Функциональный преобразователь

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<» 926677 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 261.079 (21) 2832168/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 070582.Бюллетень №17

Дата опубликования описания 07.05.82

Р М К з

G G 7/26

Госуцарстаенный комитет

СССР по «елим изобретений и открытий (53) УДК 681 335 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В.П.Горбиль,B.Â.Ãoðáèëü и В.Л.Бершадский

Красноярский политехнический институт (7i) Заявитель (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.

Известен функциональный преобразователь, содержащий операционный усилитель, выход которого является

Выходом преобразователя, резистор обратной связи, включенный между входом и выходом операционного усилителя, и диодные элементы, выходы которых соединены со входом операционного усилителя, а первый и второй входы соединены соответственно с шиной опорного напряжения и с входом .преобразователя (1).

Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловленная влиянием температурной нестабильности падения напряжения на диодах.

Наиболее близким к предлагаемому является функциональный преобразователь, содержащий и диодных ограничителей, первые нходы которых соединены и являются входом преобразователя, а вторые нходы соединены с шиной опорного напряжения, выходной сумматор, выход которого является выходом преобразс1нателя, и резис.— торов задания наклонов, объединенных н дне группы, первые выводы резнсторов первой группы соединены с инвертирующим, а первые выводы резисторов второй группы — с неинвер5 тирующим входами выходного сумматора, резистор смещения, включенный между шиной опорного напряжения и неинвертирующим входом выходного сумматора, свободные выводы резисторов задания наклонов соединены с выходами диодных.ограничителей (2).

Недостатком этого преобразователя является низкая точность, обусловленная тем, что при воспроизведении кусочно-линейной функции имеет место увеличение абсолютной погрешности, при возрастании порядкового номера воспроизводимого участка. Это связано с тем, что выходной сигнал преобразователя на каждом последующем, участке аппроксимации определяется значениями наклона сформированных для меньших значений аргумента базисных функций. Второй недостаток преобразователя — сложность настройки, обуслов2> лена тем, что при необходимости изменения наклона аппроксимируемой функции на отдельном участке аппроксимации имеет место влияние изменения каждого наклона на все участки, соответствующие большим значениям аргу926677 мента. Поэтому при изменении наклона некоторого участка необходимо перестраивать наклоны всех участков с большими порядковыми номерами.

Цель изобретения — повышение точ.ности воспроизведения кусочно-линейной функции и упрощение настройки преобразователя.

Указанная цель достигается тем, что функциональный преобразователь, содержащий п диодных ограничителей, 10 первые входы которых соединены и являются входом преобразователя, а вторые входы соединены с шиной опорного напряжения, выходной сумматор, выход которого является выходом пре- 15 обраэователя,п резисторов задания наклонов, объединенный в две группы, первые выводы резисторов первой группы соединены с инвертирующим, а первые выводы .резисторов второй груп- 20 пы — с неинвертирующим входами выходного сумматора, резистор смещения, включенный между шиной опорного на— пряжения и неинвертирующим входом выходного сумматора, дополнительно содержит n — 2 дополнительных резистора задания наклонов и и сумматоров, выход каждого из которых соединен со свободным выводом соответствующего резистора задания наклонов, а первый,.второй и третий входы соответственно — с входом преобразователя, с выходом соответствующего по номеру диодного ограничителя и с шиной опорного напряжения, выход каждого сумматора, кроме первого и и-го подключенного выходом к выводу резистора задания наклонов первой группы, соединен через дополнительный резистор задания наклонов с неинвертирующим входом выходного сумматора, 40 а выход каждого сумматора, кроме первого и n-ro, подключенного выходом к выводу резистора задания наклонов второй группы, соединен через дополнительный резистор задания наклонов 45 с инвертирующим входом выходного сумматора.

На чертеже приведена блок-схема функционального преобразователя.

Преобразователь содержит и диодных ограничителей l,...lл и сумматоров 2,...,2n резистор 3 смещения, и резисторов 4„. ..4л задания наклонов, n — 2 дополнительных резистора 5,,..., 5n z задания наклонов, выходной сумматор 6.

Преобразователь работает следующим образом.

На вход преобразователя подается напряжение х, изменяющееся по про- 60 иэвольному закону. Это напряжение поступает на входы ограничителей

11,...,1п и на входы сумматоров

24,...,2t\ В результате этого.на выходах сумматоров 21,..., 2 и формиру- 65 ется сигнал, имеющий форму вида

Iõ — хz//, где х„ - пороговое значение напряжение напряжения для К-го ограничителя 1,...,1 и .соответствующего сумматора 2,...,2q. Полученные сигналы с выходов сумматоров

2 ...,2 через резисторы 4,.. °,4п и 5«...,5 и-а задания наклонов поступает на неинвертирующий или ин-. вертирующий входы выходного сумматора б, осуществляющего суммирование токов. На выходе сумматора б Формируется напряжение у, имеющее форму аппроксимируемой функции t(x) ли- нейно изменяющейся между каждой парой соседних узлов аппроксимации.

Включение сумматоров 2,...,2 и дополнительных резисторов 5,...,5n-г задания наклонов предложенным способом позволяет реализовать разложение аппроксимируемой функции по кусочно-линейному базису, который обладает тем общим свойством, что каждая базисная функция линейно изменяется в заданных пределах и остается постоянной вне этих пределов.

Математически базисные функции, лежащие в основе работы предложенного преобразователя, могут быть выражены через модуль-функции вида

/х — х/ следующим образом (Х) = 2 (/Х-хк,/ — /Х-Х / +Х -Х ) (1)

1 где х — входная переменная, имеющая на практике размерность напряжения; хк — значение переменной х в

K-ом узле аппроксимации; хк+ — значение входной перемен" ной в (К+1)-ом узле аппроксимации;

n — число узлов аппроксимации.

Если базисную функцию (1) умножить на наклон « --- соответствуюХ к+(- Хк щего участка и просуммировать у(х) = у + R (х), (2) то получим выражение для аппроксимирующей функции во всей области изменения аргумента х.

После преобразований выражение (2) может быть записано в следующем виде у(х) = +(- /х-х / + х-х /< + n -. к+1 " )-к/

2 / „ 2 / кн

-х.х !х - хх/., (3)

Иэ выражения (3) следует, что для реализации кусочно-линейного функционального преобразователя на основе базиса (1) необходимо производить суммирование модуль-функций вида

/х - х / с коэффициентами, являющимися наклонами аппроксимируемой функции .на соответствующих участках.

При этом на каждого внутреннего узла х, К = 2, З,...,п — l слагаемое ф Ф

926677 с большими порядковыми номерами, начиная со значения задаваемого цепью смещения. Кроме того, при настройке предложенного преобразователя изменение наклона на каждом участке аппроксимации может быть выполнено независимо от наклонов на других участках, так как вне данного участка на:клон базисной функции равен нулю. Это позволяет существенно упростить на10 стройку преобразователя.

1 .уклг -ук <

J Кл( хк г xкл

Рассмотренный алгоритм аппроксимации реализуется следующим о6разом.

Сумматоры 2,,...,2„ с соответствующими цепями связи и ограничители

1,...,1 типа идеальный диод реализуют модуль-функцию, резисто-. ры 4л,...,4п и 5,,...,5n г задания наклонов реализуют коэффициенты сум- 15 мы (3),а резистор 3 смещения, подключенный к шине опорного напряжения, реализует первое слагаемое формулы (3) .

При этом в соответствии с соотно- 20 шением (3) необходимо обеспечить равные значения величин резисторов наклонов по выходам двух соседних сумматоров 2,,...,2, а именно попарное равенство резисторов 4 I и 5,...,25

5 4 Поэтому сумматоры 2 и

2 и, соответствующие первому и последнему узлам аппроксимации, подключены своими выходами к входам сумматора только через один резистор 44 0 или 4 наклона, а остальные сумматоры 2,...,2„, связаны с инвертирующим и неинвертирующим входами сумматора б, через два резистора 4,..., 4 л и 5, .. °, 5„>. aa avvsr HaxsroHa . 35

Выбор входа сумматора 6, к котоуому подключается каждый иэ резисторов 4л,...,4ни 5,...,5„ задания наклонов, определяется знаком сооТ ветствующего слагаемого суммы(3) и знаком производной аппроксимирующей №0 функции на соответствующем участке. .Например, если на участке между К-ым и (К+1)-ым узлами линейный участок имеет положительный наклон, тогда резистор 4 на выходе К-огб усилителя ¹S сумматора 2к будет подключен к неинвертирующему входу сумматора б, а равный ему по величине . резистор 5 (К + 1)-ого сумматора

2 „„ необходимо подключить к инверти"50 рующему входу сумматора. При. убывании функции на этом участке названные резисторы 4 к, и 5 к должны быть под-. ключены наоборот.

Поскольку в предложенном преобразователе для аппроксимации используются базисные функции, значение которых вне рабочего участка остается постоянным, то с увеличением количества одновременно включенных ди- 60 одных ограничителей 1,...,1 не происходит накопление абсолютной погрешности в отличие от прототипа, где базисные функции линейно возрастают на всех участках аппроксимации 65

Формула изобретения

Jx — х будет входить в сумма со знаком минус для левого участка и наклоном к,= — «" - - — к, а для правого участка со знаком плюс и наклоном

Функциональный преобразователь, содержащий и диодных ограничителей, первые входы которых соединены и являются входом преобразователя, а вторые входы соединены с шиной опорного напряжения, выходной сумматор, выход которого является выходом преобразователя,п резисторов задаиия наклонов, объединенных в две группы, первые выводы резисторов задания наклонов первой группы соединены с инвертирующим, а первые выводы резисторов задания наклонов второй группы — с неинвертирующим входами выходного сумматора, резистор смещения, включенный между шиной огорного напряжения и неинвертирующим входом выходного сумматора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения- точности и упрощения настройки, он содержит n — 2. дополнительных резистора задания наклонов и и сумматоров, выход каждого из которых соединен со свободным выводом соответствующего резистора задания наклонов, а первый, второй и третий входы соответственно — с входом преобразователя, с выходом соответствующего по номеру диодного ограничителя,с шиной опорного напряжения, выход каждого сумматора, кроме первого и n-ro подключенного выходом к выводу ре" зистора задания наклона первой группы, соединен через дополнительный резистор задания .наклонов с неинвертирующим входом выходного сумматора, а выход каждого сумматора, кроме первого и п-го, подключенного выходом к выводу резистора задания наклонов второй группы, соединен через дополнительный резистор задания наклонов с инвертирующим входом выходного сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Смолов В.Б. Аналоговые вычислительные машины, М., Высшая школа, 1972, с. 266, рис. У1-50.

2. Справочник по нелинейным схемам. Под ред. Д.Шейнголда.tl., "11ир", 1977, с. 62, фиг, 2.1.16 (прототип).

9266 "

2983/42 Тираж 732 Подписное

ВНИИ11И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ

Филиал ПП11 11атент . r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н.Балабойко

Редактор С.Тараненко Техред И. Рейвес Корректор А. Гриценко