RU2795450C1 - Ternary logic automaton and method of its application for controlling units of a technical system - Google Patents
Ternary logic automaton and method of its application for controlling units of a technical system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2795450C1 RU2795450C1 RU2022130038A RU2022130038A RU2795450C1 RU 2795450 C1 RU2795450 C1 RU 2795450C1 RU 2022130038 A RU2022130038 A RU 2022130038A RU 2022130038 A RU2022130038 A RU 2022130038A RU 2795450 C1 RU2795450 C1 RU 2795450C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- atl
- output
- logical
- signal
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000844 transformation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано во встроенных устройствах систем управления.The invention relates to analog computing and can be used in embedded devices of control systems.
В известных устройствах [1-4] аппарат троичной логики используется для логической обработки состояний дискретной математической модели. Такие вычисления не связаны напрямую с физическим содержанием решаемой задачи, что приводит к необходимости большого количества аппаратных цифро-аналоговых преобразований, снижает динамику и повышает сложность системы управления.In known devices [1-4], the apparatus of ternary logic is used for logical processing of the states of a discrete mathematical model. Such calculations are not directly related to the physical content of the problem being solved, which leads to the need for a large number of hardware digital-to-analog conversions, reduces the dynamics and increases the complexity of the control system.
В аналоговых процессорах происходит непосредственный синтез аналоговых сигналов управления, что позволяет встраивать их в агрегаты технических систем без дополнительных преобразований сигналов.In analog processors, direct synthesis of analog control signals takes place, which allows them to be integrated into units of technical systems without additional signal conversions.
В известных аналоговых триггерах [5, 6], выходной аналоговый сигнал управления формируется и запоминается по максимальному значению входящего аналогового сигнала в непрерывном числовом диапазоне от нуля до единицы, включая произвольное дробное значение. Функционирование аналогового триггера описывается следующей системой уравнений: P(t)=max(S(t-1),1-Q(t-1)), Q(t)=max(R(t-1),1-P(t-1)), где t - текущий момент дискретного времени, (t-1) - предыдущий момент дискретного времени, S(t) - контролируемый сигнал, R(t) - сигнал сброса, P(t) - основной выходной сигнал, Q(t) - инверсный выходной сигнал.In known analog flip-flops [5, 6], the output analog control signal is formed and stored according to the maximum value of the incoming analog signal in a continuous numerical range from zero to one, including an arbitrary fractional value. The functioning of the analog trigger is described by the following system of equations: P(t)=max(S(t-1),1-Q(t-1)), Q(t)=max(R(t-1),1-P( t-1)), where t is the current moment of discrete time, (t-1) is the previous moment of discrete time, S(t) is the controlled signal, R(t) is the reset signal, P(t) is the main output signal, Q(t) - inverted output signal.
Недостатком устройств является ограничение максимального периода запоминания сигнала интервалом подачи импульсов управления (синхронизации), поэтому устройство требует периодического сравнения сигналов с пилообразным напряжением. Работа устройства не связана с логикой подключения агрегатов, поэтому оно не приспособлено к анализу последовательных состояний технической системы.The disadvantage of the devices is the limitation of the maximum signal storage period by the interval for supplying control pulses (synchronization), so the device requires periodic comparison of signals with a sawtooth voltage. The operation of the device is not related to the logic of connecting units, therefore it is not adapted to the analysis of successive states of a technical system.
Рассмотренный в [7] континуальный процессор наиболее близко соответствует уровню изобретения и выбран в качестве прототипа. Особенностью его работы является возможность многостороннего анализа состояний сигналов, влияющих на режимы работы агрегата. Континуальный процессор (КП) формирует составной аналогово-логический сигнал, определяющий бинарную функцию подключения агрегата к технической системе и аналоговую функцию управления режимом работы агрегата. Его входные сигналы передают значения параметров и состояния технической системы, влияющие на работу агрегата. На базе континуальных процессоров строится комбинационная аналоговая логика управления агрегатами технической системы [8]. Недостатком КП является невозможность решения задач сопоставления событий в системе по принципу «раньше-позже», что ограничивает применимость континуальных процессоров в аппаратных алгоритмах управления.The continuum processor considered in [7] most closely corresponds to the level of the invention and was chosen as a prototype. A feature of its operation is the possibility of a multilateral analysis of the states of signals that affect the operating modes of the unit. The continuum processor (CP) generates a composite analog-logic signal that determines the binary function for connecting the unit to the technical system and the analog function for controlling the unit's operating mode. Its input signals transmit the values of the parameters and the state of the technical system that affect the operation of the unit. On the basis of continuum processors, a combinational analog logic for controlling the units of a technical system is built [8]. The disadvantage of the CP is the impossibility of solving the problems of matching events in the system according to the “earlier-later” principle, which limits the applicability of continuum processors in hardware control algorithms.
Целью изобретения является создание аппаратных алгоритмов управления последовательностями выполнения процессов в технической системе. Разработанное решение технической задачи использует понятия троичной логики для определения состояний процесса в аналоговых вычислительных сетях.The purpose of the invention is the creation of hardware algorithms for controlling the sequences of execution of processes in a technical system. The developed solution of the technical problem uses the concepts of ternary logic to determine the states of the process in analog computer networks.
Техническим результатом изобретения является расширение возможностей аналоговых процессоров в области алгоритмического управления процессами обработки аналоговых сигналов.The technical result of the invention is to expand the capabilities of analog processors in the field of algorithmic control of analog signal processing processes.
Поставленная цель в автомате троичной логики (АТЛ) (Фиг. 1) достигается тем, что для управления последовательностями подключения сигналов управления агрегатами используют КП 1, три логических элемента (ЛЭ) 2И 2,3,4, два логических ЛЭ 2ИЛИ 5,6, ЛЭ НЕ 7, два ЛЭ 2И-НЕ 8,9, первый вход 10 АТЛ подключен к функциональному входу 11 КП 1, второй вход 12 АТЛ подключен к первому логическому входу 13 КП 1, третий вход 14 АТЛ подключен к первому входу 15 первого ЛЭ 2И 2, первый выход 16 АТЛ подключен к функциональному выходу 17 КП 1, второй выход 18 АТЛ подключен к выходу 19 первого ЛЭ 2И 2 и к первому входу 20 первого ЛЭ 2ИЛИ 5, третий выход 21 АТЛ подключен к логическому выходу 22 КП 1 и ко второму входу 23 первого ЛЭ 2ИЛИ 5, к выходу второго ЛЭ 2И 3 подключены первый вход 24 второго ЛЭ 2ИЛИ 6 и вход ЛЭ НЕ 7, четвертый выход 25 АТЛ подключен к выходу ЛЭ НЕ 7, к первому входу 26 третьего ЛЭ 2И 4 и к первому входу 27 второго ЛЭ 2И-НЕ 9, инверсный логический выход 28 КП 1 подключен к первому входу 29 первого ЛЭ 2И-НЕ 8, к первому входу 30 второго ЛЭ 2И 3 и ко второму входу 31 третьего ЛЭ 2И 4, выход первого ЛЭ 2ИЛИ 5 подключен ко второму входу 32 первого ЛЭ 2И-НЕ 8 и ко второму входу 33 второго ЛЭ 2ИЛИ 6, выход первого ЛЭ 2И-НЕ 8 подключен ко второму логическому входу 34 КП 1, выход третьего ЛЭ 2И 4 подключен ко второму входу 35 первого ЛЭ 2И 2, выход второго ЛЭ 2ИЛИ 6 подключен ко второму входу 36 ЛЭ 2И-НЕ 9, выход второго ЛЭ 2И-НЕ 9 подключен ко второму входу 37 второго ЛЭ 2И 3.The set goal in the ternary logic machine (ATL) (Fig. 1) is achieved by the fact that to control the sequences of connecting control signals of the units,
Поставленная цель в способе управления сигналами в цепочке, состоящей из N>1 АТЛ 40 и подключенных к ним агрегатов А1,…,АN, достигается тем, что (фиг. 2) на третий вход 14 первого АТЛ 40 цепочки до начала работы с резистора 38 подают нулевое блокирующее напряжение, вначале работы ключом 39 замыкают цепь подачи на третий вход 14 первого АТЛ 40 напряжения логической единицы v14, для подключения i-го агрегата (i изменяется от 1 до N) на первый вход 10 i-го АТЛ 40 подают сигнал управления ui(t), на логический вход 12 первого АТЛ 40 цепочки подают логический сигнал v1(t) подтверждения передачи сигнала управления u1(t), с первого выхода 16 каждого i-го АТЛ 40 цепочки на i-й агрегат Аi подают сигнал управления ui(t), с третьего выхода 21 i-го АТЛ 40 цепочки на i-й агрегат Аi подают логический сигнал разблокировки vi(t), сигнал со второго выхода 18 i-1-го АТЛ 40 передают на первый вход i-й логической схемы 2И 41, на второй вход i-го ЛЭ 2И 41 подают сигнал vi(t) подтверждения передачи сигнала управления ui(t), с выхода i-го ЛЭ 2И 41 подают сигнал на логический вход 12 i-го АТЛ 40, с четвертого выхода 25 i-1-го АТЛ 40 на третий вход 14 i-го АТЛ 40 подают логический сигнал, второй 18 и четвертый 25 выходы N-го АТЛ не задействованы.The goal in the method of controlling signals in a chain consisting of N>1
Рассмотрим работу АТЛ. Его базовым элементом является КП, на функциональный вход 11 которого с входа АТЛ 10 подается аналоговый сигнал управления агрегатом u10(t). Сигнал управления передается на агрегат через замкнутый ключ КП 1 на выход 17 при условии одновременной подачи на логические входы 13 и 34 логической единицы:Consider the work of ATL. Its basic element is a gearbox, to the
где - аналоговые сигналы на функциональном входе 11 и выходе 17 КП 1, - сигналы на логических входах 13 и 34, - сигналы на логических выходах 22 и 28.Where - analog signals at
Далее обозначим логические сигналы АТЛ индексами, соответствующими номерам выводов элементов на фиг. 1: .Next, we denote the ATL logical signals by indices corresponding to the pin numbers of the elements in Fig. 1: .
Сигнал v14=0 в начальном состоянии АТЛ. При включении ему устанавливается значение v14=1.Signal v 14 =0 in the initial state ATL. When enabled, it is set to v 14 =1.
Входной алфавит АТЛ определяется значениями сигнала v12={0,1}. Граф переходов состояний АТЛ изображен на фиг. 3.The input alphabet ATL is determined by the values of the signal v 12 ={0,1}. The ATL state transition graph is shown in Fig. 3.
Начальное состояние АТЛ S0 является неустойчивым, соответствует нулевым значениям на логических выходах 18, 21, 25. Оно устанавливается вначале работы АТЛ подачей на вход 14 сигнала . Из S0 происходит переход в состояние S1, соответствующее значениям сигналов на выходах: и автомат ждет появления входящего сигнала v12, сигнализирующего о подаче на функциональный вход аналогового сигнала u10(t). Этому переходу соответствует конъюнкция сигналов . С учетом запишем:The initial state of the ATL S 0 is unstable, corresponds to zero values at the
Состояние S1 не изменяется до прихода активирующего сигнала , т.е. до тех пор, пока . Это состояние не должно зависеть от состояния на выходе 18. Оно определит конъюнкцию или . Следовательно, на входе 24 второго ЛЭ 2И 3 будет функцияState S 1 does not change until the arrival of an activating signal , i.e. until . This state must not depend on the state at
Выполним эквивалентные преобразования выражения (3) и, учитывая, что на инверсном выходе 28 КП будет сигнал , а , получим формулу:Let's perform equivalent transformations of expression (3) and, given that the
подтверждающую справедливость работы схемы для состояния S1.confirming the validity of the scheme for the state S 1 .
В состояние S2 АТЛ переходит из состояния S1, когда приходит сигнал активации , при этом . Состояние S2 не изменяется до тех пор, пока , при этом . Следовательно, на выходе 21 будет функцияATL moves to state S 2 from state S 1 when an activation signal arrives , wherein . The state of S 2 does not change until , wherein . Therefore, the
Выполним эквивалентные преобразования выражения (5).Let us perform equivalent transformations of expression (5).
В состояние S3 АТЛ переходит из состояния S2, когда сигналы . Следовательно, на выходе 18 будет функцияIn state S 3 ATL passes from state S 2 when the signals . Therefore, the
После завершения передачи сигналов на логический вход 12 АТЛ переходит в режим ожидания сброса в независимости от прихода сигналов на входы 10 и 12. При этом функциональный сигнал u10(t) не передается агрегату, а в систему передается логический сигнал , сообщающий о блокировке.After the transmission of signals to
Выражения (4), (6), (7) составляют систему уравнений для определения сигналов на выходах 18, 21, 24 и определяют структуру АТЛ, показанную на фиг.1.Expressions (4), (6), (7) constitute a system of equations for determining the signals at the
АТЛ является аналоговым устройством, которое может находиться в одном из трех устойчивых состояний:ATL is an analog device that can be in one of three stable states:
А) Агрегат не подключался к системе. Сигналы на выходах .A) The unit has not been connected to the system. Output signals .
Б) Агрегат подключен к системе и ему передается через замкнутый ключ КП 1 аналоговый сигнал управления u10(t). Сигналы на выходах .B) The unit is connected to the system and an analog control signal u 10 (t) is transmitted to it through the closed
В) Агрегат подключался к системе и после этого отключен. Сигналы на выходах .C) The unit was connected to the system and then disconnected. Output signals .
На фиг.4 показан пример соединения двух АТЛ, последовательно подключающих агрегаты А1 и А2. На входы 10 поступают аналоговые сигналы u1(t) и u2(t). Логические сигналы v1 и v2, подтверждают поступление аналоговых сигналов. Первый АТЛ 40 посылает сигнал разблокировки с выхода 18 через ЛЭ И 41. Условием подключения второго агрегата является: и передача из АТЛ 40 сигнала . Таким образом, агрегат А2 сможет работать только после завершения работы агрегата А1.Figure 4 shows an example of the connection of two ATL, connecting units A1 and A2 in series. The
В отличие от известных подходов в данном случае в троичную логику кроме математических преобразований вносится физический смысл оценки изменения состояний технической системы, которое позволяет патентуемому устройству без дополнительной логической обработки формировать и передавать агрегатам аналоговые сигналы управления, соблюдая очередность подключения. АТЛ можно соединять цепочки. При этом происходит последовательное подключение прикрепленных к АТЛ агрегатов.In contrast to the known approaches, in this case, in addition to mathematical transformations, the physical meaning of estimating the change in the states of the technical system is introduced into the ternary logic, which allows the patented device to form and transmit analog control signals to the units without additional logical processing, observing the order of connection. ATL can connect chains. In this case, the units attached to the ATL are connected in series.
Благодаря унификации и простоте схемы АТЛ могут найти применение в качестве встроенных устройств управления агрегатами технических систем.Due to the unification and simplicity of ATL circuits, they can be used as built-in control devices for units of technical systems.
Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемое устройство и способ обеспечивают по сравнению с прототипом заявленные преимущества.The above information allows us to conclude that the proposed device and method provide the claimed advantages in comparison with the prototype.
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями существенных признаков, тождественными всем признакам заявленного способа и устройства, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного изобретения условию патентоспособности "новизна".The analysis of the prior art carried out by the applicant made it possible to establish that there are no analogues characterized by sets of essential features identical to all the features of the claimed method and device, which indicates that the claimed invention complies with the patentability condition "novelty".
Предложенное устройство и способ являются промышленно применимыми к существующим техническим средствам и соответствуют критерию «изобретательский уровень», так как они явным образом не следуют из уровня техники.The proposed device and method are industrially applicable to existing technical means and meet the criterion of "inventive step", since they do not explicitly follow from the prior art.
Следовательно, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.Therefore, the proposed technical solution meets the established conditions for the patentability of the invention.
1. Патент RU 2394366 Пороговый элемент троичной логики и устройства на его основе. Маслов С. П., 28.05.2009, Опубликовано: 10.07.2010 Бюл. № 191. Patent RU 2394366 Threshold element of ternary logic and devices based on it. Maslov S.P., 05/28/2009, Published: 07/10/2010 Bull. No. 19
2. Патент RU 2388111 Элемент троичной логики. Витухновский А.Г., 25.03.2009, Опубликовано: 27.04.2010 Бюл. № 122. Patent RU 2388111 Ternary logic element. Vitukhnovsky A.G., 03/25/2009, Published: 04/27/2010 Bull. No. 12
3. Патент RU 2616887 Троичный полный последовательный сумматор (варианты). Маслов С. П., 22.04.2016, Опубликовано: 18.04.2017 Бюл. № 113. Patent RU 2616887 Ternary full sequential adder (options). Maslov S. P., 04/22/2016, Published: 04/18/2017 Bull. No. 11
4. Патент RU 2481701 Троичный к-моп-с логический элемент "не". Мурашёв В. Н., Забеднов П. В. .07.2011, Опубликовано: 10.05.2013 Бюл. № 134. Patent RU 2481701 Ternary k-mop-s logic element "not". Murashev V. N., Zabednov P. V. 07.2011, Published: 10.05.2013 Bull. No. 13
5. Патент RU 2223595 C2, МПК Н03К 3/037 (2000.01), Аналоговый триггер. Кузнецов Б.П., 04.03.2002, Опубликовано: 10.02.2004 Бюл. № 45. Patent RU 2223595 C2,
6. Патент RU 2229195 C2, МПК Н03К 3/37 (2000.01), Аналоговый триггер. Кузнецов Б.П., 06.06.2022, Опубликовано: 20.05.2004 Бюл. № 146. Patent RU 2229195 C2,
7. Патент № 2739723 Российская Федерация, МПК G06G 7/00 (2006.01), G06F 7/00 (2006.01). Континуальный процессор: № 2020131605: заявл. 25.09.2020: опубл. 28.12.2020 Бюл. № 1 / Дембицкий Н.Л.; заявитель МАИ(НИУ). - 4 с.7. Patent No. 2739723 Russian Federation,
8. Дембицкий Н.Л. Аналоговые процессоры М.: МАИ, 2018, 175 с., ил.8. Dembitsky N.L. Analog processors M.: MAI, 2018, 175 p., ill.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2795450C1 true RU2795450C1 (en) | 2023-05-03 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1262694A1 (en) * | 1984-12-12 | 1986-10-07 | Кировский Политехнический Институт | Ternary logic element |
US4857768A (en) * | 1988-04-27 | 1989-08-15 | Sun Microsystems, Inc. | Triple rail logic gate |
US5610537A (en) * | 1994-12-02 | 1997-03-11 | Texas Instruments Incorporated | Trinary logic input gate |
RU2618901C1 (en) * | 2016-06-17 | 2017-05-11 | Сергей Петрович Маслов | Threshold element of the ternary logic on current mirrors |
RU2739723C1 (en) * | 2020-09-25 | 2020-12-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Continual processor |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1262694A1 (en) * | 1984-12-12 | 1986-10-07 | Кировский Политехнический Институт | Ternary logic element |
US4857768A (en) * | 1988-04-27 | 1989-08-15 | Sun Microsystems, Inc. | Triple rail logic gate |
US5610537A (en) * | 1994-12-02 | 1997-03-11 | Texas Instruments Incorporated | Trinary logic input gate |
RU2618901C1 (en) * | 2016-06-17 | 2017-05-11 | Сергей Петрович Маслов | Threshold element of the ternary logic on current mirrors |
RU2739723C1 (en) * | 2020-09-25 | 2020-12-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Continual processor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Moreira et al. | Canalizing kauffman networks: Nonergodicity and its effect on their critical behavior | |
US10282660B2 (en) | Simultaneous latency and rate coding for automatic error correction | |
US20150066826A1 (en) | Methods and apparatus for implementing a breakpoint determination unit in an artificial nervous system | |
RU2795450C1 (en) | Ternary logic automaton and method of its application for controlling units of a technical system | |
US12056463B2 (en) | Optimization apparatus and method of controlling optimization apparatus | |
WO2020077215A1 (en) | Temporal coding in leaky spiking neural networks | |
Kannapan et al. | Synchronization in pulse-coupled oscillators with delayed excitatory/inhibitory coupling | |
US12050982B1 (en) | Delay spiking neural networks | |
US20230093115A1 (en) | Spiking neuron circuits and methods | |
Dembitsky | Analog self-learning automata of radio engineering devices based on cyber-physical networks | |
RU2626345C1 (en) | Logical calculator | |
RU2483356C1 (en) | Method for intelligent information processing in neural network | |
US6882695B1 (en) | Data transmission line used continuously connected in plurality of stages in asynchronous system | |
RU2625937C1 (en) | Device for selecting the solution in the fuzzy situation | |
US11385673B1 (en) | Digital data processing circuitry | |
Yang et al. | LSTM-RNN based analog IC automated sizing model for operational amplifier and VCO | |
RU2739723C1 (en) | Continual processor | |
RU2836598C1 (en) | Modified intelligent controller with adaptive critic | |
US20230100670A1 (en) | Spiking neuron circuits and methods | |
US20150278684A1 (en) | Time synchronization of spiking neuron models on multiple nodes | |
Rothkegel et al. | 23 Initiation and Termination of Seizure-Like Activity in Small-World Neural Networks | |
Liu et al. | Exponential synchronization of general chaotic delayed neural networks via hybrid feedback | |
RU2523218C1 (en) | Modified intelligent controller with adaptive critic | |
US20250238717A1 (en) | Systems and Methods for Probabilistic Representation-Based Machine Learning | |
RU2505850C2 (en) | Methods of performing elementary computational operations and apparatus for realising said methods |