Патент на изобретение №2292586

(54) РАНГОВЫЙ СЕЛЕКТОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров. Техническим результатом является повышение точности устройства. Устройство содержит n реляторов, каждый из которых состоит из замыкающего и размыкающего ключа, двух устройств выборки/хранения, элемента «MIN», элемента «МАХ», булевого инвертора. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров и др.

Известны ранговые селекторы (см., например, фиг.1 в описании изобретения к патенту РФ 2248042, кл. G 06 G 7/25, 2005 г.), которые содержат реляторы и выполняют селекцию из n+1 аналоговых сигналов x₁,…, x_n+1 сигнала x^(r) любого заданного ранга r{1,…, n+1}, x⁽¹⁾=min(х₁,…, х_n+1),…,х⁽ⁿ⁺¹⁾=max(x₁,…, x_n+1).

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных ранговых селекторов, относится низкая точность, обусловленная тем, что их максимальная погрешность определяется выражением =1,5n, где есть погрешность релятора.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятый за прототип ранговый селектор (фиг.1 в описании изобретения к патенту РФ 2240598, кл. G 06 G 7/25, 2004 г.), который содержит n реляторов и выполняет селекцию из n+1 аналоговых сигналов сигнала любого заданного ранга r{1,…, n+1}.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится низкая точность, обусловленная тем, что максимальная погрешность прототипа определяется выражением =(n+1), где есть погрешность релятора.

Техническим результатом изобретения является повышение точности при сохранении функциональных возможностей прототипа.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в ранговом селекторе, содержащем n реляторов, каждый из которых содержит объединенные выходами замыкающий и размыкающий ключи, два устройства выборки/хранения, элемент “MIN”, элемент “МАХ” и булевый инвертор, причем в каждом реляторе первый, второй входы и выход элемента “MIN” соединены соответственно с входом размыкающего ключа, выходом первого устройства выборки/хранения и входом замыкающего ключа, выход которого соединен с информационным входом второго устройства выборки/хранения, подключенного входом записи и выходом соответственно к входу булевого инвертора, второму управляющему входу релятора и первому входу элемента “МАХ”, второй вход и выход которого соединены соответственно с информационным входом первого устройства выборки/хранения, подключенного входом записи к выходу булевого инвертора, и выходом релятора, первый, второй информационные и первый управляющий входы которого соединены соответственно с первым входом элемента “MIN”, вторым входом элемента “МАХ” и входом управления замыкающего, размыкающего ключей, выход каждого предыдущего релятора подключен к второму информационному входу последующего релятора, особенность заключается в том, что выход n-го релятора является выходом рангового селектора, первый и второй настроечные входы которого образованы соответственно объединенными первыми и объединенными вторыми управляющими входами первого – n-го реляторов.

На фиг.1, 2 и 3 представлены соответственно схема предлагаемого рангового селектора, схема релятора, использованного при построении этого селектора, и временные диаграммы сигналов настройки.

Ранговый селектор содержит n реляторов 1₁,…, 1_n. Каждый релятор содержит замыкающий и размыкающий ключи 2₁ и 2₂, первое и второе устройства выборки/хранения 3₁ и 3₂, элемент “MIN” 4, элемент “МАХ” 5 и булевый инвертор 6, причем первый, второй входы и выход элемента 4 соединены соответственно с входом ключа 2₂, выходом устройства 3₁ и входом ключа 2₁, выход которого соединен с выходом ключа 2₂ и информационным входом устройства 3₂, подключенного входом записи и выходом соответственно к входу инвертора 6, второму управляющему входу релятора и первому входу элемента 5, второй вход и выход которого соединены соответственно с информационным входом устройства 3₁, подключенного входом записи к выходу инвертора 6, и выходом релятора, первый, второй информационные и первый управляющий входы которого соединены соответственно с первым входом элемента 4, вторым входом элемента 5 и входом управления ключей 2₁, 2₂. Выход каждого предыдущего релятора подключен к второму информационному входу последующего релятора, а выход релятора 1_n является выходом рангового селектора, первый и второй настроечные входы которого образованы соответственно объединенными первыми и объединенными вторыми управляющими входами реляторов 1₁,…, 1_n.

Работа предлагаемого рангового селектора осуществляется следующим образом. На первые информационные входы реляторов 1₁,…, 1_n подаются подлежащие обработке аналоговые сигналы (напряжения) х₁,…, х_n соответственно; на второй информационный вход релятора 1₁ последовательно подаются аналоговый сигнал (напряжение) х_n+1 и опорное напряжение х_min(x_min+(n-1)<х₁,…, х_n+1, – погрешность релятора); на первый, второй настроечные входы селектора подаются соответственно цифровые сигналы y₁, y₂{0,1} (фиг.3). Если y₁=1 (y₁=0), то ключ 2₁ замкнут (разомкнут), а ключ 2₂ разомкнут (замкнут). При y₂=1 (y₂=0) устройства 3₂ и 3₁ работают соответственно в режимах выборки (хранения) и хранения (выборки). Элементы 4 и 5 воспроизводят базовые операции бесконечнозначной логики (БЛ): соответственно БЛ-конъюнкцию (min) и БЛ-дизъюнкцию (max), то есть осуществляют выбор соответственно наименьшего и наибольшего из двух аналоговых сигналов, действующих на их входах. Следовательно, напряжение на выходе релятора будет определяться рекуррентным выражением

где символами и · обозначены соответственно операции max и min; есть номер периода Т_j сигнала y₂ (фиг.3); W₀₁=x_n+1, W₀₂=…=W_0(n+1)=x_min; – погрешность релятора 1_i. Длительность t половины периода Т_j=2t сигнала y₂ должна удовлетворять условию t>n, где есть длительность задержки, вносимой элементом 5. Ниже в таблице приведены значения выражения (1) при n=3, полученные с использованием тождеств (1.37), (1.38), которые представлены на стр.8 в книге Левин В.И. Бесконечнозначная логика в задачах кибернетики. М.: Радио и связь, 1982 г. (Л1).

W11=(x1W01)+=(x1+)(x4+)

W21=(x2W11)+=(х2+)(x1+2)(x4+2)

W31=(x3W21)+=(x3+)(x2+2)(x1+3)(x4+3)

W12=(x1W01W02)+=(x1+)(x4+)

W22=(х2W11W12)+=(x2+)(x1+2)(x2+)(x4+2)(х1+2)(x4+2)

W32=(x3W21W22)+=(x3+)(x2+2)(x3+)(x1+3)(х3+)(х4+3)(x2+2)(x1+3)(x2+2)(x4+3)(х1+3)(x4+3)

W13=(x1W02W03)+=xmin+

W23=(x2W12W13)+=(x2+)(x1+2)(x4+2)

W33=(x3W22W23)+=(x3+)(x2+2)(x1+3)(x3+)(x2+2)(x4+3)(x3+)(x1+3)(x4+3)(x2+2)(x1+3)(x4+3)

W14=(x1W03W04)+=xmin+

W24=(x2W13W14)+=xmin+2

W34=(x3W23W24)+=(x3+)(x2+2)(x1+3)(x4+3)

С учетом формул, приведенных в таблице, нетрудно вывести непосредственное выражение для W_nj:

где a_k(n+2-j)…a_k(n+1){a₁, (,a_n+1},

есть количество неповторяющихся БЛ-конъюнкций a_k(n+2-j)…a_k(n+1), определяемое как число сочетаний из n+1 по n+1-j. При j=n+2-r выражение (2) совпадает с видом поисковой функции (функция (6.7) на стр.117 в Л1), которая реализует алгоритм поиска (селекции) элемента а^(r) заданного ранга r{1,…, n+1} в множестве {а₁,…, а_n+1} (а⁽¹⁾=min(а₁,…, а_n+1),…, а⁽ⁿ⁺¹⁾=max{а₁,…, а_n+1)). Таким образом, на выходе селектора (фиг.1) получим

Поскольку согласно последнему равенству сигнал на выходе селектора (фиг.1) может быть равен любой компоненте кортежа (а₁,…, а_n+1), а с учетом (3): a₁=x₁+n, а₂=x₂+(n-1),…, а_n=х_n+, а_n+1=x_n+1+n, где х₁,…, х_n+1 и есть соответственно входные аналоговые сигналы и погрешность релятора, то максимальная погрешность селектора будет определяться выражением =n.

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемый ранговый селектор выполняет селекцию из n+1 аналоговых сигналов сигнала любого заданного ранга r{1,…, n+1} и обладает более высокой по сравнению с прототипом точностью.

Формула изобретения

Ранговый селектор для селекции из n+1 аналоговых сигналов сигнала любого заданного ранга r{1,…, n+1}, содержащий n реляторов, каждый из которых содержит объединенные выходами замыкающий и размыкающий ключи, два устройства выборки/хранения, элемент “MIN”, элемент “МАХ” и булевый инвертор, причем в каждом реляторе первый, второй входы и выход элемента “MIN” соединены соответственно с входом размыкающего ключа, выходом первого устройства выборки/хранения и входом замыкающего ключа, выход которого соединен с информационным входом второго устройства выборки/хранения, подключенного входом записи и выходом соответственно к входу булевого инвертора, второму управляющему входу релятора и первому входу элемента “МАХ”, второй вход и выход которого соединены соответственно с информационным входом первого устройства выборки/хранения, подключенного входом записи к выходу булевого инвертора, и выходом релятора, первый, второй информационные и первый управляющий входы которого соединены соответственно с первым входом элемента “MIN”, вторым входом элемента “МАХ” и входом управления замыкающего, размыкающего ключей, выход каждого предыдущего релятора подключен к второму информационному входу последующего релятора, а объединенные первые и объединенные вторые управляющие входы первого – n-го реляторов соединены соответственно с первым и вторым настроечными входами рангового селектора, при этом на первые информационные входы первого – n-го реляторов подаются первый – n-й аналоговые сигналы соответственно, отличающийся тем, что выход n-го релятора является выходом рангового селектора, при этом в первом и k-м периодах цифрового сигнала, подаваемого на второй настроечный вход рангового селектора, на второй информационный вход первого релятора подаются соответственно (n+1)-й аналоговый сигнал и опорное напряжение.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 08.06.2007

Извещение опубликовано: 20.11.2008 БИ: 32/2008