым 19 и вторым 20 входом управления блока 7 управления а второй вход установки в ноль триггера со сбросом и установкой 31 соединен с входом установки в ноль триггера 32 задержки и установочным входом 25 блока 7 управления, Прямой вы. ход триггера 32 задержки соединен с вторыми входами второго 34 и третьего 35 элементов И, а инверсный выход этого триггера соеди. нен с вторым входом первого элемента И45 33, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ 36, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И 34, а выход элемента ИЛИ 36 соединен с вторым выходом 18 блока 7 управления, первый выход 17 которого, в свою очередь, подключен к выходу третьего элемента И 35.Устройство работает следующим образом,При подаче сигнала на клемму 26 предва. рительной установки устройства он поступает 55 на установочные входы 24 накапливающего реверсивного сумматора 6 и 25 блока 7 управления, устанавливая в нулевое состояние реверсивный счеттик 28, триггер 31 со сбросом и установкой и триггер 32 задержки, темсамым очищая устройство от предыдущейинформации. По необходимости перед пуском устройства для интегрирования в негомогут быть занесены начальные условия, длячего они подаются на вход 16 задания начальных условий и через замкнутый с выходом второй переключаемый вход трехпоэиционного переключателя 5 поступают на информационный вход 23 накапливающего реверсивного сумматора 6, фиксируясь в последнем.После включения питания на вход интегрирующего усилителя 1 через. переключатель 3выборочно подается опорное напряжение с раз.нополярных шин 13 и 14 опорного напряжения, в силу чего на выходе интегрирующегоусилителя 1 имеет место линейно увеличивающееся или уменьшающееся напряжение О(т),пропорциональное времени т.На первом выходе блока 2 сравненияформируется сигнал синхронизации, переводящий интегрирующий усилитель 1 в режиминтегрирования при отсутствии равенства напря.жения О (т) и сигнала независимого аргумента х(т) на выходах 8 и 9 соответственноблока 2 сравнения, При равенстве О,1 ( 1 )ах(г) сигнал синхронизации исчезает и интегрирующий усилитель 1 переводится в режимхранения информации,На втором выходе блока 2 сравнения формируется сигнал реверса переключателя 3 инакапливаюшего реверсивного сумматора 6,При положительном знаке разности сигналовх(т) - О (т), т. е. возрастающем характерефункции х(т), переключатель 3 коммутируетк входу интегрирующего усилителя 1 положительное опорное напряжение шины 13,.а накап.ливающий реверсивный сумматор 6 переводитсяв режим суммирования. При отрицательномзнаке разности х(т) - О (т), т, е, убывающемхарактере функции х(т), к входу интегрируютщего усилителя 1 коммутируется отрицательное опорное напряжение шины 14, а накапливающий реверсивный сумматор 6 переводитсяв режим вычитания. В результате напряжение3 (т) на выходе интегрирующего усилителя1 аппроксимирует сигнал независимого аргу.мента х(т) с шагом квантования по уровню,равным зоне нечувствительности дх блока 2сравнения, а сигналы синхронизации на первомвыходе этого блока формируются в моментывремени, соответствующие условиюх(11,1 ) - х(ть ) = д хСигналы синхронизации с первого выхода . блока 2 сравнения поступают на синхронизируемый вход 11 блока 7 управления. После появления сигнала пуска на клемме 21 пуска108470 режим суммирования, импульсных сигналов свыхода преобразователя 27 напряжения в час.тогу с частотой, пропорциональной значениюзависимой переменной У(т),5 Если знак сигнала зависимой переменнойи знак опорного напряжения различные, тоэлемент 30 эквивалентности переводит реверсив.ный счетчик 28 в режим вычитания импульс.ных сигналов с выхода преобразователя 270 напряжения в частоту, В результате содержимое;реверсивного счетчика изменяется во времениз в соответствии с вычисляемым значениеминтеграла по независимому невременномуаргументу,15 Для окончания интегрирования на клемму22 останова подается сигнал останова, которыйчерез второй вход 20 управления блоком 7управления поступает на первый вход установ.ки в коль триггера 31 со сбросом и уста 20 новкой, переключая последний в нулевое состояние, При этом триггер 32 задержки переключается в нулевое состояние по заднемуфронту первого, следующего за сигналом останова, сигнала синхронизации, пропуская этот25 сигнал синхронизации через подготовленный. к включению второй элемент И 34 и элемент,ИЛИ 36 на второй выход 18 блока управления,а через него - на вход управления третьимпереключаемым входом трехпозиционногопереключателя 5, В результате, в накапливающииреверсивный сумматор поступит последнее значе.ние зависимой переменной у(тД/2, прошедц 1 еечерез блок 4 деления на два, где т, - моментформирования первого, после сигнала остано.ва, сигнала синхронизации на первом выходеблока 2 сравнения,он поступает на первый вход 19 управления блока 7 управления и устанавливает в единичное состояние триггер 3 1 со сбросом и установкой, подготавливая к включению первый элемент И 33 и триггер 32 задержки по его информационному входу, При поступлении на синхронизируемый вход 11 первого сигнала синхронизации с первого выхода блока 2 сравнения он через инвертор 37 переключает триггер 32 задержки в единичное сбстояние по окончании сигнала синхройи. зации. Одновременно последний проходит чере первый элемент И 33 и элемент ИЛИ 36 на второй выход 18 блока 7 управления, воздействуя на вход управления третьим переключаемым входом трехпозиционного переключателя 5, В результате в накапливаю" щий реверсивный сумматор 6 через его информационный вход 23 с выхода блока 4 деления на два поступает первое значение зависимой переменной, равной У/2, где т, - время формирования первого, после появления сигнала пуска, сигнала синхронизации на первом выходе блока 2 сравнения.Второй и последующие сигналы синхронизй ции пропускаются на первый выход 17 бло ка 7 управления, поскольку после установки в единицу триггера 32 задержки первым сиг" налом синхронизации первый элемент И 33 и второй элемент И 34 блокируются нулевы.,-ми сигналами с инверсных выходов триггера.32 задержки и триггера 31 со сбросом и установкой соответственно, а третий элемент И 35 подготавливается к включению единич. ным сигналом с прямых выходов триггера 32 задержки и триггера 31 со сбросом и уста. новкой. В результате трехпоэиционный переключатель 5 управляется по входу управления. своим первым переключаемым входом, и с входа 15 зависимой переменной в накаплива,ющий реверсивный сумматор 6 через его информационный вход 23 поступят значения У.й зависимой переменной, где= 1, 2, 3,.; т - моменты срабатывания блока 2 сравнения. Содержимое накапливающего реверсивного сумматора увеличивается на У на. каждом 1-м моменте времени поступления сигнала. синхронизации.При необходимости вычитания очередного значения зависимой переменной на вход 12 реверса накапливающего реверсивного сумматора поступает сигнал реверса с второго выхода блока 2 сравнения, Если знак сигнала зависимой переменной на информационном входе 23 накапливающего реверсивного сумматора 6, определяемый компаратором 29, совпадает со знаком опорного напряжения на шинах 13 и 14, то схема 30 эквивалент. ности устанавливает реверсивный счетчик 28 в Таким образом, эа время между моментами,определяемыми поступлением сигналов пускаи останова, содержащее и тактов интегрирова.40ния, содержимое накапливающего реверсивногосумматора 6 равно тг 3 У и- (д. 1г= - + у(т;)+ - + г,45где Ер - начальные условия, что с точностьюдо постоянного множителя дх, равного зоненечувствительности блока 2 сравнения, пропорционально обобщенному интег 1 хщу2 =удх + 2евычисленному методом трапеций,Использование новых элементов: блокаделения на два, трехпозиционного переключа 55теля, накапливающего реверсивного сумматораи . блока управления, выгодно отличает пред-.лагаемое устройство для интегрирования отпрототипа, так как исключается присущаяпрототипу погрешность интегрирования. Врезультате повышается точность вычисленияобобщенного интеграла, т. е. геометрическихпараметров диаграмм циклического деформирования испытываемых образцов. Это приводитк сокращеншо времени испытаний и количества испытываемых образцов при определенииих усталостных характеристик.Экономический зффект от использованияпредлагаемого устройства в народном хозяйстве5 составляет 16,529 тыс, руб. в год.