SU674045A1 - Функциональный преобразователь - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области аналоговой и аналого-вычислительной техники. Известен функциональный преобразователь, содержащий блоки аналого-цифрового и цифроаналогового преобразовани , дешифратор, логит ческий блок, операционные усилители, блок выбора максимума, потенциометры, суммирующий операционный усилитель. Его недостатком  вл етс  значительный объем оборудовани  1, Наиболее близким техническим решением  вл етс  функциональный преобразователь, содер жащий инвертор, вход которого  вл етс  входом функционального преобразоватзл , операционный усилитель, выход которого  вл етс  вь ходом функционального преобразовател , блок аналого-цифрового преобразовани , вход которого соединен со входом инвертора, дешифратор , входы которого подключены к выходам ,блока аналого-цифрового преобразовани , п клю чей, выходы которых подключены ко входу опе рационного усилител , а управл ющие вхОДы - к соответствующим выходам дешифратора 2J. Недостатками такого устройства  вл ютс  сложность схемы и сложность настройки на воспроизведетше заданной непрфывной функции . Целью изобретени   вл етс  упрощение структуры и процедуры настройки на востфоизведение заданной функции. Дл  достижени : поставленной цели предложенньп функциональный преобразователь содержит п аппроксимирующих элементов, каждый из которых, кроме первого, реализован на четьн рех потенциометрах и четырех масштабных резисторах , которые соединены в звезду, подключенную входами к подвижным контактам потенциометров ,а узлом к информационному входу соответствующего ключа, первый и второй поте щиометры включены между входом и выходом инвертора, а третий и четвертый потенциометры между шинами положительного и отрицательного опорных напр жений, первый аппроксимирующий элемент выполнен на трех потенциометрах и трех масштабных резисторах, которые соединены в звезду, подключенную входами к подвижным контактам тютенциометров, а узлом к информационному входу первого ключа, первый и второй потенциометры первого аппроксимирующего

элемента включены между входом и выходом инвертора, а третий потенциометр - между тинами положительного и Отрицательного напр жений , подвижные контакты второго и четвертого потенциометров каждого предыдущего по номеру аппроксимирующего элемента, кроме первого , соединены механически с подвижными .контактами первого и третьего потенциометров следующего по номеру аппроксимирующего элемента , подвижный контакт второго потенциометра первого аппроксимирующего элемента соединен механической св зью с подвижными контактами первого и третьего потенциометров второго аппроксимирующего элемента, подвижные контакты первого и третьего потенцио1у1етров первого аппроксимирующего элемента соединены механически , подвижные контакты третьего и четвертого потенциометров п-го аппроксимирующего элемента соединены меха1шчески.

На фиг, 1 приведена блок-схема функционального преобразовател . На фиг. 2 представлен график его работы.

Функциональный преобразователь содержит инвертор 1, блок 2 аналого-цифрового преобразовани , децшфратор 3, п ключей 4, -4, операцион1гый усилитель 5, п аттроксимирующих элементов 6,-6,, в состав каждого из которых кроме первого, вход т первый 7, второй 8, третий 9, четвертый 10 потенциометры и масщтабные резисторы 11-14.

Функциональный преобразователь работает слег ующим образом,

Потешщометры в аппроксимирующих элементах 6)-6f, включены таким образом, что при Перемещении подвижного контакта потенциометра одного из аппроксимирующих элементов в одном направлении (например, в сторону щины X) механически св заиньй с ним подвижный контакт потенциометра зтого же элемента перемещаетс  в ту же сторону (в сторону щины положителького опорного напр жени ), а св занные с ним подвижные контакты поте1щиометров соседаего аппроксимирующего элемента перемещаютс  в противоположную сторону (в CTOpoiry щины X и шины отрицательного опорного напр же1а1 ),

Пусть требуетс  преобразовать входное напр жение X устройства в выходное нaпp жe шe у согласно непрерьтной нелинейной функционалной эависимостп у f (х), 0 х х, 0 у у (фиг,2), Допустим, что «пгсло k двоичных выход ных разр дов блока 2 аналого-цифрового преобразовани  равно двум. Разобьем отрезок (0,x, на котором определена фушсци , на 0 2 промежутков (на фиг, 2 п 2 4, дн   сности изложени  промежутки прин ты равными). Обозначим длину промежутка, равную , через h.

Проведем кусочно-линейную аппроксимацию функции f(x), располага  узлы аппроксимации в точках X i h; j 0,1, ,,., n.

Аппроксимирующую функцию обозначим через ((х); Ц (ih) ; .,

Элементом регулировки в предлагаемом функциональном преобразователе  вл етс  пакет механически св занных между собой подвижных контактов потенциометров аппроксимирующих элементов 6i-6f,.

Число элементов регулировки равно п + 1, т.е. числу узлов аппроксимации, Каждаш i-й элемент регулировки смещаетс  при настройке схемы на величину ft , пропорциональную величине yj (направление смещени  огфедел етс  знаком V} ,

При ( i-1)h X ih (на i-м участке аппроксимации ) схема обеспечивает реализацию линейной интерпол ции между значени ми y;.i и у; , т.е,

У - y;.j

x-(i-f).h. (i)

у(х).у..Рассмотрим принцип реализации схемой формулы (1),

Отметим, что изменение величины извлечет за собой изменение крутизны одного (при , i п) или двух (во всех остальных случа х) участков аппроксимации. Если при этом измен етс  крутизна двух участков, знаки ее приращений всегда различны.

Таким образом, каждый элемент регулировки должен измен ть крутизну двух соседних участков аппроксимации (кроме первого и последнего элементов), С другой стороны, крутизна 1-го участка аппроксимации определ етс  двум  величинами: у{. и у; , Следовательно, установка крутизны каждого участка-должна осущесвл тьс  с помощью двух элементов регулировки . При этом увеличение у; приводит к уменьщению крутизны )-го участка, а увеличение у- к ее увеличению.

Формула (1) линейной интерпол ции на i-м участке может быть записана в виде:

v,.

(2)

yw yi-,i-yf(i-)-yHh

где первое и второе слагаемое пропорциональны только величинам у;.| и у) соответственно, а третье и четвертое - произведени м yj.j и X У , причем коэффициенты пропорциональнос , ти только первых двух слагаемых завис т от номера участка аппроксимации.

В предлагаемом устройстве i-й участок агь проксимации (кроме первого) воспроизводитс  как сумма 4-х слагаемых, моделирующих слагаемые формулы (2), Дл  воспроизведени  первого участка оказьтаетс  достаточным трех слагаемых . Слагаемое, пропорциональное только величине у| , здесь отсутствует; из (2) видно, что его коэффициент пропорциональности при i 1 равен нулю.

Переключение аппроксимируюищх элементов 6, -6„ при изменении входного напр жени  осуществл етс  блоком 2 аналого-цифрового преобразовани , который измен ет свою выходную кодовую комбинацию в моменты, когда напр жение х достигает уровней ih ( i 1, 2, ..., ). В исходном состо нии (при X 0) на выходе блока 2 присутствует нулева  кодова  комбинаци , при этом возбуждена соответствующа  шина дешифратора 3, соединенна  с управл ющи входом ключа 4i, Таким образом, в исходном СОСТОЯНИЙ схемы открыт только ключ 4,. При дюбом значении напр жени  х возбуждена только одна выходна  щина дешифратора 3 и, следовательно , всегда открыт только один из ключей 41-4„ . Шину дешифратора, возбужденную при ( i 1)h X ih, т„е. на i-м участке аппроксимации , будем называть i-й шиной, а соответствующий ей ключ - i-M ключом. Через ключ 4 и масштабные резисторы 1 i - I4j ко входу операционного усилител  5 подключаютс  годвижные контакты потенциометров 71 10 i , i-ro аппроксимирующего элемента 6 Подвижные контакты потенциометров } и 9; принадлежат ( 1-1)-му элементу регули .ровки и-смещены на величину, пропорциональную У;-1 . а подвижные контакты потенциометров 8j и lOj принадлежат i-му элементу регулировки и смещены на , пропорциональную у| , Следовательно, на выходе операционного усилител  5 будет напр жение

.,,(- -SiXy,- з;

Знак и величина коэффициентов а if (j 1-4) определ ютс  сопротивлени ми масштабных резисторов Hi -14f , коэффициентом передачи операционного усилител  5 и направлением смешени  подвижных контактов потенциометров 7i -lOj .

Формула (3) с точностью до коэффициентов совпадает с формулой (2) линейной интерпол ции . Должным выбором масщтабных резисторов при описанном выше включении потенциометров и механическом объединении их подвижных кон тактов можно обеспечить пропорциональность соответствующих коэффшщентов формул (2) и (3), т.е. воспроизводить функцию в том или ином маскцтабе.

Настройка функционального преобразовател  производитс  следующим образом. Вначале все движки элементов регулировки установлены в среднее положение. В этоМ случае при любом значении х на информационные входы ключей 4i-4n подаетс  нулевое напр жение и функхдаональньш преобразователь настроен на воспроизведение функции у 0. Далее с помощью нулевого элемента регулировки (потенциометры 7i, 91)устанавливаетс  значение уо. Параметры схемы выбраны так, что гфи входном напр жении X, близком к величине h (но при котором на ВЕ 1Ходе блока 2 еще сохран етс  нулева  кодоШ1Я комбинаци ), на информационный вход клюи 4,, и следовательно и на выход устройства, подаетс  практически равное нулю напр жение. При этом устройством воспроизводитс  линейньда участок (показан на фиг.2 штрих-пунктиром), начинающийс  в точке (О, Уо) и акаичивающийс  в точке ( h, 0).

Далее, подав на вход устройства напр жение X h, при котором код на выходе б ока 2 соответствует кодовой комбинаоди, открьгоающей ключ 4, с помощью первого элемента регулировки (потеншгометры HI, 7 к 92) устанавливают значе1ше У|. После такой настройки устройство воспроизводит линейный участок, начинающ 1Йс  в точке (О, Уо) и оканчивающийс  в точке (h,yi) (на фиг.2 показан пунктиром) и литейныйушсток,начинающийс  в точке (х,У)) и оканчивающийс  в точке (2h,0) (на фиг. 2 показан штрих-пунктиром). В воспроизведении первого участка участвуют первый и второй аппроксимирующие элементы 6j и 62, а его Kpjn-йзна задаетс  г отенциометром 81.

Аналогичным образом устанавливаютс  узловые точки следующих участков апцроксимаоди. Поскольку все исходные значени У{ О, установка велишны у. в любом следующем узле аппроксимации обеспечивает требуемую крутизну на i-м участке апфоксимаций и такую крутизну на (1 + )-м участке, что величина у. , О,

Последний п-й элемент регулировки (установка величины у„ ) содержит только два потенциометра , 10, так как он обеспечивает требующеес  начальное значение и крутизну только одного п-го участка аппроксимации. По той же причине только два потенциометра 7i и 9 содержит и нулевой элемент регулировки..

Первый элемент регулировки (установка величины У) со держит три потенциометра 81, 72, 92, так как он участвует в регулировке трех величин: крутизны первого и второго участков и начального значени  второго участка (при х h).

. Каждый из остальных элементов регулировки величины участвует в регулировке четырех величин - крутизны и начального значени  (i-1) го участка, крутизны и начального значени  (i-ro) участка и поэтому содержит четыре потенциометра Bj , lOj , 9in .

Claims (1)

1. Если требуетс  перестроить схему на воспро изведеШ е другой функции, отличающейс  от исходной только в одном -м узле аппроксима1ШИ , достаточно с помощью соответствующего элемента регулировки установить новое значение у. . Смеще ие подвижных контактов потенциометров обеспетат автоматическое  змеНегае крутизны (i-1)-ro и i-ro участков, так что воепроизводима  функци  останетс  непрерывной с прйктт й значеий миy-T.j , с новым значением vj , При этом пйГел, управлени  схемой может быть вытюлне на в виде Системы декартовых координат, на которой TtTocir fuM®| ймшЙШ даШжкй элёMe1it6B pWyjiHpoBkH , смещаемьш по оси ординат , преградуированной в единицах yV Упруга  нйть которой MOMiff сдёданит) Х1 1йжки, нагл д ЙЙ itpeftctaBHT реализуемую схемой кусочно-линейную аппроксимацию функции. Предложенное устройство, обНЩжйЙсравнении с известными более простой структурой и пртцедурой ее перестройки На воспрбизведёние другой функции, позвол ет существенн6 с6кратйтб затраты времени при работе с аппаратурой содержащей функциональные преобразбёатели, улучйтть ее технико-зкономйческие и эксплуатационные показатели. Формула изобретени . ЯГ ЧгЛа.;.--: --Функциональный преобразователь, содержаший инвертор, вход которого  вл етс  входом функционального преобразовател , операционны ycMHteib, выход которого  вл етс  выходом функционального преобразовател , блок аналого цифрового преобрЗзойгйи , вход которого соеди нён со входом инвертора, дешифратор, входы к торого подключены к выходам блока аналогоцифрового преобразовани , п ключей, в ьБГ6дь1 которых подключены ко В1х6ду оп(грацйо1шого , а управл ющие входы - к соответствующим выходам дешифратора, отличающий с  тем, что, с ЦеЛью упрощени  структуры и Процедуры настройки на воспроизведение заданной фуЖВДйГдЙ СОДёрШст п аппроксимируюиот элементов, каждый из ко орых кроме первого, выполнен на четырех потенциометрах и четырех масштабиых реэисторах, которые соединены в звезду, 1ЮЦклн)1|е1{11ук) входами к подвижным контактам Потенциометров, а узлом к ин({ ормационному входу соответствующего ключа, первый и второй потенциометры включены между входом ивыкодом инвертора, а третий и четвертый потёЖйШмёТрЬ -- между тинами положитёльногЬ йитрицательното опорных напр жений, первый аппроксимирующий элемент выполнен на трех потенциометрах и трех масштабных резисторах , которые соединены в зв:езду, подключенную входаШ к подвижным контактам потенциометров , а узлом к информационному входу первогоКлюча , первый и второй потенциометры первого аппрбКШмйруюШёгО элемента включены между входом и выходом инвертора, а третий потенциометр -- между Цшнами положительного и отрицательного напр жений, подвижные контакты второго и четвертого потенциометров каждого пр едыдущего по номеру аппроксимирующего элемента, кроме первого, соединены механичесКй с ПОДВИЖНЫМИ контактами первого и третьего потенциометров следующего по номеру аппроксимируюЩёго элемента, подвижный контакт. второгОп61еЩй5йёТра первого аппроксимирующего элемента механически соединен с подвижными контактами первого и третьего потенциометров второго аппроксимирующего элемента, подвижные КбНтаКть первого и третьего потешлиометjDOB первбкГаппроксимирующего элемента соединены механически, подвижные контакты третьего ичетвертого потенциометров п-го аппроксимирующего эНёмеНта соединены Механически. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Гинсбург с. А. и др. Функциональные преобразователи с аналого-цифровым представлением информации, М., Энерги , 1973, с. 44.2 .Авторское свидетельство СССР № 525125, кл. G 06 G 7/26, 1976,