RU2143739C1

RU2143739C1 - Logical device for rank processing of analog signals

Info

Publication number: RU2143739C1
Application number: RU99103161A
Authority: RU
Inventors: Д.В. Андреев
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 1999-02-16
Publication date: 1999-12-27

Abstract

FIELD: computer engineering, in particular, analog computers. SUBSTANCE: device has n relays, first and last of which are designed as comparator and closing key. Each intermediate relay is designed as comparator, two closing keys and one opening key. In addition each relay has XOR gate. EFFECT: increased functional capabilities due to identification of minimal and next to minimal or maximal and next to maximal values of information signal. 3 dwg

Description

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. The invention relates to automation and analog computing, and can be used to build functional units of analog computers, means of automatic regulation and control, analog processors, etc.

Известны логические устройства (см., например, рис. 8 или 9 на стр. 41 в кн. : Алгоритмы и устройства обработки сигналов и автоматизация проектирования. Сб. научных трудов. Таллинн: АН Эстонии, 1991 г.), которые идентифицируют супраминимальное значение информационного аналогового сигнала. Logical devices are known (see, for example, Fig. 8 or 9 on page 41 in the book: Algorithms and signal processing devices and design automation. Collection of scientific works. Tallinn: Academy of Sciences of Estonia, 1991) that identify the supramineral value informational analog signal.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных логических устройств, относятся ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что для настройки на идентификацию субмаксимального значения информационного сигнала требуется изменение схемы устройства. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using known logical devices include limited functionality due to the fact that a device circuit configuration is required to configure the identification of the submaximal value of the information signal.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является, принятое за прототип логическое устройство для ранговой обработки аналоговых сигналов (фиг. 1 в описании изобретения к Патенту РФ 2109338, кл. G 06 G 7/25, 1998 г.), которое идентифицирует минимальное и супраминимальное значения информационного сигнала и содержит n реляторов, состоящих из компаратора и замыкающего ключа в первом и n-м реляторах и из компаратора, двух замыкающих и размыкающего ключей во всех промежуточных реляторах. The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is the logical device adopted for the prototype for ranking processing of analog signals (Fig. 1 in the description of the invention to RF Patent 2109338, class G 06 G 7/25, 1998), which identifies the minimum and supraminimum values of the information signal and contains n relators consisting of a comparator and a closing key in the first and nth relators and a comparator, two closing and disconnecting keys in all intermediate relators.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относятся ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что для настройки на идентификацию максимального и субмаксимального значений информационного сигнала требуется изменение схемы устройства. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the prototype include limited functionality, due to the fact that to configure the identification of the maximum and submaximal values of the information signal, a change in the device circuit is required.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения идентификации минимального и супраминимального или максимального и субмаксимального значений информационного сигнала без изменения схемы устройства. The technical result of the invention is the expansion of functionality by providing identification of the minimum and supraminimum or maximum and submaximal values of the information signal without changing the device circuit.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в логическом устройстве для ранговой обработки аналоговых сигналов, содержащем n реляторов, состоящих из компаратора и замыкающего ключа в первом и n-м реляторах и из компаратора, первого ключа, выполненного замыкающим, второго ключа, выполненного размыкающим, и третьего ключа, выполненного замыкающим, во всех промежуточных реляторах, входы ключей являются соответствующими переключательными входами реляторов, а их выходы - соответствующими выходами реляторов, неинвертирующие входы компараторов реляторов являются входами соответствующих задающих напряжений, их инвертирующие входы объединены и образуют информационный вход логического устройства, идентифицирующий вход которого соединен с переключательным входом первого и с первым переключательным входом второго реляторов, выход первого релятора соединен с вторым и с третьим переключательными входами второго релятора, первый и второй выходы i-го

релятора соединены с первым переключательным входом (i+1)-го релятора, а второй и третий переключательные входы (i+1)-го релятора - с третьим выходом i-го релятора, первый и второй выходы (n-1)-го релятора соединены с переключательным входом n-го релятора, выход которого подключен к третьему выходу (n-1)-го релятора и является выходом логического устройства, особенность заключается в том, что в каждый из n реляторов введен булевый элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом компаратора и входом управления релятора, выход булевого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ в первом и в n-м реляторах подключен к управляющему входу замыкающего ключа, а в каждом из промежуточных реляторов - к управляющему входу первого, второго и третьего ключей, входы управления всех реляторов объединены и образуют вход управления логического устройства.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in a logic device for ranking processing of analog signals containing n relators, consisting of a comparator and a closing key in the first and nth relators and from a comparator, the first key made by the closing, the second key made disconnecting, and the third key, made closing, in all intermediate relators, the key inputs are the corresponding switching inputs of the relators, and their outputs are the corresponding relay outputs tori, non-inverting inputs of the relays comparators are inputs of the corresponding driving voltages, their inverting inputs are combined and form an information input of a logical device, the identifying input of which is connected to the switching input of the first and first switching input of the second relator, the output of the first relay is connected to the second and third switching inputs second relator, the first and second outputs of the i-th

the relays are connected to the first switching input of the (i + 1) -th relay, and the second and third switching inputs of the (i + 1) -th relay are with the third output of the i-th relay, the first and second outputs of the (n-1) -th relay connected to the switching input of the n-th relay, the output of which is connected to the third output of the (n-1) -th relay and is the output of a logic device, the peculiarity is that a Boolean element EXCLUSIVE OR is introduced into each of the n relators, the first and second inputs which are connected respectively to the output of the comparator and the input is controlled Relay, the output of the Boolean element EXCLUSIVE OR in the first and in the nth relators is connected to the control input of the closing key, and in each of the intermediate relators - to the control input of the first, second and third keys, the control inputs of all relators are combined and form the logical control input devices.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна". The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype as the closest in the set of essential features of the analogue made it possible to identify the set of essential distinguishing features in relation to the applicant's technical result in the claimed device set forth in the claims. Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;
- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;
- выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;
- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлены только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.To verify compliance of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify signs that match the distinctive features of the claimed device from the prototype. The search results showed that the claimed invention does not derive explicitly from the prior art for the specialist, since the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the technical result is not revealed from the prior art determined by the applicant, in particular, the following transformations are not provided for by the claimed invention:
- addition of a known product by any known part (s) attached to it according to known rules to achieve a technical result in respect of which the effect of such additions is established;
- replacement of any part (s) of a known product with another known part to achieve a technical result, in respect of which the effect of such a replacement is established;
- the exclusion of any part (element) of the product with the simultaneous exclusion of the function due to its presence and the achievement of the usual result for such exclusion;
- an increase in the number of elements of the same type to enhance the technical result due to the presence in the tool of just such elements;
- the implementation of a known tool or part (s) of a known material to achieve a technical result due to the known properties of this material;
- the creation of a tool consisting of known parts, the choice of which and the relationship between them are based on known rules, recommendations, and the technical result achieved in this case is due only to the known properties of the parts of this tool and the relationships between them.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень". The described invention is not based on a change in a quantitative sign (s), the presentation of such signs in relationship or a change in its form. This refers to the case when the fact of the influence of each of these characteristics on the technical result is known, and new values of these signs or their relationship could be obtained on the basis of known dependencies and patterns. Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого логического устройства. На фиг. 2 изображены схемы одноключевого (фиг. 2,а) и трехключевого (фиг. 2,б) реляторов, которые использованы в предлагаемом устройстве. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed logical device. In FIG. 2 shows a diagram of a single-key (Fig. 2, a) and three-key (Fig. 2, b) relators that are used in the proposed device.

Схема логического устройства (фиг. 1) содержит n реляторов 1₁,...,1_n. Каждый релятор содержит компаратор 2, подключенный выходом к первому входу булевого элемента "исключающее ИЛИ" 3, второй вход которого является входом управления релятора, а выход соединен с управляющим входом замыкающего ключа 4₁ в одноключевом реляторе (фиг. 2,а) или с управляющим входом первого ключа 4₁, выполненного замыкающим, второго ключа 4₂, выполненного размыкающим, и третьего ключа 4₃, выполненного замыкающим в трехключевом реляторе (фиг. 2, б). Неинвертирующие компараторные входы реляторов 1₁,...,1_n являются входами соответствующих задающих напряжений, их инвертирующие компараторные входы объединены и образуют информационный вход логического устройства, идентифицирующий вход которого соединен с переключательным входом релятора 1₁ и с первым переключательным входом релятора 1₂, выход релятора 1₁ соединен с вторым и с третьим переключательными входами релятора 1₂, первый и второй выходы релятора

соединены с первым переключательным входом релятора 1_i+1, а второй и третий переключательные входы релятора 1_i+1 - с третьим выходом релятора 1_i, первый и второй выходы релятора 1_n-1 соединены с переключательным входом релятора 1_n, выход которого подключен к третьему выходу релятора 1_n-1 и является выходом Z логического устройства, вход управления которого образуют объединенные входы управления всех реляторов.The logic device diagram (Fig. 1) contains n relators 1 ₁ , ..., 1 _n . Each relator contains a comparator 2, connected to the first input of the exclusive OR 3 boolean element, the second input of which is the relay control input, and the output is connected to the control input of the closing key 4 ₁ in the single-key relay (Fig. 2, a) or with the control the input of the first key 4 ₁ made closing, the second key 4 ₂ made disconnecting, and the third key 4 ₃ made closing in the three-key relay (Fig. 2, b). Non-inverting comparator inputs of relators 1 ₁ , ..., 1 _n are inputs of the corresponding driving voltages, their inverting comparator inputs are combined and form an information input of a logic device, the identifying input of which is connected to the switching input of the relay 1 ₁ and to the first switching input of the relay 1 ₂ , the output of the relay 1 _{1 is} connected to the second and third switching inputs of the relay 1 ₂ , the first and second outputs of the relay

connected to the first switching input of the relay 1 _{i + 1} , and the second and third switching inputs of the relay 1 _{i + 1} to the third output of the relay 1 _i , the first and second outputs of the relay 1 _{n-1 are} connected to the switching input of the relay 1 _n , the output of which is connected to the third output of the relay 1 _n-1 and is the output Z of the logical device, the control input of which is formed by the combined control inputs of all relators.

Работа предлагаемого логического устройства осуществляется следующим образом. На неинвертирующие компараторные входы реляторов 1₁,...,1_n подаются соответственно задающие напряжения x₁,...,x_n∈ (x_min,x_max); на информационный и идентифицирующий входы логического устройства подаются соответственно информационный аналоговый сигнал x ∈ (x_min,x_max), значения которого подлежат идентификации, и идентифицирующий аналоговый сигнал y. При f = 0 (f ∈ {0,1} - сигнал на входе управления логического устройства) и x_i > x или при f = 1 и x_i < x замыкающие ключи 4₁, 4₃ замкнуты, размыкающий ключ 4₂ разомкнут, а при f = 1 и x_i > x или при f = 0 и x_i < x имеем обратную картину, то есть сигнал f изменяет логику коммутации переключательных входов реляторов. В прототипе аналогичное изменение достигается путем перестройки его схемы (заменой замыкающих и размыкающих ключей соответственно на размыкающие и замыкающие или взаимозамещением компараторных входов реляторов). Таким образом, воспроизводимая предлагаемым логическим устройством операция определяется выражением

где надстрочный индекс r ∈ {r₁,r₂} (r = 1, r = 2, при f = 0; r₁ = n + 1, r₂ = n при f = 1) есть ранг (порядковый номер) информационного сигнала x = x^(r) в последовательности x⁽¹⁾,...,x⁽ⁿ⁺¹⁾, полученной ранжированием сигналов x₁,...,x_n, x в порядке их возрастания. Согласно (1) при f = 0 осуществляется идентификация (или селекция, если информационный и идентифицирующий входы устройства объединены) минимального x = x⁽¹⁾ и супраминимального x = x⁽²⁾, а при f = 1 - максимального x = x⁽ⁿ⁺¹⁾ и субмаксимального x = x⁽ⁿ⁾ значений информационного сигнала x. Логическое устройство обладает свойством обратимости, то есть идентифицирующий вход и выход этого устройства могут быть использованы соответственно в качестве его выхода и идентифицирующего входа.The work of the proposed logical device is as follows. The non-inverting comparator inputs of the relators 1 ₁ , ..., 1 _n are supplied respectively with the reference voltages x ₁ , ..., x _n ∈ (x _min , x _max ); the information and identification inputs of the logic device are respectively supplied with an information analog signal x ∈ (x _min , x _max ), the values of which are subject to identification, and an identifying analog signal y. For f = 0 (f ∈ {0,1} is the signal at the control input of the logic device) and x _i > x or for f = 1 and x _i <x, the closing keys 4 ₁ , 4 _{3 are} closed, the disconnecting key 4 _{2 is} open, and for f = 1 and x _i > x or for f = 0 and x _i <x we have the opposite picture, that is, the signal f changes the switching logic of the relay switch inputs. In the prototype, a similar change is achieved by rebuilding its circuit (by replacing the closing and opening keys, respectively, with the opening and closing keys or by interchanging the comparator inputs of the relators). Thus, the operation reproduced by the proposed logical device is determined by the expression

where the superscript r ∈ {r ₁ , r ₂ } (r = 1, r = 2, for f = 0; r ₁ = n + 1, r ₂ = n for f = 1) is the rank (serial number) of the information signal x = x ^(r) in the sequence x ⁽¹⁾ , ..., x ^{(n + 1)} obtained by ranking the signals x ₁ , ..., x _n , x in ascending order. According to (1), for f = 0, identification (or selection, if the information and identification inputs of the device are combined) is carried out for the minimum x = x ⁽¹⁾ and supraminimum x = x ⁽²⁾ , and for f = 1, the maximum x = x ^{(n +1)} and submaximal x = x ⁽ⁿ⁾ values of the information signal x. The logical device has the property of reversibility, that is, the identifying input and output of this device can be used respectively as its output and identifying input.

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемое логическое устройство обладает более широкими по сравнению с прототипом функциональными возможностями, так как обеспечивает идентификацию минимального и супраминимального или максимального и субмаксимального значений информационного сигнала без каких-либо схемных изменений. The above information allows us to conclude that the proposed logical device has wider functionality compared to the prototype, as it provides identification of the minimum and supraminimum or maximum and submaximal values of the information signal without any circuit changes.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использовании в промышленности, а именно в области автоматики и аналоговой вычислительной техники в качестве функционального узла аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров и др.;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.Thus, the above information indicates the following conditions are met when using the claimed device:
- a tool embodying the claimed device in its implementation, is intended for use in industry, namely in the field of automation and analog computing as a functional unit of analog computers, means of automatic regulation and control, analog processors, etc .;
- for the claimed device in the form described in the independent clause of the claims, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application or known prior to the priority date is confirmed;
- a tool embodying the claimed invention in its implementation, is able to ensure the achievement of the perceived by the applicant technical result.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость". Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims

A logic device for ranking processing of analog signals, containing n relators, consisting of a comparator and a closing key in the first and nth relators and a comparator, a first key made by a closing, a second key made by a closing, and a third key made by a closing, in all the key relays inputs are the corresponding relay inputs of the relators, and their outputs are the corresponding relator outputs, the non-inverting inputs of the relator comparators are the inputs of the corresponding set voltages, their inverting inputs are combined and form the information input of the logic device, the identifying input of which is connected to the switching input of the first and first switching input of the second relator, the output of the first relay is connected to the second and third switching inputs of the second relay, the first and second outputs i- go (i =

the relays are connected to the first switching input of the (i + 1) -th relay, and the second and third switching inputs of the (i + 1) -th relay are with the third output of the i-th relay, the first and second outputs of the (n - 1) -th relay connected to the switching input of the n-th relay, the output of which is connected to the third output of the (n - 1) -th relay and is the output of a logic device, characterized in that an EXCLUSIVE OR Boolean element is introduced into each of the n relators, the first and second inputs of which are connected respectively, with the output of the comparator and the control input RA, the output of the Boolean element EXCLUSIVE OR in the first and nth relators is connected to the control input of the closing key, and in each of the intermediate relators it is connected to the control input of the first, second and third keys, the control inputs of all relators are combined and form the control input of the logical device .