Функциональный преобразователь

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик нн934502 (б1) Дополнительное к авт. свид-ву. (22) Заявлено 14.1080 (21) 2992211/18-24 (311М. Кл. с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 06 G 7/26

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (З) УДК 681. 335 (088. 8) Опубликовано 07.06,82, Бюллетень ¹ 21

Дата опубликования описания 07.06.82 (72) Авторы изобретения

С.И. Сергейчик и А.С. Гусев

Томский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. С N.Кирова (71) Заявитель (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

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 кусочнонелинейной 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 — co 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 пре934502 образования 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 соедин:н с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, дополнительно содержит линейный выпрямитель, фильтр нижних частот, дополнительный блок сравнения, блок масштабного преобразователя, блок пороговых элементов, четыре блока с управляамой проводимостью информационный вход первого из которых соединен с выходом бло-. ка преобразования напряжения в фазу, а выход — со вторым входом сумматора, информационный вход второго блока с управляемой проводимостью подключен к выхеду 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 сумматора, выход сумматора через четвертый блок с управляемой проводимостью соединен со входом блока масштабного преобразования, выход которого является выходом преобразователя, выход амплитудного модулятора через последовательно соединенные линейный выпрямитель и фильтр нижних частот соединен с первым 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 из четырех блоков с управляемой проводимостью, 1 !

На фиг. 1 представлена схема функционального преобразователя; на фиг. 2 — диаграмма напряжений, поясняющая его работу.

Функциональный преобразователь содержит генератор 1 синусоидального напряжения, блок 2 преобразования напряжения в Фазу, фазовращатель 3, амплитудный модулятор 4, первый 5, второй б, третий 7 и четвертый 8 блоки с управляемой проводимостью, сумматор 9, блок 10 срав20 нения,дополнительный блок 11 сравнения, линейный выпрямитель 12, фильтр 13 нижних частот, блок 14 пороговых элементов, блок 15 масштабного преобразования.

Функциональный преобразователь работает следующим образом.

Уравнение эллипса в собственной системе координат, совпадающий с осями эллипса, можно записать следующим образам иу = каи ра — U = дару, (1) где К, =ПС /U1, - коэффициент аффинного подобия

U,ц — напряжения, пропорциональные большой с и малой ф осям эллипса; ц — напряжение, пропорциональное по величине ординате точки окружности с радиусом, равным U<;

U,U - напряжение, величина которых пропорциональ25 на независимой Х и зависимой Y переменным, связанным уравнением эллипса.

Из уравнения (1) видно, что эллипс

3р можно моделировать с помощью окружности, аффинно подобной воспроизво,димому эллипсу с радиусом, равным и последующим изменением полученного напряжения U>, пропорционального ординате окружности, на величину коэффициентà KA . Уравнение (1) позволяет моделировать эллипс в системе координат, совпадающей с осями эллипса. Для воспроизведения эллипса в системе координат ХОУ, не совпадающей с осями эллипса XOY необходимо. ввести два. дополнительных синусоидальных напряжения U a и Uya, сдвинутых по фазе на 1Г/2 и определяющих положение

45 центра моделируемой окружности (фиг.2).

Приближенное моделирование широкого класса нелинейных зависимостей осуществляется путем кусочно-нели50 нейной аппроксимации их дугами указанных центральных кривых. Число участков аппроксимации определяется заданной величиной методической погрешности функционального преобg5 разования. Параметры настроЙки функционального преобразователя на каждом участке находятся в результате решения задачи аппроксимации, в которойаппроксимирующим выраже6 нием является уравнение эллипса указанного вида. Это уравнение можно записать в следующем виде, удоб ном для аппроксимации:

ПФ

Х YO- Ь U+ Х Х

=U .+, U - — д2- ;U .-U ) (2) с.

934502

С помощью уравнения (2) и уравнения (если функция задана аналитически) или таблицы значений (если функция задана численно) аппроксимируемой функции составляется система уравнений по одному из известных математических методов, например. по методу наименьших квадратов. Полученная система уравнений решается относительно параметров аппроксимирующего эллипса: По, U(, U», U 0 . Решение указанной системы уравнений осуществляется для каждого участка аппроксимации. При этом величина каждого из участков, на которые разбивается аппроксимируемая кривая, выбирается из условия выравнивания максимальной IIoгрешности аппроксимации по всем интервалам.

Воспроизведение функции осуществляется следующим образом.

Напряжение () с выхода генератора 1 синусоидального напряжения поступает на входы блока 2 преобразования напряжения в фазу, Фазовращателя 3, модулятора 4, блока 7 с управляемой проводимостью и первый вход блока 10 сравнения. Напряжение с выхода фазовращателя 3, сдвинутое по фазе на Ж/7 относительно напряжения U> 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

U, поступает на первый вход сумма" тора 9. Напряжение на выходе бло. ка 7 с управляемой проводимостью совпадает по Фазе с напряжением

U и поступает на третий вход сумг матора 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. Число пороговых элементов в блоке 14 должно быть больше или равно числу участков кусочно-нелинейной аппроксимации. Экниналентное сопротивление соответствующего

65 ных элементов, функциональный преблока 5 — 8 с управляемой проводимостью на каждом участке аппроксимацки должно быть подобрано таким образом, чтобы обеспечить установку по второму входу сумматора 9 спряжения, равного по величине (), по третьему - U»« по четвертому — Оу..

На первый вход сумматора 9 поступает напряжение с выхода амплитудного модулятора 4, на информационный

10 вход которого подается напряжение с выхода генератора 1 синусоидального напряжения, а на управляющий напряжение с выхода блока 11 сравнения. На один из нходон блока 11 !

5 сравнения поступает напряжение с выхода амплитудного модулятора 4 через линейный ныпрямитель 12 и фильтр 13 нижних частот, а на другой — напряжение входного сигнала.

20 При равенстве указанных напряжений на выходе амплитудного модулятора 4 устанавливается синусоидальное напряжение О», пропорциональное по величине входному сигналу. На выходе сумматора 9 формируется цапряжеу Х + Uyо + Ug U имею щее, в общем случае, произвольную величину и фазу. Напряжение U подается на второй вход блока 10 .сравнения. Если разница фаз напряжения U> и напряжения генератора 1 синусоидалъного напряжения равна F/2, то сигнал на ныходе блока 10 сравнения равен нулю. В случае отклонения Разности фаз этих,напряжений от.7i/2 на выходе блока 10 сравнения появляется сигнал рассогласования, который подается на упранЛяющий вход блока 2 преобразования на40 пряжения в Фазу. В результате этого напряжение U< на выходе блока 2 преобразования напряжения н фазу изменяет свою фазу таким образом, что разность фаз напряжений ц4 и устананлинается равной Я/2. При т этом на выходе сумматора 9 устанавливается напряжение П с фазой — Г/2 относительно напряжения

При изменении н определенных пределах входного сигнала конец вектора

5() напряжения U будет описывать дугу окружности с радиусом, равным величине этого напряжения. Напряжение

Uy, пропорциональное ординате окружности, поступает через блок 8 с

55 управляемой проводимостью на нход блока 15 масштабного преобразования. Напряжение на выходе блока 15 равно О = К U и пропорционально (А Y по величине ординате воспронзноди60 мого эллипса.

При изменении входного сигнала от нуля до уставки срабатывания перногО порогового элемента U», входящего н состав блока 14 порого934502 обраэователь настроен на параметры аппроксимации Ugq g ()хо Ufg„ 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

U z, U „о, U о,, соответствующие 10 второму участку кусочно-нелинейной аппроксимации (фиг.2). При этом точность срабатывания пороговых элементов не имеет особого значения, так как дуги эллипсов на границах 15 интервалов перекрывают друг друГа.

Предлагаемый функциональный преобразователь позволяет без измене- 20 ния схемы реализовать обратное функциональное преобразование.

Этот вывод следует из уравнения (1), которое является обратимым

U>(= — — -/(К Ц ) — (U() (3)

Полученное уравнение (3) дает алгоритм о брат ного функционального $0 преобразования. Отличие от прямого преобразования состоит в изменении на постоянную величину К напряже— ния, модеЛирующего радиус окружности (это сводится к изменению настройки блока 5 с управляемой проводимостью), изменении коэффициента аффинного подобия на обратную ве1 личину —.— (это достигается изме А 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 U< и Б, что о достигается изменением настройки блоков б и 7 с управляемой проводимостью. Кроме этого изменяется 50 также настройка пороговых элементов блока 14, которые настраиваются теперь по диапазону изменения

/ величины напряжения

Таким образом, предлагаемый функ. циональный преобразователь обеспечивает решение более широкого круга задач, чем известный. Он позволя — ет осуществлять кусочно-нелинейную 60 аппроксимацию нелинейных зависимостей дугами центральных кривых второгo порядка, что позволяет существенно уменьшить методическую погрешность при воспроизведении кривых, описывающих форму круглых эллиптических деталей с применяющимся профилем, в станках с программным управлейием, Формула изобретения

Функциональный 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 синусоидального напряжения, о т л и ч а ю шийся 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 — co 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 — c 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 каж934502

lU дого иэ четырех блоков с управляемой проводимостью.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке В 2828251/24 кл. G 06 G 7/26, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР м488224,кл. С 06 С 7/26,2975 (пртотип) °

934502

Составитель Н.Балабошко

Редактор А.Власенко Техред M.Tenep Корректор Н.Стец

Заказ 3933/46 Тираж 7 31 П здписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4