ранговый селектор

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.

Описание изобретения к патенту

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(х ₁,..., 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 3 ₁ 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, 2 ₂. 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 1 ₁,..., 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 y ₁, y₂ {0,1} (фиг.3). Если y₁=1 (y ₁=0), то ключ 2₁ замкнут (разомкнут), а ключ 2₂ разомкнут (замкнут). При y ₂=1 (y₂=0) устройства 3 ₂ 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 y ₂ (фиг.3); W₀₁=x_n+1 , W₀₂=...=W_0(n+1) =x_min; - погрешность релятора 1_i. Длительность t половины периода Т_j=2 t 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=(x 1 W01)+ =(x1+ ) (x4+ )

W 21=(x2 W11)+ =(х2+ ) (x1+2 ) (x4+2 )

W 31=(x3 W21)+ =(x3+ ) (x2+2 ) (x1+3 ) (x4+3 )

W 12=(x1W01 W02)+ =(x1+ )(x4+ )

W 22=(х2W11 W12)+ =(x2+ )(x1+2 ) (x2+ )(x4+2 ) (х1+2 )(x4+2 )

W 32=(x3W21 W22)+ =(x3+ )(x2+2 ) (x3+ )(x1+3 ) (х3+ )(х4+3 ) (x2+2 )(x1+3 ) (x2+2 )(x4+3 ) (х1+3 )(x4+3 )

W 13=(x1W02 W03)+ =xmin+

W 23=(x2W12 W13)+ =(x2+ )(x1+2 )(x4+2 )

W 33=(x3W22 W23)+ =(x3+ )(x2+2 )(x1+3 ) (x3+ )(x2+2 )(x4+3 ) (x3+ )(x1+3 )(x4+3 ) (x2+2 )(x1+3 )(x4+3 )

W 14=(x1W03 W04)+ =xmin+

W 24=(x2W13 W14)+ =xmin+2

W 34=(x3W23 W24)+ =(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(а ₁,..., 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=x ₁+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.