Функциональный преобразователь

Союз Советскик Социалистических Реслублик(5)М. Клз Б 06 6 7/26 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретенияЬИЧиз :Киевский институт автоматики имени ХХУ съе(54 ФУНКЦИОНАЛЬНЪЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к области аналоговои вычислйтельной техники и автоматики.Известен функциональный преобразователь 1, содержащий генератор импульсов, элементы И, ключи, резисторы, усилитель с усредняющей обратной связью и многоканальный распределитель импульсов, выпол. ненный насчетчике и дешифраторе. Недостатком преобразователя является сложность регулировки сигнала в узлах интерполяции, в частности, при необходимости изменить выходной сигнал в -м узле, не изменяя его в остальных узлах, требуется произвести регулировку всех резисторов, начиная с -1.Известен функциональный преобразователы 2 содержащий генератор импульсов, соединенный выходом со входом многоканального распределителя импульсов, подключенного выходом ко входу генератора пилообразного напряжения, выход которого через первый масштабный резистор соединен с входом нуль-органа, подключенным также через второй масштабный резистор к первому входу импульсного Функционального преобразователя, причем второйвход преобразователя через ряд параллельных цепей, каждая из которыхсостоит из последовательно соединенных регулируемого резистора иключа, подключен ко входу выходногоусилителя с усредняющей обратнойсвязью. Недостатком этого функционального преобразователя являетсясложность регулировки выходногосигнала в узлах интерполяции.Наиболее близким техническим решением к изобретению является функциональный преобразователь 3, со держащий задающий генератор импульсов, и-канальный распределительимпульсов, вход которого соединенс выходом задающего генератора импульсов, генератор пилообразного 20 напряжения, управляющий вход которого соединен с управляющим выходоми-канального распределителя импульсов, е блоков аппроксимации, каждыйиз которых содержит операционныйусилитель, вход которого являетсявыходом преобразователя, интегрирующий конденсатор, включенный междувходом и выходом операционного усилителя, и ключей, соединенных вы ходами со входом операционного уси 845161лителя, и и элементов И, выходы когорых подключены к управляющим входам соответствующих ключей, а первыевходы - к соответствующим выходами-канального распределителя импульсов, нуль-орган, вход которого через первый масштабный резистор подключен к выходу генератора пилообразного напряжения, второй масштабный резистор, один вывод которогосоединен со входом нуль-органа, адругой является входом аргументапреобразователя, ключ ввода смешения, выход которого подключен ковходу нуль-органа, а информационныйвход через третий масштабный резистор соединен с шиной опс,ного напряжения, триггер управления, счетныйвход которого подключен к выходунуль-органа, а выход - ко вторымвходам элементов И и к управляющемувходу ключа ввода смешения, и блоковзадания ординат узлов интерполяции,входы которых объединены и являютсявходом сомножителя преобра:ователя,резистор обратной связи, включенныймежду входом И выходом операционного усилителя, выходы блоков заданияординат узлов интерполяции соединены с информационными входами соответствующих ключей.Недостатком такого функционального преобразователя является низкаяточность, обусловленная линейнойинтерполяцией функции между узламиинтерполяции,Целью изобретения является повышение точности преобразователя засчет гиперболической интерполяции.Это достигается тем, что функциональный преобразователь, содержащийзадающий генератор импульсов, иканальный распределитель импульсов,вход которого соединен с выходом задающего генератора импульсов, генератор пилообразного напряжения, управляющий вход которого соединен с управляющим выходом п-канального распределителя импульсов, и блоковаппроксимации, каждый из которыхсодержит операционный усилитель, входкоторого является выходом преобразователя, интегрирующий конденсатор,включенный между входом и выходомоперационного усилителя .п ключей,соединенных выходами с входом операционного усилителя, и элементов И,выходы которых подключены к управляющим входам соответствующих ключей,а первые входы - к соответствующимвыходам и-канального распределителяимпульсов, нуль-орган, вход которого через первый масштабный резисторподключен к выходу генератора пилообразного напрякения, второй масштабный резистор, один вывод которогосоединен со входом нуль -органа, адругой является входом аргументапреобразователя, ключ ввода смешения, 5 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 б 0в выход которого подключен ко входунуль-органа, а информационный входчерез. масштабный резистор соединенс шиной опорного напряжения, триггеруправления, счетный вход которогоподключен к выходу нуль-органа, авыход - ко вторым входам элементовИ и к управляющему входу ключа вводасмещения и блоков задания ординатузлов интерполяции, входы которых,объединены и являются входом сомножителя преобразователя, дополнительно содержит в каждом блоке аппрок".симации и резисторов обратной связии и резисторов, определяющих степеньнелинейности, включенных между выходами соответствующих блоков заданияордина узлов интерполяции и информационными входами ключей, Резисторыобратной связи соединены одним выводом с выходом операционного усилителя, а другими выводами подключенык выходам соответствующих блоков задания ординат узлов интерполяции,На Фиг,1 показана Функциональнаясхема преобразователя; на Фиг, 2временная диаграмма работы нреобразователя; на фиг. 3 - схемы,поясняющие вывод основных соотношений, характеризующих работуфункциональногопреобразователя;на фиг, 4 - приведены зависимости выходного напряжения преобразователяот его параметров.Функциональный преобразователь содеркит генератор импульсов 1, и-канальный распределитель импульсов 2,генератор пилообразного напряжения3, в блоков аппроксимации 4 -4 п 1,каждый из которых выполнен на йервом,втором и третьем масштабных резисторах 5,6 и 7, ключе ввода смешения8, нуль-органе 9, триггере управления 10, операционном усилителе 11,интегрирующем конденсаторе 12, иблоках задания ординат узлов интерполяции 13 -13 д, п элементах И14 -14 п, п ключах 15 -15, и резисторах, определяющих степень нелинейности 16 -16 п и и резисторах обратнои связи 17-17.Преобразователь работает следующим образомВ начале рабочего цикла, когданапряжение на выходе генератора3 минимально, нуль-орган 9 и триггер10 находятся в положении, при которомвсе элементы И 14-14 п оказываютсязакрытыми, а цепи резисторов 7,16-16, 17 -17 отключенными ключами 15. -15 п,Линия Ор на Фиг.2 дает графикизменения пилообразного напряженяя,снимаемого с выхода генератора 3.Линейный участок Ор по времени соответствует и периодам генератораимпульсов (на фиг.2 линейная частьО, формируется в течение четырехотрезков времени 0,1,2,3.В течение времени, соответствующего участкам 4 и 5, генератор пилообразного напряжения 3 подготавливается к следующему циклу. После того, как напряжения Ор на выходе генератора пилообразного напряжения 3 достигает по абсолютному значению величины входного напряжения О (фиг.2), сработает нуль-орган 9. Для упрощения описания принято, что сопротивления резисторов 5 и б равны. При этом условии нуль-органа срабатывают в момент, отстоящий от начала цикла на времяи р"ОР уудкс где ьинтервал времени междуимпульсами генератора 1;Ор - максимальная величинанапряжения генератора 3.Времяможно представить какгсумму целого числа А интервалов ьи некоторого времени (ш 8 С, гдеО ( О 1 (с;иг,2)1 = ( д- у 8)После срабатывания нуль-органа 9переключается триггер 10 и на еговыходе появляется сигнал соответствующий логической единице. Сигнал свыхода триггера 10 поступает навторье входы элементов И 141-14 п иуправляющий вход ключа 8,Под деиствием сигнала с триггера10 и сигнала, поступающего с и-канального распределителя 2 переключится один из элементов И 14 -141 п,соответствующий узлу интерполяциис номером Х Его переключение приводит к включению одного из ключей15 -15 п, соответствующему узлу интерполяцйи с номером у., и поступлениюна вход опер ционного усилителя 11тока . Величина токаопределяется напряжением на вьходе усилителя 14 и настройкой элементов,соответству.л.их узлу интерполяции сномеромодного из блоков эадания ординат узлов. интерполяции13 -13; одного из резисторов обратной связи 17 -17 п, одного из резисторов 16,-16, определяющегостепень нелинейности.Под действием сигнала, соответствующего логической единице и поступающего с выхода триггера 10,происходит замыкание ключа 8. В результате на входнуль-органа подаетсядополнительный ток, поступающийот источника опорного напряжения О,пчерез резистор 7. Дополнительный токвыбирается таким, что точка срабатыаання нуль-органа 9 смешается насг ааелненну а НПоявление смещающего сигнала приводит к возврату нуль-органа 9 висходное положение. Однако триггер10 остается во включенном положении, так как он переключается передним фронтом импульса на выходе нуль- органа 9, и токпродолжает поступать на вход усилителя 11.В момент временис = (А+ 1)произойдет очередное переключение и-канального распределителя 2 (фиг,2) и один из ключей 15 -15 у соответствующий узлу интерполяции с номером А отключится, а включится адин из ключей 15 -15, соответствующий узлу интерполяции с номером с +1. В результате на вход усилителя 11 будет подан ток (р.Величина тока ,+ определяется напряжением на выходе усилителя 11 и настройкой элементов, соответствующих узлу интерполяции с номером А+1. Ток 1,поступает на вход усилителя до повторного переключения триггера 10, которое произойдет в момент времени 1 ь при повторном срабатывании нуль-органа 9.Время с,3 (фиг.2) определяется вы- ражением 5 О15 20 40 В установившемся режиме работы функционального преобразователя заряд 0 должен быть равен нулю. В противном случае имело бы место изменение напряжения на выходе усилителя 11 от цикла к циклу и, следовательно, режим был бы переходным.Произведем расчет зависимости выходного напряжения преобразователя от величин напряжения О и О 2, поданных на первый и второй, вход.Расчет поясняют схемы, приведенные на фиг.З.Заменим задатчики ординат узлов интерполяции эквивалентными схемами состоящими из источника ЭДС Е,=О. К, и последовательно с ним включенного эквивалентного внутреннего сопротивления 8.Эквивалентное внутреннее сопротивление задатчика К з,.= йцс резистор обратной связивне, - Ц8 ос д. = 8(из группы резисторовсб,17-17 ) й резистор К . = й ,определяющйй степень нелинейности (из группы резисторов 16 -1 бл) включены по схеме звезды (фиг.З,а). Схема звезды может быть заменена эквива 50 55 бО65 1:(О ЬО), =-(д.О) . ОР моксПосле повторного переключения триггера 11 все ключи 15 -15 будут закрыты, а ток ча входе усилителя 11 снизится до нуля и сохранится таким до следующего цикла.Таким образом, за один цикл работы и канального распределителя 2 на вход усилителя 11 подан заряд 0 =(с, -а) + р,+ ( - с) (1)терполяции позволяет более точно моделировать гладкие функции при том .же числе узлов интерполяции, что и в прототипе, либо значительно уменьшить число узлов интерполяции без уменьшения точности аппроксимации.Формула изобретенияФункциональный преобразователь, содержащий задающий генератор импульсов, в-канальный распредели" тель импульсов, вход которого соединен с выходом задающего генератора импульсов, генератор пилообразного напряжения, управляющий 15 вход которого соединен с управляющим выходом и-канального распределителя импульсов, щ блоков аппроксимации, каждый иэ которых содержит операционный усилитель, выход которо- щ го является выходом преобразователя, интегрирующий конденсатор, включенный между входом и выходом опера.ционного усилителя, о ключей, соединенных выходами со входом опера ционного усилителя, и и элементов И, выходы которых подключены к управляющим входам соответствующих ключей, а первые входы - к соответствующим выходам в-канального распределителя импульсов, нуль-орган, вход которого через первый масштабный резистор подключен к выходу генератора пилообразного напряжения, второй масштабный резистор, один вывод которого соединен со входом нуль-органа, а другой является входом аргумента преобразователя, ключ ввода смею .ния,выход которого подключен ко входунуль-органа, а информационный входчерез третий масштабный резисторсоединен с шиной опорного напряжения, триггер управления, счетныйвход которого подключен к выходунуль-органа, а выход - ко вторымвходам элементов И и к управляющемувходу ключа ввода смещения, и блоковзадания ординат узлов интерполяции,входы которых объединены и являютсявходом сомножителя преобразователя,о. т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности за счетгиперболической интерполяции, онсодержит в каждом блоке аппроксимации и резисторов обратной связии п резисторов, определяющихстепень нелинейности, включенныхмежду выходами соответствующих блоковзадания ординат узлов интерполяциии информационными входами ключей,резисторы обратной связи соединеныодним выводом с выходом операционного усилителя, а другими выводамиподключены к выходам соответствующихблоков задания ординат узлов интерполяции,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Пухов Г.Е. Справочник по аналоговой вычислительной техникЕ."техника", 1975, с. 195 рис. 346.2. Патент США У 3 689 754,кл. 235-. 197, опублик. 1972.3. Авторское свидетельство СССР845161 Редактор Л. У Тираж 745 ВНИИПИ ГОсударствен по делам изобрете 13035, Москва, Ж, Заказ 41 Подписноеого комитета СССРний и открытийРаушская наб., д. 4/5"Пате ород, ул. Проектная,4 у ге лиал Составитель Н. Балабошкоина Техред З,фанта Корректрр Л. Иван