автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Реляторные коммутационно-логические преобразователи и процессоры ранговой обработки аналоговых сигналов



2 1 АПР ^

На правах рукописи

АНДРЕЕВ ДМИТРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

РЕШТОРНЫЕ КОММУТАЩЮННО-ЛОГИЧЕСЖИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И ПРОЦЕССОРЫ РАНГОВОЙ ОБРАБОТКИ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ

Специальность: 05.13.05 - элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических неук

Ульяновск 1998

Работа выполнена в Ульяновском государственном техническом университете.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Волгин Л.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Левин В.И.; кандидат технических наук, доцент Рогов В.Е.

Ведущее предприятие: Ульяновский механический завод.

Защита диссертации состоится 20 мая 1998г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 064.21.01 в Ульяновском государственном техническом университете по адресу 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец 32, ауд. Л 211.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного технического университета.

Автореферат разослан апреля 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н., профессор

П.И. Соснин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Эффективность электронной ашаратуры, средств вычислительной техники, электронных устройств автоматики и систем управления (далее электронных устройств и систем - ЭУО) во многом определяется используемой элементной базой. Развитие элементной базы ЭУС различного назначения и применения осуществляется по двум направлениям. Первое - это совершенствование традиционной существующей элементной базы общего и частного (специального) применения. Второе направление - разработка схемных элементов, обладающих новыми свойствами и более широкими функциональными возможностями за счет увеличения функций и операций, воспроизводимых в одном элементе. Именно на этом направлении скрыты большие потенциальные резервы повышения производительности, качества функционирования и эффективности ЭУС и их применений. В свою очередь элементная база определяет существующую схемотехнику и направления ее развития.

Эффективность использования элементной базы повышается при наличии адекватного ей логико-алгебраического аппарата. При этом заданная (воспроизводимаяi функция устройства (системы), выракен-ная через базовые операции используемого логико-алгебраического аппарата, однозначно определяет схему (структуру) ЭУС, построенную в адекватном указанному аппарату элементном базисе. Для синтеза цифровых ЭУС таким логико-алгебраическим аппаратом является двоичная булева алгебра, при этом используется адекватный ей элементный базис - булевы дизъюнкторы, конъюнкторы, инверторы. Но физический макромир, технологии производства, контролируемые и измеряемые параметры в подавляадем большинстве сопровождаются аналоговыми (непрерывными) процессами. Расширением булевой алгебы на аналоговую область является непрерывная (бескснечнозначная, нечеткая) логика, базовые операции которой воспроизводят максимизирующие, минимизирующие и минимаксные амплитудные селекторы. Основы теории непрерывной логики (НЛ) заложены и получили существенное развитие в работах: Мак-Нотона Р., Уилкинсона Г., Мариноса П., Мукайдоно М., Гинзбурга С.А., Левина В.И., Шимбирева П.Н., Розенблата М.А. и др. Однако схемотехнические возможности НЛ ограничены крутом задач, описываемых только линейно-изломанными функциями.

Более мощной логической содержательностью и широкими функциональными возможностями для синтеза аналоговых ЭУС обладает новый

и перспективный логико-алгебраический аппарат - предикатная алгебра выбора (ПАВ), частными реализациями которой являются непрерывная логика и булева алгебра. В ПАВ возможно воспроизведение как линейно-изломанных так и линейно-разрывных, кусочно-сшитых, гистерезисных и др. функций. Базовыми элементами ПАВ являются ре-ляторы. Основы теории предикатной алгебры выбора заложены и развиты в конце 80-х годов в работах Волгина Л.И. Научные публикации, появившиеся с тех пор в области реляторной схемотехники усилиями Волгина Л.И. и созданной им научной школы, показывают, что ПАВ и реляторы могут успешно применяться для синтеза широкой номенклатуры аналоговых коммутационно-логических преобразователей (вычислительных, функциональных, логических, управляющих, коммутационных, измерительных, распознающих и др.), аналоговых процессоров, аналоговых нейронных сетей и нейротехнических систем с глобальным параллелизмом обработки сигналов в режиме реального времени без промежуточного преобразования в цифровой код.

Функция, воспроизводимая каждым из указанных реляторных устройств, фиксировано зависит от соответствующей ей реляторной структуры, причем последнюю приходится изменять для настройки на воспроизведение заданной функции. Щюме того, в ряде случаев ре-ляторные преобразователи и процессоры оказываются аппаратурно избыточными. Таким образом, весьма актуальным является исследование ПАВ с точки зрения ее применения для синтеза безызбыточных реля-торных устройств, а также универсальных (многофункциональных) ре-ляторных устройств, воспроизводящих различные функции без изменения исходной структуры. Указанное решается в настоящей диссертационной работе в направлении самого представительного класса ре-ляторных устройств - реляторных коммутационно-логических преобразователей и процессоров ранговой обработки аналоговых сигналов (реляторных И-устройств).

Актуальность диссертационной работы подтверждается тем, что ее тематика соответствует направлению "Информационные технологии и электроника" правительственной программы на 1996-2000 годы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения" (постановление правительства РФ 414 от 23.11.96г.) в части раздела 3 программы "Развитие микроэлектроники и элементной базы радиоэлектроники, повышение уровня радиоэлектронной аппаратуры различного применения".

Целъ работы. Целью настоящей работы является развитие логико-алгебраического аппарата ПАВ для обеспечения возможности синтеза

многофункциональных и безызбыточных структур реляторных И-устройств, а также разработка схемотехнических решений их аппаратной реализации.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Теоретический анализ ранговых ПАВ-функций и определение требований к ним с позиций синтеза безызбыточных Н-устройств.

2. Исследование возможности применения ранговых НЛ-функций и топологических моделей ранговых ПАВ-функций для построения многофункциональшх И-устройств, воспроизводящих различные функции без изменения их базовой исходной структуры.

3. Разработка, в базисе операций ПАВ, математических моделей многофункциональных и безызбыточных И-устройств.

4. Развитие реляторного элементного базиса для обеспечения возможности его использования при синтезе указанных Н-устройств.

5. Разработка схемотехнических решений аппаратной реализации многофункциональных и безызбыточных Н-устройств, оценка их технических характеристик и функциональных возможностей.

Методы исследований. При решении поставленных задач применены математический аппарат предикатной алгебры выбора, непрерывной логики и булевой алгебры, методы математического и аппаратурного моделирования, методы исследования конечных автоматов.

Проверка эффективности предложений, исследованных в диссертации, проводилась на разработанных математических моделях и на созданных в соответствии с этими моделями макетных и промышленных образцах реляторных И-устройств.

Научная новизна. В диссертации решена задача, заключающаяся в развитии логико-алгебраического аппарата ПАВ для обеспечения возможности синтеза многофункциональных и безызбыточных структур реляторных Н-устройств, а также в разработке их схемотехнических реализаций и имеющая существенное значение для аналоговой вычислительной техники, автоматики и других смежных областей.

В процессе исследований и разработок получены следующие новые научные результаты, выносимые на защиту:

1. Разработана математическая модель безызбыточных реляторных Н-устройств, представляющая собой ранговую ПАВ-функцию, ядром которой является безызбыточный ранговый оператор (БРО). В результате исследования алгебраической структуры БРО в частных реализациях выявлен новый подкласс функций предикатной алгебры выбора -позиционные ПАВ-функции.

2. Разработана математическая модель многофункциональных ре-

ляторных R-устройств, представляющая собой универсальный ранговый подграф с управляемыми передачами ветвей.

3. В качестве базового элемента для схемной реализации разработанных математических моделей предложен кодоуправляемый реля-тор, обладающий по сравнению с традиционными реляторами более широкими функциональными возможностями.

4. В элементном ляяипе кодоупрвв-яяемых ре.чяторов по предложенным математическим моделям разработана широкая номенклатура многофункциональных и безызбыточных реляторных R-устройств.

Праилтческая цстюаг^о, полученных б диссертации результатов обусловлена их конструктивным характером, позволяющим осуществить непосредственную аппаратурную реализацию многофункциональных и безызбыточных реляторных R-устройств, а также возможностью их применения для решения практических задач ранговой обработки аналоговых сигналов в различных прикладных областях.

Разработанные структуры и технические решения кодоуправляемо-го релятора и реляторных R-устройств являются оригинальными и защищены патентами РФ.

ВнвОттение полдчентх ревдльшшоб. Диссертационная работа выполнялась в рамках гос. бюджетной НИР "Непрерывнологические и ре-ляторные сети и модели для обработки аналоговых сигналов" (исполнитель - кафедра КИРА УлГТУ, per. * 102-1109).

Внедрение, созданных с использованием полученных в диссертации результатов, селекторного релятора и реляторного позиционного идентификатора проводилось в рамках договоров J6 117/93 от 7.12.92г., J6 118/93 от 7.12.92г. (исполнитель - научно-производственное предприятие НОША г.Ульяновск, заказчик - АО УРАЛМАШ г.Екатеринбург), Я 18 от 10.12.96г. (исполнитель - научно-производственное предприятие НОША г.Ульяновск, заказчик - АО ВерхнеСалдинское Металлургическое Производственное Объединение г. Верхняя Садца) по созданию и подготовке к пуску а производство периферийных устройств для систем автоматического управления прокатным оборудованием, под руководством автора как научного руководителя и главного конструктора и при его непосредственном участии в разработке указанных устройств.

Кроме того, результаты диссертационной работы использовались в учебном процессе при проведении дипломного проектирования.

Апробация работ. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались:

- на Международной научно-технической конференции "Непрерыв-

но-логические и нейронные сети и модели" (г.Ульяновск 1995г.);

- на Международной научно-технической конференции "Интерактивные системы. Проблемы человеко-компыотерного взаимодействия" (г.Ульяновск 1997г.);

- на региональной научно-практической конференции с мевдуна-родным участием "Новые методы, средства и технологии в науке, промышленности и экономике" (г.Ульяновск 1997г.);

- на региональной научно-практической конференции "Наукоемкие технологии товаров народного потребления" (г.Ульяновск 1997г.);

- на региональной научно-практической конференции "Наука -производству. Конверсия сегодня" (г.Ульяновск 1997г.);

- на 30, 31 и 32-й научно-технических конференциях УлГТУ (г.Ульяновск 1996-1998г.).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математические модели многофункциональных и безызбыточных реляторных И-устройств.

2. Базовый элемент для схемной реализации указанных моделей.

3. Схемотехнические решения многофункциональных и безызбыточных реляторных И-устройств.

публикации.. Основное содержанке диссертации отражено в 41 публикации, в числе которых 5 патентов РФ, 4 статьи, а также тезисы докладов на международных, всероссийских и региональных научно-технических конференциях.

ООъея работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 96 наименований, двух приложений, содержит 108 страниц машинописного текста, 88 рисунков и 5 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш исследований, определены цель и задачи работы, приведены краткое содержание работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ предикатной алгебры выбора и непрерывной логики, в частности ранговых ПАВ- и НЛ-функций, применительно к задачам синтеза многофункциональных и безызбыточных реляторных Н-устройств.

На основе проведенного анализа разработана математическая модель безызбыточных реляторных И-устройств, которая представляет

собой рангоЕую ПАВ-функцию

21Г)=УГ1Р1Г) :

с безызбыточным п-арным ранговым оператором

Р1Г)=Р1Г)(Х1.....Хп)=сопу(^у11С:[г)С;[з)]е{0,1}, (2)

заданным для выбранных г, х^.

В (1) есть предметная (идентифицирующая) переменная; I есть ранг (ранговый признак, порядковый номер) переменной х^=х ^ .... ,2^} в последовательности хП •. ,х[п^ полученной ранжированием предикатных переменных х.,,...^ в порядке их неубывания.

В (2) и с18) связаны булевой конъюнкцией. Сомножитель

{-г» \ 1 1

' есть булева дизъюнкция: ,(р) Ы

где <..В (3) содержится (количество

сочетаний из п-1 по г-1) неповторяющихся минтермов

Р-- Р.. •--Р,-,- , каждый из которых состоит из г-1 инверсных ^г п-1

{р^ ] и п-г неинвэрсных Г?^ =рц,] предикатов,

к К к

' 1 при х. >х-

Р при Х- =Х. к

О при х, <х. ; р.. =1-г.. ; Р€(о,1} - заданная двоичная к 1 1Хк к

константа. Далее, сомножитель С^ в (2) есть булева конъюнкция:

Х12 т-8+1 1 т-Б+г т-Е!+3 т

где 1кеС1,...,п}, В (4) содержится т неповторяющихся преди-

катов (т-в+1 неинверсных и з-1 инверсных). Их количество ш (ш$п-1) определяется числом упорядоченных предикатных переменных х. >...>х. (при т=о Оператор сопу преобразует мин-

1т 11

термы по правилу: . •

1 ш т 1 т 1

Достоинством рангового оператора (2) является его безызбыточность по количеству минтермов и по количеству предикатов в мин-термах как при отсутствии упорядочения предикатных переменных

х- , так и при их частичном (ш<п-1) или полном (т=п-1) упорядоче-

Тс пии.

Установлено, что при полном упорядочении предикатных переменных х- и х-=уаг ранговые ПАВ-функции '¿^ ^-у. .рЛ }.. •Р_|п')

Хч X .1» I х X X ИХ X

с безызбыточными ранговыми операторами порождают новый подкласс ПАВ-функций - позиционные ПАВ-функции г|1 .).,И:[п)=упп.р|?)

•пттр рО)_р р(2)_р р р(п-1)_р р р(п.)_р

1ДВ Г. -г.. . -г.. Г-- ----,г. -Г.. ,г. -г.. .

х п-1 п-1 п-2 2 1

Кроме того, разработана математическая модель многофункциональных реляторных Р-устройств, представлящая собой универсальный ранговый подграф с управляемыми передачами ветвей. Достоинством указанного подграфа является возможность воспроизведения, путем соответствующей настройки передач его ветвей, логической операции

Г У„,- при х,.=х(г)

идентификации выбранной предикатной переменной xi€(x1,... ,3^) в кортеже (х1,....х^) по ее заданному ранговому признаку ге(1 ,г2,п> (г1е{2,з,...,п-1>, r2=n+i-r,) без изменения исходной структуры подграфа.

В качестве примера на рис.1 изображен указанный универсальный

(5)

(г)

подграф gj, i при п=5, ^=3.

1

Здесь Р,,(Г„)=Р,, fp+P,,

ременные, 11 =1 -f 1, f2-=1 -f.

Рис.1

При ^=1, Г2=0; ^=£2=0; £.,=Г2=1 ИЛИ £.,=0, £2=1 подграф (рис.1) воспроизводит операцию (5) соответственно первого (г=1), третьего (г=з), снова третьего (г=3) или пятого

(г=5) ранга.

Основные результаты главы опубликованы в [7,8,19,37].

Во бторой гладе дан общий анализ элементного базиса ПАВ - ре-ляторов (дифференциальный компаратор напряжения, управляющий группой замыкающих и размыкающих аналоговых ключей) с точки зрения его использования для схемной реализации, предложенных в первой главе математических моделей, а также исследованы полные классы, воспроизводимых релятором логических операций и типовых нелинейных функций.

Отмечен основной недостаток известных реляторов, заключающийся в том, что их настройка на воспроизведение двойственной операции или функции осуществляется изменением схемы включения (взаимозамещением компараторных входов), что приводит к ограниченным функциональным возможностям, а в ряде случаев к аппаратурной избыточности реляторных структур, построенных на их основе.

Разработан универсальный (кодоуправляемый) релятор, в котором такая настройка производится цифровым управлящим сигналом без изменения исходной схемы включения. Кодоуправляемый релятор (рис.2а) содержит дифференциальный компаратор напряжения К, булевый логический элемент "исключающее МИ" ь, замыкающие Б (замкнуты при г*=1) и размыкающие ¡3 (замкнуты при г*=о) аналоговые ключи.

Показано, что кодоуправляемый релятор является схемным элементом с высокой концентрацией воспроизводимых операций и функций (линейно-изломанных, линейно-разрывных, кусочно-сштых, гис-терезисных и др.). Например, при £=о (г=1) воспроизводятся предикатная дизъюнкция 22=У(у1,у ) (конъюнкция г2=Л(у1,у2)) - идентификация максимального (минимального) аналогового сигнала в кортеже (х.,^); непрерывно-логическая дизъюнкция г1=шах(х1 ,х2) (конъюнкция г1=шШ(х1 ,х2)) - селекция максимального (минимального) аналогового сигнала из кортежа (х1,х2); функция фильтрации верхних (рис.2б) (тнкних (рис.2в)) уровней сигнала х1; положительная г1=|х1I (рис.2г) (инвертированная г1=-|х1| (рис.2д)) модуль-функция; булева (х1 ,Х2€(0,1 )) дизъюнкция Ъ^х^Чт^ (конъюнкция г1=х1х2).

Новизна структуры разработанного кодоуправляемого ролятора подтверждена патентом [1].

Проведен сравнительный анализ технических характеристик и функциональных возможностей серийно выпускаемых интегральных мик-

росхем компараторов, аналоговых ключей, булевых логических элементов "исключающее ИЛИ", которые могут быть использованы при построении кодоуправляемых реляторов. На основе проведенного анализа разработаны кодоуправляемые реляторы с заданными техническими характеристиками (быстродействие, точность, ток потребления и др-)

а) в) д)

Рис.2

Основные результаты главы опубликованы в [6,9,11,36].

В третьей главе рассмотрены все известные классы реляторных Н-устройств: ранговые предикаторы, адресные и ранговые коммутаторы, позиционные идентификаторы, ранговые фильтры и реляторные процессоры. Отмечены их основные недостатки, заключающиеся прежде всего в ограниченных функциональных возможностях ранговых преди-каторов, ранговых фильтров и адресных коммутаторов, в низкой нагрузочной способности реляторных процессоров квантующего типа и позиционных идентификаторов, а также в том, что при частичном или полном упорядочении входного кортежа аналоговых сигналов реляторные Н-устройства становятся ашгаратурно избыточными.

С целью расширения функциональных возможностей ранговых пре-дикаторов, ранговых фильтров и адресных коммутаторов предложены процедуры синтеза указанных Н-устройств с использованием разработанных в предыдущих главах универсального рангового подграфа и (или) элементного базиса кодоуправляемых реляторов. В соответствии с предложенными процедурами синтеза построены базовые схемы

кодоуправляемых рангового предикатора, рангового фильтра и адресного коммутатора.

Теоретический анализ базовой схемы кодоуправляемого рангового предикатора показал, что ее достоинством является многофункциональность, так как впервые появилась возможность воспроизведения логической операции (5) любого выбранного ранга ге{1,г ,г2,п}

(^€{2,3.....п-1}, г2=п+1 -г1) без изменения базовой схемы. При

этом настройка такого предикатора на выбранный ранг осуществляется цифровыми управляющими сигналами.

Аналогичным достоинством обладают кодоуправляемые ранговый фильтр и адресный коммутатор. В зависимости от цифровых управляющих сигналов кодоуправляемый ранговый фильтр (адресный коммутатор) воспроизводит логическую операцию селекции (адресной идентификации) аналогового сигнала , ....х^ любого

выбранного ранга г€{1....,п> (ге{1,r2,n}) без изменения исходной структуры.

Новизна предложенной схемы кодоуправляемого рангового фильтра подтверждена патентом [2].

Для повышения нагрузочной способности позиционных идентификаторов и реляторных процессоров предложено использовать при их построении кодоуправляемые реляторы. Теоретический анализ, полученных при этом схемных решений показал, что достигнуто уменьшение выходного сопротивления в два и более раз.

Новизна структур предложенных позиционных идентификаторов подтверждена патентами [3,4].

На примере построения базовой схемы позиционного идентификатора показано использование математической модели (1) и кодоуправляемых реляторов для синтеза безызбыточных при заданном упорядочении входного кортежа аналоговых сигналов реляторных R-устройств.

Регулярность структур разработанных R-устройств обеспечивает возможность их однокристальных реализаций на основе электронных технологий современных СБИС.

Рассмотрены R-устройствз с нерегулярной реляторной структурой, ориентированные в основном на аппаратурную реализацию с использованием традиционной аналоговой и цифровой элементной базы. Показано, что обобщенная нерегулярная реляторная структура (НРС) состоит из соединенных последовательно компараторного блока, логического блока и блока аналоговых ключей, а принцип ее работы основан на однозначной зависимости между количеством неинверсных

(инверсных) предикатов в выражении (3), являющемся ядром логико-алгебраической модели НРС, и рангом идентифицируемой предикатной переменной х± в кортеже (х1,...,хп). Отмечен основной недостаток известных НРС, который заключается в сложности логического блока, и, как следствие, в больших аппаратурных затратах.

Разработана базовая схема свободного от указанного недостатка рангового коммутатора (рис.3), в котором принцип работы НРС реализован в определении ранга г идентифицируемого аналогового сигнала х в кортеже (х,х1 .....Хр) путем подсчета количества к единиц в коде l,...In СЦ,...есть сигналы на выходах компараторов , — .Кд соответственно), при этом г=к+1.

Логический блок указанного коммутатора построен на базе ПЗУ с п входами и п+1 выходами. В п+1-разрядные ячейки этого ПЗУ, n-разрядные адреса которых имеют одинаковое количество единиц, записаны одинаковые коды, содержащие единицу только в одном определенном разряде. Таким образом, по номеру разряда, установленного в единицу (все остальные п разрядов установлены в ноль), мокло судить о ранге сигнала х, при этом замкнут один из аналоговых

ключей S1,....Sn+1.

Самым ответственным и трудоемким при разработке и изготовлении рангового коммутатора (рис.3) для обработки входного кортежа аналоговых сигналов большой размерности, является процесс составления таблицы прошивки ПЗУ. Для автоматизации указанного процесса разработана прикладная программа, которая генерирует по заданному п+1 (размер кортежа аналоговых сигналов) файл в шестнадцатиричном формате INTEL, содержащий коды, предназначенные для записи в ПЗУ. Файл в указанном формате является входным файлом для большинства системных программаторов.

Все полученные новые схемотехнические решения аппаратной реализации реляторных R-устройств обладают высокой концентрацией воспроизводимых операций и функций. Например, адресный или ранговый коммутатор и позиционный идентификатор могут воспроизводить функции двустороннего параллельного ограничения, фильтрации верх-

П-h 1

hJ1

V ..А п

ROM

V . .D ,, ш-1

-МЛ-

.(1)

г, , Г 71 .

щ 1;

"trl-M

Ч-Z

(п+1 )

РИС.3

I

К

- и -

них или нижних уровней аналогового сигнала, допускового контроля, функции режекторной или селекторной фильтрации. Кроме того, позиционный идентификатор воспроизводит полный класс унарных логических функций многозначной логики, а также кусочно-сшитые функции временного аргумента.

Основные результаты главы опубликованы в [5,7,8,12,17,18].

В четвертой главе рассматриваются возможности и перспективы применения реляторов и реляторных Н-устройств для решения различных технических задач.

Показано, что ранговые фильтры и реляторы с кодовым управлением могут применяться в качестве восстанавливанвде-диагностирущих органов в системах резервированных аналоговых устройств, имеющих как одинаковые, так и разные типы катастрофических отказов. Достоинством указанных органов является возможность не только обеспечивать работоспособность системы при отказе некоторых ее резервированных устройств, но и идентифицировать отказавшее устройство.

Рассмотрены гибридно-реляторные устройства, состоящие из реляторов или реляторных Н-устройств и традиционной элементной базы, такие как, мультшлексорный и демультиплексорный решающие усилители, устройство для подавления импульсных кратковременных помех, наложенных на полезный сигнал, униполярные и биполярные аналого-цифровые преобразователи поразрядного кодирования с представлением результата двоичным параллельным кодом или кодом Грея, а также интегрирующий аналого-цифровой преобразователь напряжение-время с заданной амплитудой изменения напряжения на выходе интегратора.

Показано, что реляторы и реляторные Я-устройства могут успешно применяться при построении некоторых основных узлов в нечетких контроллерах, таких например, как блок базы правил или формирователь функций принадлежности-

Рассмотрены пути расширения функциональных возможностей периферийных измерительных устройств (датчиков) систем автоматического управления, такие как децентрализация "интеллекта" - передача некоторых функций обрабатывающего комплекса системы управления датчикам, а также обеспечение возможности экспресс-анализа измеряемой физической величины непосредственно в месте установки датчика. Для реализации указанного могут быть предложены датчики, содержащие соответственно селекторный релятор или реляторный позиционный идентификатор, процедуры построения которых рассмотрены

в предыдущих главах. Разработаны и апробированы принципиальные электрические схемы этих реляторных й-устройств, а также рассмотрены вопросы их сопряжения с узлами, традиционно входящими в состав датчиков.

Основные результаты главы опубликованы в [16,27,28,30,333.

В приложении 1 приведена программа, формирующая коды, которые определяют работу логического блока в нерегулярном ранговом коммутатор« (рис.3).

В приложении 2 приведен акт, подтверждающий использование результатов диссертационной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным результатом диссертационной работы является развитие логико-алгебраического аппарата ПАВ для обеспечения возможности синтеза многофункциональных и безызбыточных структур реляторных И-устройств, а также разработка схемотехнических решений их аппаратной реализации.

Основные итоги теоретических и экспериментальных исследований, проведенных автором в диссертационной работе, заключаются в следующем:

1. Разработаны и исследованы математические модели многофункциональных и безызбыточных реляторных И-устройств.

2. В качестве базового элемента для схемной реализации указанных моделей предложен кодоуправляемый релятор, обладающий по сравнению с традиционными реляторами более широкими функциональными возможностями. Кроме того, кодоуправляемый релятор без каких-либо принципиальных ограничений сопрягается с традиционной аналоговой и цифровой элементной базой. При этом возможно построение гибридных вычислительных средств для высокопроизводительной обработки информации.

3. В элементом базисе кодоуправляемых реляторов разработаны схемотехнические решения аппаратной реализации предложенных математических моделей с получением конкретного положительного эффекта, который заключается в расширении функциональных возможностей й-устройств (воспроизведение различных функций и операций без изменения исходной структуры), в уменьшении аппаратурных затрат при их построении и в повышении их нагрузочной способности.

Новизна разработанных схемотехнических решений подтверждена

патентами РФ [1-5].

4. Рассмотрены возможности и показана эффективность применения реляторной схемотехники для решения задач диагностики, аналого-цифрового преобразования, обработки нечеткой информации, распознавания образов и др.

5. Разработаны и апробированы принципиальные электрические схемы реляторного позиционного идентификатора и селекторного ре-лятора. Указанные Л-устройства использованы в НПП НОРМА г.Ульяновск для расширения функциональных возможностей датчиков давления; которые разрабатываются и изготавливаются на этом предприятии.

Материалы диссертации отражены в следующих работах:

1. Патент РФ по заявке Jfc 96103072. Реляторный амплитудный селектор// Волгин Л.И., Андреев Д.В. -заявлено 15.02.96г. Положительное решение ВНИИГПЭ от 27.10.97г.

2. Патент РФ по заявке № 96102924. Ранговый Фильтр// Волгин Л.И., Андреев Д.В. -заявлено 15.02.96г. Положительное решение ВНИИГПЭ от 2T.01.98r.

3. Патент РФ по заявке И 96106360. Реляторный идентификатор// Андреев Д.В., Волгин Л.И., -заявлено 02.04.96г. Положительное решение ВНИИГПЭ от 29.10.97г.

4. Патент РФ по заявке jfc 96107544. Реляторный позиционный идентафпсатор// Андреев Д.В., Волгин Л.И., -заявлено 18.04.96г. Положительное решение ВНИИГПЭ от 29.10.97г.

5. Патент РФ по заявке № 96108178. Реляторный коммутатор// Андреев Д.В., Волгин Л.й. -заявлено 23.04.96. Положительное решение ВНИИГПЭ от 12.05.97г.

6. Андреев Д.В., Волгин Л.И. Номенклатура операций и функций, воспроизводимых кодоуцравляэмым релятором.УлГГУ-Ульяновск, 1997, 11с. Деп. В ВИНИТИ » 1236-В97.

7. Андреев Д.В. Волгин Л.И. Синтез реляторных коммутационно-логических преобразователей с кодовым управлением. УлГТУ-Ульяновск,1997, 9с. Деп. в ВИНИТИ » 1237-В97.

8. Андроов Д.В., Волгин Л.И. Позиционные функции предикатной алгебры выбора. УлГТУ-Ульяновск,1997, 9с. Деп. в ВИНИТИ № 1235-В97.

9. Андреев Д.В., Волгин Л.И., Самчелейкин C.B. Реляторы. Информационный листок # 54-97.ЦНТИ-Ульяновск,1997,4с.

10. Волгин Л.И., Миронов С.Н., Андреев Д.В. Элементный базис предикатной алгебры выбора//Труды международной науч.-техн. конф. "Непрерывно-логические и нейронные сети и модели".-Ульяновск:УлГТУ,1995.-т.2-G.33-38.

11. Андреев Д.В., Волгин Л.И. Двухпороговый идентификатор для допускового контроля аналоговых устройств//Сборник тезисов международной науч.-техн. конф. "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем". -Пенза :1ШГУ, 1996. -С. 8Q-81.

12. Андреев Д.В., Волгин Л.И. Многопороговый идентификатор для допускового контроля аналоговых устройств//Там же.-С.81-83.

13. Андреев Д.В., Волгин Л.И. Логический восстанавливающий орган//Там же.-С.78-79.

14. Волгин Л.М., Андреев Д.В. Синтез программируемых релятор-ных процессоров для воспроизведения сопряженных НЛ- и ПАВ - функций/Дворник тезисов международной науч.-техн. конф. "Непрерывная и смежные логики в технике, экономике и социологии". -Пенза:ПДЗ,1996.-С.102-105.

15. Волгин Л.И., Андреев Д.В. Дуально-инвертируемые реляторы и амплитудные селекторы с потенциально-кодовым управлением//Там же.-С.105-107.

16. Андреев Д.В., Волгин Л.М., Самчелейкин С.В. Логический восстанавливающий орган с идентифицирующим каналом//Сборншс тезисов международной науч.-техн. конф. "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем'-Пенз а:ПГТУ, 1997.-С.94.

17. Андреев Д.В., Волгин Л.М. Синтез ранговых фильтров с кодовым управлением в элементном базисе реляторных амплитудных селекторов//Там же.-С.94-95.

18. Андреев Д.В., Волгин Л.И. К вопросу об улучшении технических характеристик ранговых распознавателей//Сборник тезисов 2-й международной науч.-техн. конф. "Интерактивные системы: Проблемы человеко-компыотерного взаимодействия".-Ульяновск:УлГГУ,1997.-ч.2 -С.59-61.

19. Андреев Д.В., Волгин Л.И. Ранговые распознаватели на основе R-функций предикатной алгебры выбора//'Там же.-С.61-63.

20. Андреев Д.В., Волгин Л.М. Ранговые функции непрерывной логики//Там же.-С.45-47.

21. Волгин Л.И., Андреев Д.В. Релятор - схемный элемент для промышленных электромеханических систем//Сборник тезисов респ.

науч.-техн. конф. с международным участием "Проблемы промышленных электромеханических систем и перспективы их развития". -Ульяновск:УлГТУ,1996.-ч.1-С.68-71.

22. Волгин Л.И., Андреев Д.В. Адресно-ранговый идентификатор для контроля и диагностики многопараметрических объектов// Сборник тезисов российской науч.-техн. конф. "Методы и средства оценки и повышения надежности приборов, устройств и систем".-Пенза:ПДНТП,1994.-ч.2-0.52-53.

23. Волгин Л.И., Андреев Д.В. Релятор и реляторные модели нейронных сетей//Сборник тезисов 1-й российской науч.-техн. конф. "Непрерывная логика и ее применение в технике, экономике и социологии". -Пенза :1ЩГГП, 1994. -С. 94-95.

24. Андреев Д.В., Волгин Л.И. Одноплатный контроллер для системы датчиков физических величин//Сборник тезисов науч.-техн. конф. "Диагностика, информатика, метрология, экология, безопасность - 96".-С-Петербург:1996.-С.214.

25. Андреев Д.В., Волгин Л.И. Реляторный коммутационно-логический процессор с кодовым управлением для диагностики многопараметрических объектов//Там же.-С.184.

25. Андреев Д.В. Децентрализация "интеллекта" в автоматизированных системах управления процессом переработки с/х продукции//Сборник тезисов региональной науч.-практ. конф. "Arpo-Волга-97".-Ульяновск: Ул1ТУ,1997. -С.7-8.

27. Андреев Д.В. Устройство измерения и контроля давления// Сборник тезисов региональной науч.-практ. конф. "Наукоемкие технологии товаров народного потребления".-Ульяновск:УлГГУ,1997. -С.55.

28. Андреев Д.В. Датчик-реле давления//Там же.-С.55-56.

29. Волгин Л.И., Андреев Д.В., Самчелейкин С.В. Реляторы -многофункциональные схемные элементы общего применения// Там же.-С.56-57.

30. Андреев Д.В. Процессорная система взаимно резервированных датчиков давления//Сборник тезисов региональной науч.-практ. конф. "Наука - производству. Конверсия сегодня".-Ульяновск: УлГГУ,1997. -С.5-6.

31. Андреев Д.В., Волгин Л.И. Реляторный идентификатор для допусковаго контроля аналоговых устройств//Там же.-С.6-7.

32. Волгин Л.И., Андреев Д.В., Самчелейкин С.В. Реляторы//Там же.-С.44-45.

33. Андреев Д.В., Волгин Л.И. Реляторные непрерывно-логические

АЦП// Сборник тезисов региональной науч.-практ. конф. с международным участием "Новые методы, средства и технологии в науке, промышленности и экономике".-УльяновскгУлГГУ,1997.-Ч.1-С.51-52.

34. Волгин Л.И., Андреев Д.В. Ранговый фильтр с кодовым улравлением//Сборник тезисов ЗО-й науч.-техн. конф. УлГГУ.-Ульяновск:УлГТУ, 1996.-С.38-39.

35. Волгин Л.И., Андреев Д.В. Реляторный предикатор с кодовым управлением //Там же.-С.37-38.

36. Андреев Д.В. Релятор с кодовым управлением//Там же.-С.35--37.

37. Андреев Д.В. Универсальная топологическая модель ранговой функции ПАВ//Сборник тезисов 31-й науч.-техн. конф. УлГГУ. -Ульяновск:УлГГУ, 1997.-0.31 -32.

38. Андреев Д.В., Честнов Д.А. Ранговый коммутатор//Там же. -С.29-30.

39. Андреев Д.В. Селекторный релятор//Там же.-С.30-31.

40. Андреев Д.В. Минимизация ранговой функции ПАВ при упорядочении предикатных переменных//Там же.-С.29.

41. Волгин Л.П., Андреев Д.В., Самчелейкин C.B. Результаты исследования схем одаопороговых релятсров//Там же.-С.34.

Подписано в печать 19.03.98г. Формат 60x84/16. Бумага 80 гр/м . Печать ризограф. Усл.печ.л. 1,3. Уч.-изд.л. 0,83. Тираж 100 экз.

Заказ

Типография Ульяновского государственного технического университета 432027 г. Ульяновск, Сев. Венец 32.