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    • 专利摘要:
    Esexistiert der bekannte Konverter von Kartesische- in Polarkoordinaten(KPK-Konverter), der besteht aus einem oder zwei Schaltungen derMultiplikation-Division (kurz Schaltung) und des Rechners der rückgängigen trigonometrischenFunktion von dem Quotient der zwei Größen (kurz Rechner). KPK-Konverterhat die großenFehler. Die Aufgabe der Erfindung ist die Erhöhung der Genauigkeit der Einrichtung.Für die Errungenschaftendiesen Ziels:a) KPK-Konverter besteht aus einem Generator (4)Rechteckimpulse, einem ersten (5) elektronischen Schalter (kurz Schalter),gepaarten Schaltern (15), einem Integrator (6), einem Bandpassfilter(7), einem ersten (8) und einem zweiten (10) Summierer und einemersten (9) und einem zweiten (13) Invertor, einem ersten (11) undeinem zweiten (14) Komparator, einem Demodulator (12) und zwei identischen Schaltungen(1) und (2), wobei die Schaltung (1) oder die identische Schaltung(2) besteht aus einem dritten Komparator (16), einem zweiten Schalter(17), einem zweiten Demodulator (18) und einem dritten Invertor(19), wobei diese Elemente untereinander entsprechend Patentanspruch verbundensind;b) hier sind als die nichtlinearen Elemente nur die Komparatorenund die Schalter;c) Schaltungen der Multiplikations-Division(1) und (2) werden ohne Nutzung der Methode der rückgängigen Funktion ausgeführt;d)der Methode der nichtlinearen Pulsbreitenmodulation wird für die Realisierungder Funktion arcsin verwendet;e) der ...
    公开号:DE102004030768A1
    申请号:DE200410030768
    申请日:2004-06-25
    公开日:2006-06-14
    发明作者:Zinoviy Lerner
    申请人:Lerner, Zinoviy, Dipl.-Ing.；
    IPC主号:G06G7-22
    专利说明:
    [0001] DieErfindung wird auf die Analogrechentechnik bezogen und wird für die Nutzungin den Analog- und Hybridcomputeren, die Einrichtungen der Automatisierung,die Messungen, die Verbindungen, usw. vorherbestimmt.
    [0002] Esexistiert der bekannt Konverter von Kartesische- in Polarkoordinaten(KPK-Konverter),der besteht aus einem oder zwei Schaltungen der Multiplikation – Division(kurz Schaltung) und des Rechners der rückgängigen trigonometrischen Funktionvon dem Quotient der zwei Größen (kurzRechner) ([1], Abb. 11.47, 11.48; [2], 2.3.21)
    [0003] KPK-Konverterhat die großenFehler.
    [0004] DieAufgabe der Erfindung ist die Erhöhung der Genauigkeit der Einrichtung.Die Lösungdieser Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs angegeben.
    [0005] ZurErläuterungder Erfindung ist eine Zeichnung beigefügt. Die Figuren der Zeichnungzeigen im Einzelnen:
    [0006] 1 einBlockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung,
    [0007] 2 einBlockschaltbild der zwei identische Schaltungen der Multiplikation – Division(kurz Schaltungen), die der Einrichtung bilden,
    [0008] 3 ZeitlicherVerlauf der Signale.
    [0009] DerKPK-Konverter besteht (1) aus zwei identischen Schaltungen(1) und (2), dem Rechners (3), einemGenerator (4) Rechteckimpulse, einem ersten elektronischenSchalter (kurz Schalter) (5), einem Integrator (6),einem Bandpassfilter (7), einem ersten (8) undeinem zweiten (10) Summierer und einem ersten Invertor(9), wobei der Ausgang des Generators (4)mit dem Steuereingang des ersten Schalters (5) verbundenist, dessen „Kontakt" (34) mitdem Eingang des Integrators (6) verbunden ist, dessen Ausgangmit dem Eingang (24) der erste Schaltung (1) undmit dem Eingang (28) der zweite Schaltung (2)und mit dem Eingang des Bandpassfilters (7) verbunden ist,dessen Ausgang mit dem Eingang (34) des Rechners (3)verbunden ist, dessen Eingang (35) mit dem Eingang (21)des KPK-Konvertersund mit den Eingänge(29), (30) der zweite Schaltung (2) verbundenist, deren Ausgang (31) mit dem ersten Eingang des erstenSummierers (8) verbunden ist, dessen zweiten Eingang mitdem Ausgang (27) der erste Schaltung (1) verbundenist, deren Eingänge(25) und (26) mit dem Eingang (20) desKPK-Konverters undmit dem Eingang (37) des Rechners (3) verbundenist, dessen Ausgang (46) mit dem ersten Eingang des zweitenSummierers (10) verbunden ist, dessen zweiten Eingang mitdem Ausgang (47) des Rechners (3) verbunden ist,dessen Eingang (38) mit der Masse verbunden ist, und derAusgang des zweiten Summierers (10) mit dem Ausgang (23)des KPK-Konverters verbunden ist, dessen Ausgang (22) mitdem Ausgang des ersten Summierers (8) und mit dem Eingangdes ersten Invertors (9) und mit dem „Kontakt" (32) des ersten Schalters(5) verbunden ist, dessen „Kontakt" (33) mit dem Ausgang des erstenInvertors (9) verbunden ist, wobei Rechner (3)besteht aus erste (11) und zweite (14) Komparatoren,einem Demodulator (12), einem zweite Invertor (13)und gepaarten Schaltern (15), wobei der Eingang (34)des Rechners (3) mit dem invertierende Eingang des erstenKomparators (11) verbunden ist, dessen uninvertierendeEingang mit dem Eingang (35) des Rechners (3)verbunden ist, dessen Eingang (37) mit dem invertierendeEingang des zweiten Komparators (14) verbunden ist, dessenAusgang (39) mit dem Steuereingang der gepaarten Schalter(15) verbunden ist, deren „Kontakt" (44) mit dem Ausgang des zweiten Invertors(13) verbunden ist, dessen Eingang mit dem „Kontakt" (43) undmit dem Ausgang des Demodulators (12) verbunden ist, dessenEingang mit dem Ausgang (36) des ersten Komparators (11)verbunden ist, und Masse mit dem Eingang (38) des Rechners(3) und mit dem uninvertierende Eingang des zweite Komparators (14)und mit dem „Kontakt" (40) dergepaarten Schalter (15) verbunden ist, deren „Kontakt" (42) mitdem Ausgang (46) des Rechners (3) verbunden ist,dessen Ausgang (47) mit dem „Kontakt" (45) der gepaarten Schalter (15)verbunden ist, deren „Kontakt" (41) mitdem „Plus" SpannungsquelleE0 (E0 ist zu demWert π proportional) verbundenist, dessen „Minus" mit der Masse verbundenist, wobei die Schaltung (1) (oder die identischeSchaltung (2)) besteht (2) aus einemdritten Komparator (16), einem zweiten Schalter (17),einem zweiten Demodulator (18) und einem dritten Invertor(19), wobei der Ausgang des dritten Komparators (16)mit dem Steuereingang des zweiten Schalters (17) verbundenist, dessen „Kontakt" (53) mitdem Eingang des zweiten Demodulators (18) verbunden ist,dessen Ausgang mit dem Ausgang (54) der Schaltung verbundenist, deren Eingang (48)) mit dem invertierende Eingangdes dritten Komparators (16) verbunden ist, dessen uninvertierendeEingang mit dem Eingang (49) der Schaltung verbunden ist,deren Eingang (50) mit dem „Kontakt" (51) des zweiten Schalters(17) und mit dem Eingang des dritten Invertors (19)verbunden ist, dessen Ausgang mit dem „Kontakt" (52) des zweiten Schalters(17) verbunden ist.
    [0010] DerKPK-Konverter funktioniert folgendermaßen.
    [0011] GanzeEinrichtung (1) besteht aus zwei Teilen. Dererste Teil besteht aus zwei identischen Schaltungen (1)und (2), dem Generator (4) Rechteckimpulse, demersten Schalter (5), dem Integrator (6), dem erstenSummierer (8) und dem ersten Invertor (9), undwird fürdie Berechnung des Vektorbetrages r = √x² + y², (1)vorherbestimmt.Der zweite Teil besteht aus dem Generator (4) Rechteckimpulse,dem ersten Schalter (5), dem Integrator (6), demBandpassfilter (7), den Rechner (3) und dem zweitenSummierer (10), und wird für die Berechnung des Winkels φ vorherbestimmt.
    [0012] Laß die Signalex(t) und y(t) gelangen auf die Eingänge (20) und (21).Wir werden das positive Signal auf dem Ausgang des Summierers (8)z(t) bezeichnen und wir werden ihn bestimmen. Der Generator (4)erzeugt die zweipolaren Rechteckimpulse q(t) (3A),die die Arbeit des Schalters (5) leiten. T ist die Schwingungsdauer.Die Kontakte (32) und (34) sind im Laufe der positivenHalbperiode geschlossen. Die Kontakte (33) und (34)sind im Laufe der negativen Halbperiode geschlossen. Die positiveSpannung z = z(t) gelangt zu dem "Kontakt" (32), seine Inversion gelangtzu dem "Kontakt" (33). DieSpannung z(t) ändertsich langsam im Vergleich zu der Impulsspannung q(t). Deshalb verwirklichtder Schalter (5) die Amplitudenimpulsmodulation (AIM).Der Integrator (6) wird die zweipolaren Rechteckimpulsez(t)q(t) (AIM-Signal, 3B ) in diezweipolaren Dreieckimpulse z(t)d(t) (3C)umwandeln ([1], S.923 ). Die Spannung z(t)d(t) gelangt zu den Eingänge (24)und (28) der Schaltungen (1) und (2),d.h. zu dem invertierend Eingang des dritte Komparators (16) (2),und die sich langsam veränderlichzweipolare Spannung x = x(t) gelangt zu den Eingänge (25) und (26)der Schaltungen (1), d.h. zu dem uninvertierend Eingangdes Komparators (16) und zu dem Eingang des Invertors (19).Das Signal auf dem Ausgang des Komparators (16) ist ([1],[2], [3]) die zweipolaren Pulsbreitenmodulationsimpulse m(t) (3D), wobei T = T+ +T– T+ ist die Zeit, im Laufe deren x(t) > z(t)d(t). Und T– istdie Zeit, im Laufe deren x(t) < z(t)d(t).Die Gleichung x(t) = z(t)d(t) ist der Gleichung x(t)/z(t) = d(t)gleichbedeutend. Deshalb ist der Mittelwert der Spannung auf demAusgang des Komparators (16) ([3], 5.287, 288) zur Größe x(t)/z(t)proportional. Der Schalter (17) und der Invertor (19)arbeiten ähnlichdem Schalter (5) und dem Invertor (9). Deshalbgelangt zu dem Eingang des Demodulators (18) (Tiefpässefilter)zweipolaren Rechteckimpulse x(t)m(t), die auch nach der Dauer (diedem Wert x(t)/z(t) proportional ist), und nach der Amplitude (dieder zweipolaren „langsam" Eingangsspannungx(t) proportional ist), moduliert sind (3F).Deshalb ist der Mittelwert der Spannung auf dem Eingang der Demodulator(18) zur Größe x2(t)/z(t) proportional. Die Ausgangsspannungdes Demodulators (18), die zur Ausgangsspannung der Schaltung(1) (Ausgang (27)) übereinstimmt, ist zur Größe x2(t)/z(t) proportional auch. Die Spannungauf dem Ausgang (31) der Schaltung (2) ist gleichnach der Analogie y2(t)/z(t). Also, dieSpannung auf dem Ausgang des Summierers (8) ist gleich,einerseits z(t), und andererseits, x2(t)/z(t)+ y2(t)/z(t). Von hier ausfolgt die Gleichung z(t) = √x²(t) + y²(t) =r(t). (1a)
    [0013] Undjetzt werden wir zur Erklärungder Arbeit des zweiten Teiles des KPK-Konverters übergehen. Dreieckimpulse r(t)d(t)(3C) gelangen auf dem Eingang desBandpassfilters (7). Die erste „Harmonische"(AM-Signal r(t)sin(t/T))dieser Spannung gelangt vom Ausgang des Bandpassfilters (7)auf den invertierend Eingang des Komparators (11). Derzweipolare Eingangssignal y(t) gelangt auf den uninvertierendenEingang des Komparators (11). Der Komparator (11)verwirklicht nichtlinear Pulsbreitenmodulation, ebenso wie den Komparator(16) linear Pulsbreitenmodulation verwirklicht [4], wobeiT = T+ + T–,T+ ist die Zeit, im Laufe deren y(t) > r(t)sin(t/T). UndT– istdie Zeit, im Laufe deren y(t) < r(t)sin(t/T).Die Umschaltungen des Komparators (11) geschehen in dieMomente der Erfüllungder Gleichung sin(t/T) = y(t)/r(t). Die Signale y(t) und r(t) ändern sichlangsam im Vergleich zu dem Signal sin(t/T). Deshalb ist der Mittelwertder Spannung auf dem Ausgang des Komparators (11) zur Größe (T+ – T–)/(T+ + T–) = arcsin(y(t)/r(t))proportional ([3], S.287, 288); [4]). Die Ausgangsspannung des Demodulators(12) ist zur Größe arcsin(y(t)/r(t))proportional auch. Wenn x (t) > 0 ist,so ist die Ausgangsspannung des Komparator + US,und die Ausgangsspannung des Demodulators (12) gelangt durchdie geschlossenen „Kontakte" (43) und(45) der gepaart Schalter (15) und durch den Summierer (10)auf den Ausgang des KPK-Konverters (23).
    [0014] Wennx (t) < 0 ist,so ist die Ausgangsspannung des Komparator – US,und die Ausgangsspannung des Invertors (13) gelangt durchdie geschlossenen „Kontakte" (44) und(45) der gepaart Schalter (15) auf den erste Eingangdes Summierer (10), und ein Signal E0 (der π = 3,14...proportional ist) gelangt durch die geschlossenen „Kontakte" (41) und(42) der gepaart Schalter (15) auf den zweiteEingang des Summierer (10). Also, das Signal auf den Ausgang(22) des KPK-Konvertersist zu dem Wert r(t) proportional, und das Signal auf den Ausgang(23) des KPK-Konverters ist zu dem Wert
    [0015] DerKPK-Konverter ist prinzipielle eine nichtlineare Einrichtung. Esist viel Verfahren der Verwirklichung der nichtlinearen Operationenbekannt. Eine genauste Methode der Verwirklichung der nichtlinearen Operationder Multiplikation ist die Methode linear Pulsbreitenmodulation([2], chapter 3.2, Tabl. 3.2.3 ). Der Multiplizierer, der nach dieserMethode arbeitet, enthältdie Komparatoren und die Schalter als die nichtlinearen Elemente.Ihre Eigenschaften sind nah an den Eigenschaften der idealen Elemente.Die Unterschiede der übrigennichtlinearen Elemente (Dioden und die Transistoren, die auf exponentialenBereiche Strom-Spannung-Kennlinien arbeiten) von idealen nichtlineareElementen bringen zu dem bemerkenswerteren Fehler an. Außerdem diehohe Genauigkeit kann nicht bei der Nutzung der Methode der rückgängig Funktionbekommen sein ([2], chapter 3.3, Tabl. 3.3.4). Alle Unterschiededer angebotenen Einrichtung von den bekannten Einrichtungen sindvom oben erwähntenVerstand diktiert. Diese Unterschiede sind: a) die Nutzung nur derKomparatoren und der Schalter als die nichtlinearen Elemente, b)die AusführungSchaltungen der Multiplikation-Division (1) und (2)ohne Nutzung der Methode der rückgängig Funktion,c) der Ersatz arctan auf arcsin, d) die Nutzung der Methode dernichtlinear Pulsbreitenmodulation für die Realisierung der Funktionarcsin und e) das Erhalten des Sinusförmigssignals aus den dreieckigenImpulsen mit Hilfe der linearen Operation.
    Literatur
    [1] Halbleiter- Schaltungstechnik. U.Tietze, Ch.Shenk. 11.Auflage, 1999 [2] Nonlinear circuits handbook. Designing with analog functionmodules and IC's.Edited by Daniel H. Sheingold. Published by Analog Devices, Inc.,USA, 1974,1976 [3] Elektronische Analog- und Hybridrechner. H.Adler, G.Neidhold.VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin, 1974 [4] Funktion generation and nonllinear analag computation withnjnllinear pulse width modulation. J.N.M. de Jong, D.E.Limbert,C.K. Taft. University of New Hampshire, Durham, USA. Konferenz:ADVANCES IN INSTRUMENTATION, ISA-75 ANNUAL CONF.* Band 30 (1975)1 Seite 562.1–562.6
    权利要求:
    Claims (1)
    [1] Konverter von Kartesische- in Polarkoordinaten(KPK-Konverter), bestehend aus zwei Schaltungen (1) und(2) der Multiplikation – Division (kurz Schaltung)und einem Rechner (3) der rückgängigen trigonometrischen Funktionvon dem Quotient der zwei Größen (kurzRechner), bestehend weiterhin aus a) einem Generator (4)Rechteckimpulse, einem ersten elektronischen Schalter kurz Schalter)(5), einem Integrator (6), einem Bandpassfilter(7), einem ersten (8) und einem zweiten (10)Summierer und einem ersten Invertor (9), wobei b)der Ausgang des Generators (4) mit dem Steuereingang desersten Schalters (5) verbunden ist, dessen c) „Kontakt" (34) mitdem Eingang des Integrators (6) verbunden ist, dessen d)Ausgang mit dem Eingang (24) der erste Schaltung (1)und mit dem Eingang (28) der zweite Schaltung (2) undmit dem Eingang des Bandpassfilters (7) verbunden ist,dessen e) Ausgang mit dem Eingang (34) des Rechners(3) verbunden ist, dessen f) Eingang (35)mit dem Eingang (21) des KPK-Konverters und mit den Eingänge (29),(30) der zweite Schaltung (2) verbunden ist, deren g)Ausgang (31) mit dem ersten Eingang des ersten Summierers(8) verbunden ist, dessen h) zweiten Eingang mit demAusgang (27) der erste Schaltung (1) verbundenist, deren i) Eingänge(25) und (26) mit dem Eingang (20) desKPK-Konverters und mit dem Eingang (37) des Rechners (3)verbunden ist, dessen j) Ausgang (46) mit dem erstenEingang des zweiten Summierers (10) verbunden ist, dessen k)zweiten Eingang mit dem Ausgang (47) des Rechners (3)verbunden ist, dessen l) Eingang (38) mit der Masseverbunden ist, und m) der Ausgang des zweiten Summierers (10)mit dem Ausgang (23) des KPK-Konverters verbunden ist, dessen n)Ausgang (22) mit dem Ausgang des ersten Summierers (8)und mit dem Eingang des ersten Invertors (9) und mit dem „Kontakt" (32) desersten Schalters (5) verbunden ist, dessen o) "Kontakt" (33) mitdem Ausgang des ersten Invertors (9) verbunden ist, wobei p)Rechner (3) besteht aus erste (11) und zweite(14) Komparatoren, einem Demodulator (12), einemzweite Invertor (13) und gepaarten Schalter (15),wobei q) der Eingang (34) des Rechners (3)mit dem invertierende Eingang des ersten Komparators (11)verbunden ist, dessen r) uninvertierende Eingang mit dem Eingang(35) des Rechners (3) verbunden ist, dessen s)Eingang (37) mit dem invertierende Eingang des zweitenKomparators (14) verbunden ist, dessen ß) Ausgang(39) mit dem Steuereingang der gepaarten Schalter (15)verbunden ist, deren t) „Kontakt" (44) mitdem Ausgang des zweiten Invertors (13) verbunden ist, dessen u)Eingang mit dem „Kontakt" (43) undmit dem Ausgang des Demodulators (12) verbunden ist, dessen v)Eingang mit dem Ausgang (36) des ersten Komparators (11)verbunden ist, und w) Masse mit dem Eingang (38) desRechners (3) und mit dem uninvertierende Eingang des zweiteKomparators (14) und mit dem „Kontakt" (40) der gepaarten Schalter(15) verbunden ist, deren x) „Kontakt" (42) mit dem Ausgang (46)des Rechners (3) verbunden ist, dessen y) Ausgang(47) mit dem „Kontakt" (45) dergepaarten Schalter (15) verbunden ist, deren z) „Kontakt" (41) mitdem „Plus" SpannungsquelleE0 (E0 ist zu demWert π proportional)verbunden ist, dessen aa) „Minus" mit der Masse verbunden ist, wobei bb)die Schaltung (1) (oder die identische Schaltung (2))besteht (2) aus einem dritten Komparator (16), einemzweiten Schalter (17), einem zweiten Demodulator (18)und einem dritten Invertor (19), wobei cc) der Ausgangdes dritten Komparators (16) mit dem Steuereingang deszweiten Schalters (17) verbunden ist, dessen dd) „Kontakt" (53) mitdem Eingang des zweiten Demodulators (18) verbunden ist,dessen ee) Ausgang mit dem Ausgang (54) der Schaltungverbunden ist, deren ff) Eingang (48) ) mit dem invertierendeEingang des dritten Komparators (16) verbunden ist, dessen gg)uninvertierende Eingang mit dem Eingang (49) der Schaltungverbunden ist, deren hh) Eingang (50) mit dem „Kontakt" (51) deszweiten Schalters (17) und mit dem Eingang des drittenInvertors (19) verbunden ist, dessen ii) Ausgang mitdem „Kontakt" (52) deszweiten Schalters (17) verbunden ist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004030768B4|2015-06-18|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2006-07-20| 8122| Nonbinding interest in granting licences declared|
    2006-08-10| 8101| Request for examination as to novelty|
    2006-08-10| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2014-10-23| R019| Grant decision by fpc|
    2015-08-06| R082| Change of representative|Representative=s name: STURM, HANS-CHRISTIAN, DE |
    2016-03-19| R020| Patent grant now final|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE102004030768.7A|DE102004030768B4|2004-06-25|2004-06-25|Konverter zur Umwandlung von Kartesischen Koordinaten in Polarkoordinaten|DE102004030768.7A| DE102004030768B4|2004-06-25|2004-06-25|Konverter zur Umwandlung von Kartesischen Koordinaten in Polarkoordinaten|
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