CS217895B1

CS217895B1 - Programmable non-linear converter connection

Info

Publication number: CS217895B1
Application number: CS281681A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Krejci
Original assignee: Jaroslav Krejci
Priority date: 1981-04-14
Filing date: 1981-04-14
Publication date: 1983-01-28

Abstract

Vynález se týká zapojeni nelineárního převodníku s aproximací nelineárního přenosu mezi výstupním a vstupním signálem pomocí zvoleného počtu úseků se schodovitým průběhem, přičemž funkční hodnoty bodů zlomu jednotlivých úseků je možno programově měnit. Podstata zapojení spočívá v digitalizování hodnot vstupní veličiny s tím, že první část informačního obsahu číslicového výstupu je využívána přímo pro adresování programovatelné paměti, zatímco druhé část provádí řízení šířkového modulátoru, pomocí něhož je vybíráno zaznamenané slovo z následující adresy, čímž je zajištěno vytvoření požadované schodovité funkce mezi jednotlivými body zlomu.The invention relates to the connection of a nonlinear converter with an approximation of the nonlinear transfer between the output and input signal using a selected number of sections with a step-like waveform, while the functional values of the breakpoints of individual sections can be changed programmatically. The essence of the connection lies in digitizing the values of the input quantity, with the first part of the information content of the digital output being used directly for addressing the programmable memory, while the second part controls the width modulator, by means of which the recorded word is selected from the following address, thereby ensuring the creation of the required step-like function between the individual breakpoints.

Description

Vynález se týká zapojeni nelineárního převodníku s aproximací nelineárního přenosu mezi výstupním a vstupním signálem pomocí zvoleného počtu úseků se schodovitým průběhem, přičemž funkční hodnoty bodů zlomu jednotlivých úseků je možno programově měnit.The invention relates to the connection of a non-linear transducer with an approximation of a non-linear transmission between an output and an input signal by means of a selected number of steps with a step sequence, wherein the functional values of the breakpoints of the individual sections can be changed programmatically.

Vytvoření nelineárního přenosu je velmi častým požadavkem měřicí a regulační techniky. Nelineární převodník se uplatňuje při linearlzaci nelineárních zdrojů regulačních signálů, při omezování velikosti výstupních signálů a při regulaci technologických procesů podle zadaná složité nelineární funkce. Klasické koncepce nelineárního převodníku využívá diodových omezovačů, z nichž každý vytváří lomenou čéru s jedním zlomem. Jednotlivé lomené čáry se sčítají navzájem. Nastavení požadované funkční závislosti se provádí potenclometrickými prvky, které určují velikost posuvu bodu zlomu a tangentu úhlu zlomu. Přesné ocejchování požadované funkční závislosti je velmi zdlouhavé a pracné, přičemž jeho obtížnost progresivně stoupá se zvětšujícím se počtem požadovaných úseků přímkových. V mnoha aplikacích může být na závadu i teplotní závislost posuvu bodu zlomu daná teplotní závislostí omezovačích ' diod. Největší nevýhodou uvedených zapojení je praktická nemožnoftt operativně měnit nelineární funkční závislost v daném Intervalu vstupních hodnot podle potřeby uživatele. Požadavek změny nelineární závislosti je zvlášl důležitý v materiálovém zkušebnictví, kde kvalitativní skok v objektivním hodnocení vlastností materiálu je možný jen v zachycení všech závislostí materiálových konstant. Jde například o znalost a zpracování nelineární teplotní závislosti modulu pružností při převodu příčné deformace vzorku na podélnou s tím, že tato závislost je odlišné u různých druhů materiálů.Creating a non-linear transmission is a very common requirement of measurement and control technology. Non-linear converter is used for linearization of non-linear sources of control signals, for limiting the size of output signals and for regulating technological processes according to the specified complex non-linear function. The classic non-linear converter concept uses diode limiters, each of which creates a broken line with one break. The individual polyline lines add to each other. The desired functional dependence is set by potentiometric elements that determine the amount of displacement of the breakpoint and the tangent of the break angle. Accurate calibration of the required functional dependence is very lengthy and laborious, and its difficulty increases progressively with the increasing number of required line segments. In many applications, the temperature dependence of the breakpoint displacement may also be due to the temperature dependence of the diode-limiting diodes. The biggest disadvantage of the mentioned wiring is the practical impossibility to operatively change the nonlinear functional dependence in the given Input Value Interval according to the user's needs. The requirement to change non-linear dependence is particularly important in material testing, where a qualitative leap in objective evaluation of material properties is only possible in capturing all dependencies of material constants. For example, the knowledge and processing of the nonlinear temperature dependence of the modulus of elasticity when converting the transverse deformation of a specimen into a longitudinal one, the dependence of which is different for different types of materials.

Uvedené nevýhody a problémy, vznikající při řešení nelineárního převodníku odstraňuje zapojení programovatelného nelineárního převodníku podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že vstupní napětí je přiváděno na vstup převodníku úrovně, jehož výstup je spojen se vstupem analogově digitálního převodníku (déle jen A/D převodník). První výstup tohoto < A/D převodníku je spojen s prvním vstupem sčítačky, zatímco druhý výstup A/D převodníku je spojen s prvním vetupem šířkového modulátoru. Druhý vstup šířkového modulátoru je spojen s výstupem zdroje řídicích pulsů. Výstup šířkového modulátoru je spojen s druhým vstupem sčítačky. Výstup sčítačky je spojen s adresovacím vstupem programovatelné paměti, jejíž výstup je spojen se vstupem digitálně analogového převodníku (D/A převodníku). Výstup D/A převodníku je spojen se vstupem frekvenčního filtru, jehož výstup tvoří výstup zapojení.These disadvantages and problems arising from the solution of the non-linear converter are eliminated by the connection of the programmable non-linear converter according to the invention, which consists in that the input voltage is applied to the input of the level converter whose output is connected to the analogue / digital converter input. ). The first output of this <A / D converter is connected to the first input of the adder, while the second output of the A / D converter is connected to the first input of the width modulator. The second width modulator input is connected to the control pulse source output. The width modulator output is connected to the second adder input. The output of the adder is connected to the address input of the programmable memory, the output of which is connected to the input of the digital-to-analog converter (D / A converter). The output of the D / A converter is connected to the input of the frequency filter, the output of which is the output of the wiring.

Zapojení využívá praktické zkušenosti, že nejčastější a nejpřehlednější formou zadání nelineární funkční závislosti pro převodník je přehled funkčních hodnot Y1 odpovídající jednotlivým hodnotám vstupní nezávislé veličiny XI. přičemž jednotlivé body XI jsou lineárně rozložené v jmenovitém rozsahu vstupních hodnot X. Funkční hodnoty Y1 jsou v číslicové formě zaznamenány do programovatelné paměti. Převodník provádí aproximaci mezi těmito zadanými body schodovité funkce, přičemž velikost schodu je možno volit dostatečně malou tak, že se průběh blíží spojité funkci. Podstata zapojení spočívá v digitalizování hodnot vstupní veličiny s tím, že první část informačního obsahu číslicového výstupu je využívána přímo pro ' adresování programovatelné paměti, zatímco druhá část provádí řízení šířkového modulátoru, pomoci něhož je vybíráno zaznamenané slovo z následující adresy, čímž je zajištěno vytvoření požadované schodovité funkce mezi jednotlivými body zlomu.The connection uses the practical experience that the most common and clear form of entering a non-linear functional dependence for the converter is an overview of the functional values Y1 corresponding to the individual values of the input independent variable XI. wherein the individual points XI are linearly distributed over the nominal input value range X. The functional values Y1 are recorded in digital form in a programmable memory. The converter approximates these points of the staircase function, the stair size can be chosen sufficiently small so that the progression is close to the continuous function. The essence of the circuitry is to digitize the input value values, with the first part of the information output of the digital output being used directly for addressing the programmable memory, while the second part performs the width modulator control to select the recorded word from the following address, staircase functions between breakpoints.

Nový účinek zapojení nelineárního převodníku podle vynálezu spočívá v tom, že průběh výstupní veličiny určují funkční hodnoty zlomu aproximované funkce, které jsou 8 požadovanou přesností zaznamenány v programovatelné paměti podle požadavku Uživatele, přičemž adresování paměti je jednoduchým způsobem odvozeno z informačního obsahu digitalizovaná vstupní veličiny a změnou obsahu paměti je možno jednoduše volit různé průběhy nelineární funkce v daném intervalu vstupních hodnot. Změna nelineárního průběhu tak může být operativní, protože nevyžaduje změnu nastavení žádných regulačních prvků. Systém je přizpůsobivý požadavku na změnu aproximovaných úseků, přičemž tento počet může být velmi velký a je omezený pouze kapacitou paměti a velikostí adresovacího slova. Zapojení umožňuje dosáhnout velmi malé teplotní závislosti nelineárního průběhu.A novel effect of the non-linear converter according to the invention is that the waveform of the output variable is determined by the functional values of the fracture of the approximated function, which are recorded with desired accuracy in programmable memory according to the user's request. It is possible to select different courses of nonlinear function in given interval of input values. Thus, the change in the nonlinear waveform can be operative as it does not require any adjustment of the control elements. The system is adaptable to the requirement to change the approximated slots, this number can be very large and is limited only by the memory capacity and the address word size. The connection allows to achieve very low temperature dependence of non-linear course.

2178S52178S5

Příklad provedení zapojení podle vynálezu je schematicky znázorněn na obr. 1. Vstupní hodnota napětí X je přivedena na vstup H převodníku úrovně i, jehož výstup J2 je spojen se vstupem 21 analogově digitálního převodníku 2, realizující převod analogového signálu na ěíslicový v BCD kódu. Výstup 22 analogově digitálního převodníku 2 představuje nejvyšěích n-bitů výstupního slova a je spojen se vstupem Ji sčítačky J, zatímco výstup 23 analogově digitálního převodníku 2 představuje ostatních k-bitů výstupního slova a je spojen se vstupem 71 Šířkového modulu 2, jehož vstup 73 je spojen s výstupem 81 zdroje řídicích pulsů 8 a jehož výstup 2í: j® spojen s adresovacím vstupem 41 programovatelné paměti 4, jejíž výstup 42 je spojen se vstupem Ji digitálně analogového převodníku J, jehož výstup 62 tvoři výstup Y zapojení.An exemplary embodiment of the invention is schematically illustrated in FIG. 1. The input voltage value X is applied to the input H of the level i converter, whose output J2 is connected to the input 21 of the analogue to digital converter 2, converting the analog signal to digital in BCD code. The A / D converter output 22 represents the highest n-bits of the output word and is coupled to the input J of the adder J, while the A / D converter output 23 represents the other k-bits of the output word and is connected to the input 71 of the width module 2. connected to the output 81 of the control pulse source 8 and whose output 21 is connected to the address input 41 of the programmable memory 4, the output 42 of which is connected to the input J1 of the DAC whose output 62 is the output Y of the circuit.

Převodník úrovně i je nastaven tak, že v daném intervalu vstupních hodnot udévé výstup 22 analogově digitálního převodníku 2 adresu určitého bodu XI. zatímco výstup 23 digitalizuje polohu vstupní veličiny v intervalu <Xi; Xi+1). šířka výstupního pulsu na výstupu 72 Šířkového modulátoru 2 je lineární závislostí této polohy. V době mezery mezi pulsy je obsah adresovacího vstupu 41 programovatelné paměti 4 roven obsahu výstupu 22 analogově digitálního převodníku 2, takže je z programovatelné paměti vybíráno slovo Yj. zatímco v době trvání pulsu je pomooí sčítačky J zvětšována adresa na adresovacím vstupu 41 programovatelné paměti 4 o jedničku a je vybíráno z této paměti slovo Yi+1. Frekvenční filtr 6 potlačuje nežádoucí frekvenční složky vzniklé činností šířkového modulátoru.The level converter i is set such that, at a given input interval, the output 22 of the analogue to digital converter 2 provides the address of a specific point XI. while the output 23 digitizes the position of the input variable in the interval <Xi; Xi + 1). the width of the output pulse at output 72 of the width modulator 2 is linearly dependent on this position. At the time between the pulses, the content of the address input 41 of the programmable memory 4 is equal to the content of the output 22 of the A / D converter 2, so that the word Yj is selected from the programmable memory. whereas during the duration of the pulse, the address at the address input 41 of the programmable memory 4 is increased by one by means of the adder J and the word Yi + 1 is selected from this memory. Frequency filter 6 suppresses unwanted frequency components resulting from the operation of the width modulator.

Činnost zapojení déle vysvětluji obr. 2 a 3. Obr. 2 udává průběh výstupního napětí Y v závislosti na vstupním napětí X, při pěti bodech zlomu, označené jako body Xq až X4 vstupní veličiny což odpovídá funkčním hodnotám Υθ až Y4. Obr. 3 představuje časovou závislost výstupního napětí 52 na výstupu 52 digitálně analogového převodníku J a napětí 62 na výstupu 62 frekvenčního filtru 6, přičemž je ilustrována změna průběhu a velikosti napětí v intervalu <Yi; Yi+1) v pěti různých polohách vstupní veličiny v intervalu <Xi; Xi+1) označené jako a^ až a^.The operation of the wiring is explained in more detail in FIGS. 2 and 3. FIG. 2 shows the course of the output voltage Y as a function of the input voltage X, at five breakpoints, designated as points Xq to X4 of the input variable, which corresponds to the functional values Υθ to Y4. Giant. 3 shows the time dependence of the output voltage 52 on the output 52 of the digital-to-analog converter J and the voltage 62 on the output 62 of the frequency filter 6, illustrating the variation in the waveform and the magnitude of the voltage in the interval Y Y 1; Yi + 1) in five different positions of the input variable in the interval <Xi; X 1 + 1) designated as α 1 to α 1.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Connection of a programmable non-linear converter characterized in that the input voltage is applied to the input (11) of the level converter (1), the output of which (12) is connected to the input (21) of the analogue digital converter (2). with the first input (31) of the adder (3), while the second output (23) of the A / D converter (2) is connected to the first input (71) of the width modulator (7), the second input (73) of which is connected with 8 output (81) the control pulse source (8) and whose output (72) is connected to the second input (33) of the adder (3), the output (32) of which is connected to the addressing input (41) of the programmable memory (4) connected to the input (51) of the digital-to-analog converter (5), the output (52) of which is connected to the input (61) of the frequency filter (6), whose output (62) forms the output of the wiring.