Широтно-импульсный функциональный преобразователь

 

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН. (19) (И) А з5)) G 06 F 15/353 с °

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3474073/18-24 (22) 23.07.82 (46) 23.11,83, Бюл. и 43 (72) И.B.Ãåðàñèèîâ, В.А.Михайлов;

И.А.Никищенков и Н.M,Ñàôüÿííèêoâ (71). Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им, В.И.Ульянова (Ленина) (53) 681,325{088.8) (56) 1. Смолов В.Б, Функциональные преобразователи информации, Л., Энергоиздат. 1981 с. 180. рис.5-7.

2. Авторское свидетельство СССР

N 703825, кл.G 06 F 15/353, 1979 (прототип).

{54)(57) 8!ИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий два реверсивных счетчика, двоичный умножитель, четыре блока логического умножения, элемент НЕ, элемент ИЛИ и три элемента .И, причем вход частоты импульсов преобразователя соединен с частотным входом двоичного умножителя, кодовый вход которого соединен с выходом первого реверсивного счетчика, частотный выход двоичного умножителя соединен с первым входом первого элемента И и суммирующим входом второго реверсивного счетчика, выход которого соединен с выходом преобразователя и. первым входом первого блока логического умножения, второй вход которого соединен с кодовым выходом двоичного умножителя и первыми входами второго и третьего блоков логического умножения, второй вход второго блока логического умножения соединен с входом первого коэффициента аппроксимации преобразователя, вход широтно-импульсно модулированного сигнала которого соединен с первым входом второго элемента И и через элемент НЕ - с первым входом третьего элемента И, выходы третьего и четвертого блоков .логического умножения соединены с вто. рыми входами соответственно третьего и второго элементов .И, выходы которых соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введен Q элемент задержки, выход которого соединен с третьим входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с вычитающим входом второго реверсивного счетчика, выход первого блока логического умножения соединен с входом элемента задержки, входы второго и третьего коэффициентов аппроксимации преобразователя соединены с первым и вторым входами соответственно третьего и четвертого блоков логического умножения, выход элемента НЕ соединен с вторым входом первого элемента И, выход кото рого соединен с вычитающим входом первого реверсивного счетчика, сум" мирующий вход которого соединен с выходом второго блока логического умножения, второй вход четвертого блока логического умножения соединен с кодовым выходом двоичного умножителя.

1056208

30 ни ", <-8

23-8 где Йо — входной код; 6-относительная 55 длительность ШИМ-сигнала. Указанная зависимость является аппроксимацией таигеисной зависимости

И=N tn — В !! в - Я с погрешностью не выше 0,2i в диапазоне 0 и 8 0,$8 1

Нсдастатками известного устройства являются его cfloH(HocTb, невысокая надежность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для воспроизведения функций, в котором воспроизведение функцией

50 базируется на методах сквозной аппроксимации с использованием только цифровой элементной базы, является более простым и надежным устройством.

40 г

Известное устройство содержит два ренерсивных счетчика 1 мпульсон, элемент НЕ, три элемента, элемент !!ЛР, четыре логических блока умножения, Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение н телеметрических информационно-измеритеЛьиых системах, в вычислительных управляющих комплексах с применением широтно-импульсной модуляции, Известно устройство,для воспроизведения функций на основе методов сквозной аппроксимации. Это устройст- 0 во ориентировано на обработку входНОГО широтно импульсно модулированного сигнала (ШИМ-сигнала} в следящем режиме, обладает высокой помехоустойчивостью за счет применения принципа 15 усреднения импульсных потоков, не требует резкого повышения аппаратурных затрат при воспроизведении функций †àðïà тангенсной, Известное устройство воспроизво- 20 дит функции, представленные отношением простых дробей, основываясь на принципе автоматической компенсации частотно-импульсных последовательностей, реализуемом с помощbe отрицатель 25 иой ооратной связи.

Из условия динамического ранновесия схеMb! получается функциональная характеристика устройства в целом двоичный умиожитель, у которого часто гиый вход является соответствующим входом устройства, частотный выход объединен с первым входом первого элемента И и с суммирующим входом первого реверсивного счетчика, кодовый вход соединен с выходом второго реверсивного счетчика, а кодовый выход - с первыми входами первого, второго и четвертого логических блоков умножения, причем второй вход первого логического блока умножения является кодовым входом устройства, выходы второго и третьего блоков соединены соответственно с первыми входами второго и третьего элементов И, выходы которых подсоединены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ, а второй вход четвертого логического блока умножения объединен с выходом первого реверсивного счетчика и с выходом всего устройства, ШИМ-вход которого соединен с вторым входом третьего элемента И непосредственно, а с тем же входом второго элемента И через элемент НЕ, причем двоичный умножитель представляет собой суммирующий по частотному входу дноичиый счетчик с динамическим кодовым выходом, подключенным к первому входу логического блока умножения, второй вход которого является кодовым входом, а выход — частотным выходом двоичного умножителя, причем второй двоичный умножитель имеет частотный вход, являющийся соответствующим входом устройства, и представляет собой суммирующий по частотному входу двоичный счетчик с динамическим кодовым выходом, подключенным к первому входу логического блока умножения и к аналогичному входу блока, к второму бпоку подключен выход реверсивного счетчика, а выход блока соединен с первым входом четвертого элемента И, пятый и шестой эпементы И по первым входам соединены с выходами логических блоков умножения соответственно четвертого и первого, при этом вторые входы четвертого и пятого элементов И объединены с выходом элемента НЕ, а шестого - с его входом, причем выходы этих элементов И соединены соответственно четвертогос входом второго элемента ИЛИ, пятого - с суммирующим входом третьего реверсивного счетчика, шестого - с суммирующим входом второго реверсивного счетчика, вычитающий вход кото105Ы08 рого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, объединенного вторым вхо- дом с выходом первого элемента И, при этом вычитающий вход третьего реверсивного счетчика соединен с выходом первого элемента ИЛИ, а выходс вторыми входами второго и третьего логических блоков умножения, причем вычитающий вход первого реверсивного счетчика подключен к выходу второго 10 логического блока умножения.

Функциональная характеристика уст ройства в общем виде описывается рациональной дробью

15 (f,-Ц 8 .$.,8

,-,1 e i (r,C<, s«, Для получения аппроксимации тангенсной зависимости достаточно задать 2О ся следующим соотношением опорных входных частот f1 и

14

f) — Г, .

9 25

Значение аппроксимации тангенсной зависимости

,8В-8

Мо(,8-0 88-82

Это выражение является дробно-рациональной аппроксимацией тангенсной функции с погрешностью не выше 0,2i в диапазоне 0 O = 0,98 Р3

Недостатком известного устройства является невысокая точность, особенно при воспроизведении функций типа тангенсной.

Целью изобретения является по;;ишение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в широтно-импульсный функциональный преобразователь, содержащий два реверсивных счетчика, двоичный умножитель, четыре блока ло,-ического умножения, элемент НЕ, элемент ИЛИ и три элемента И, причем вход частоты импульсов преобразователя соединен с частотным входом двоичногоумножителя, кодовый вход которого соединен с выходом первого реверсивного счетчика, частотный выход двоичного умножителя соединен с первым входом первого элемента И и суммирующим входом второго реверсивного счетчика, выход которого соединен с выходом преобразователя 55 и первым входом первого блока погического умножения, второй вход которого соединен с кодовым выходом двоичного умножителя и первыми входами второго и третьего блоков логического умножения, второй вход второго блока логического умножения соединен с входом первого коэффициента аппроксимации преобразователя, вход широтноимпульсно модулированного сигнала которого соединен с первым входом второ, го элемента И и через элемент НЕ - c первым входом третьего элемента И, выходы третьего и четвертого блоков логического умножения соединены с вторыми входами соответственно третьего и второго элементов Р, выходы которых соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ, дополнительно введен элемент задержки, выход которого соединен с третьим входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с вычитающим входом второго реверсивного счетчика, выход первого блока логического умножения соединен с входом элемента задержки, входы второго и третьего коэффициентов аппроксимации преобразователя соединены с первым и вторым входами соответственно третьего и четвертого блоков логического умножения, выход элемента НЕ соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с вычитающим входом первого реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом втооого блока логического умножения, второй вход четвертого блока логического умножения соединен с кодовым выходом двоичного умножителя.

На чертеже представлена блок-схема широтно-импульсного функционального преобразователя, Преобразователь содержит реверсивные счетчики 1 и 2, элемент НЕ 3, эле менты Р4-6, элемент ИЛИ 7, блоки 811 логического умножения, двоичный умножитель 12, входы 13 и 14, выход

15, вход 16, кодовый 17 и частотный

18 выходы двоичного умножителя, элемент 19 задержки, входы 20 и 21.

Двоичный умножитель содержит счетчик 22 и блок 23 логического умно" жения.

Преобразователь работает следующим образом.

Пусть в исходный момент времени оба реверсивных счетчика 1 и 2 находятся в нулевом состоянии, на входы

14, 20 и 21 подаются двоичные коды соответственно N,,. .N,,й, на (-1) (A) (0) 105620 8 вход 16 - ШИМ-сигнал О, а на вход

13 — опорная импульсная последователь ность Г,, Блоки 0-11 логического умножения совместно со счетчиком 22 и двоичный умножитель .12 осуществляют линейное преобразование кода в частоту T° . e. вырабатывают импульсные последовательности с частотами, средние значения которых пропорциональны соответствующим управляющим кодам.

Первый импульс, появившийся на выходе блока 8, записывается в реверсивный счетчик 2. Двоичный умножитель 12 начинает вырабатывать импульсную последовательность, так как управляющий им код 1lg с выхода счетчика 2 стал отличен от нуля. Выходная импульсная последовательность двоичного умножителя 12 поступает через элемент И ч на вычитающий вход счетчика 2 в течение "интервала времени. (Т-t), формируемого элементом НЕ 3, и непрерывно - на суммирующий вход счетчика ". Первый импульс с выхода двоичного умножителя 12 записывается в счетчик 1 и делает его содержимое

N1 отличным от нуля. Начинает вырабатываться импульсная последовательность на выходе блока 11, которая с задержкой элемента 1g на полтакта опорной частоты непрерывно поступает через элемент ИЛИ 7 на вычитающий вход счетчика 1. Через этот же элемент подаются импульсные последовательности с выхода блока 10 в †åâãåíèå интер-з л вала времени ь через элемент И 6, и с выхода блока в течение интервала времени (Т- ), Формируемого элементом НЕ 3, через элемент И

В основе построения устройства по ложен итерационный принцип усреднения импульсных потоков, формируемых от одной опорной частоты и ШИМ-сигналами, с использованием частотно-им-- Р ,4 Ч пульснои следящей системы. В качестве" схемы cpBBHBHvR вырабатывающей сигнал рассогласования в контуре обратной связи, используется реверсивный счетчик 1,с помощью которого осуществ О ляется, во-первых, суммирование час = тот, во-вторых, вычитание, и в-третьих, интегрирование полученной разности с выдачей результата в виде двоичного кода. Кроме главного контура отрицательной обратной связи, здесь имеется дополнительный — на основе счетчика 2, который образует функцио-. нальный узел в ппямой цепи главного контура. Здесь счетчик 2 выполняет одновременно две операции: вычитание частот и интегрирование полученной разности с представлением результата в виде двоичного кода, Условием динамического равновесия схемы является равенство приращений кодов суммирующих и вычитающих цепей в каждом реверсивном счетчике в течение периода Т широтно-импульсной модуляции, то есть, равенство средних значений частот импульсных последовательностей, поступающих на суммирующие и вычитающие входы счетчиков:

Г4 2 Г-2 и F+! ° F Х

На суммирующий вход счетчика 2 поступаетт импульсная последовательность, пропорциональная входному коду

- о

2л 2 где и — разрядность преобразователя.

На вычитающий вход этого счетчика 2 проходит широтно-модулированная импульсная последовательность с частотой

О, при КТ 4 t <..KT +, c. 2(t S) = при K T+ c t 4K+1) Т, 2й где t - текущее время, к = О, 1, 2,, сю

Тогда как среднее значение этой частоты за период определяется выражением

F — N, „(1 9)

Приравнивая F a F.7

N — = N -й- (1-8 ) ()1 fg Г

2" 2" ь получим фун кцион ал ьную хара кте рист ику узла в прямой цепи главного контура (ь!)

Импульсная последовательность в цепи обратной связи главного контура формируется на выходе элемента ИЛИ 7 и имеет частоту р |,,ф= — — + Я вЂ” и р и ь ф Q 1 (1, а (Q+ {) 1

1Ц4 о л

2л 2п

1056208 8 ассимптотическое поведение arctic x, неограниченное возрастание tq x и т.д. В сравнении с известным преобразователем при воспроизведении функции g 8 в том же диапазоне

0 6 - 0,,98 необходимо задаться ко" дами N1 0,63842, М 0,04471, и 0,54892, и в результате методи ческая погрешность составит 0,143 вместо 0,2 у известного преобразова- теля. Таким образом, в данном случае точность работы повысилась в 1,4 раза. и " 4 — =t""" 6 "0- 1н — о

-8 Яп 2 определяется функциональная характеристика преобразователя в общем виде

il

1 1

N(-3)

N 1- N(0) N(1) 8 1- 6

/которая представляет собой взвещеннополиномиальное выражение первой степени. Для одинаКового представления аргумента с отрицательной и положительной степенью положим

N

И) 0 (25

N(l N«1 (1 8)

1-Е

Таким образом,преобразователь, реа- . лизующий взвещенно-полиномиальное приближение, наиболее эффективно вос- gp производит функции с особенностями.

В качестве примеров таких особенностей можно указать наличие точек с бес. конечным значением производной для функций Х (в и - целые), arcsin x. откуда среднее значение за период

Из условия динамического равновесия

В предлагаемом преобразователе коэффициенты аппроксимирующего выраже- . ния задаются кодами, в то время, как в известном это осуществляется при помощи генераторов опорных частот.

Точность работы известного устройства существенным образом зависит от стабильности генераторов опорных частот, от точности соблюдения заданных соотношений между частотами. В предлагаемом преобразователе требуется всего один генератор опорной частоты, значение которой не входит в выражение функциональной характеристики устройства. Таким образом, повышается точность эа счет исключения инструментальной погрешности генераторов частот, сокращены затраты оборудования, что приводит и к повышению надежности устройства, численные характеристики которой будут зависеть от способа технологической реализации.

1056208

Составитель А.Зорин

Техред Т.Маточка, Корректор А,Зимокосов

Редактор В. Иванова

Заказ 9308/43 Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4