РАНГОВЫЙ ФИЛЬТР
RANKED FILTER

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров и др.
Известны ранговые фильтры (см., например, фиг. 1 в описании изобретения к патенту РФ 2284650, кл. G06G 7/52, 2006 г.), которые содержат реляторы и реализуют выбор минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из четырех входных аналоговых сигналов.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных ранговых фильтров, относятся ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается обработка n входных аналоговых сигналов, где n≥4.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятый за прототип ранговый фильтр (фиг. 1 в описании изобретения к патенту РФ 2284652, кл. G06G 7/52, 2006 г.), который содержит семь реляторов и реализует выбор минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из четырех входных аналоговых сигналов.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относятся ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается обработка n входных аналоговых сигналов, где n≥4.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения реализации выбора минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из n входных аналоговых сигналов, где n≥4.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в ранговом фильтре, содержащем семь реляторов, каждый из которых содержит компаратор, подключенный выходом к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого является входом управления релятора, а выход соединен с управляющим входом замыкающего и размыкающего ключей, выходы которых объединены и образуют выход релятора, первым и вторым входами которого являются соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора, присоединенные соответственно к входам замыкающего и размыкающего ключей, особенность заключается в том, что в него дополнительно введены аналогичные вышеупомянутым реляторы и все реляторы сгруппированы в n+1 (n≥4) групп так, что i-я , n-я и (n+1)-я группы содержат соответственно n-3, n-2 и n реляторов, в каждой группе выход предыдущего релятора соединен с первым входом последующего релятора, выход (n-3)-го релятора первой и выходы (n-3)-х реляторов второй, …, (n-1)-й групп подключены соответственно к первому входу первого и вторым входам первого, …, (n-2)-го реляторов (n+1)-й группы, а второй вход и выход n-го релятора (n+1)-й группы соединены соответственно с выходом (n-2)-го релятора n-й группы и выходом рангового фильтра, подключенного первым и вторым управляющими входами соответственно к объединенным входу управления (n-1)-го релятора (n+1)-й группы, входам управления всех реляторов i-й, n-й групп и объединенным входам управления всех кроме (n-1)-го реляторов (n+1)-й группы.
На фиг. 1 и фиг. 2 представлены соответственно схема предлагаемого рангового фильтра и схема релятора, использованного при построении указанного фильтра.
11
(n+1)n
1
2
1
2
i1
i(n-3)
n1
n(n-2)
(n+1)1
(n+1)n
1(n-3)
2(n-3)
(n-1)(n-3)
(n+1)1
(n+1)1
(n+1)(n-2)
(n+1)n
n(n-2)
(n+1)(n-1)
i1
i(n-3)
n1
n(n-2)
(n+1)1
(n+1)(n-2)
(n+1)n
Ранговый фильтр содержит реляторы 1,…,1, где n≥4. Каждый релятор содержит компаратор 2, подключенный выходом к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3, второй вход которого является входом управления релятора, а выход соединен с управляющим входом замыкающего и размыкающего ключей 4 и 4, выходы которых объединены и образуют выход релятора, первым и вторым входами которого являются соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора 2, присоединенные соответственно к входам ключей 4 и 4. Все реляторы сгруппированы в n+1 групп так, что i-я , n-я и (n+1)-я группы содержат соответственно реляторы 1,…,1, 1,…,1 и 1,…,1, в каждой группе выход предыдущего релятора соединен с первым входом последующего релятора, выход релятора 1 и выходы реляторов 1,…,1 подключены соответственно к первому входу релятора l и вторым входам реляторов 1,…,1, а второй вход и выход релятора 1 соединены соответственно с выходом релятора 1 и выходом рангового фильтра, подключенного первым и вторым управляющими входами соответственно к объединенным входам управления реляторов 1, 1,…,1, 1,…,1 и объединенным входам управления реляторов 1,…,1, 1.
n1
n1
n(n-2)
(n+1)(n-1)
1
2
n-1
n
i1
i1,
i(n-3)
i1
i2
i(n-2)
i1
i(n-2)
1
11
12
1(n-2)
(n-1)1
(n-1)2
(n-1)(n-2)
1
2
Работа предлагаемого рангового фильтра осуществляется следующим образом. На его первом, втором управляющих входах фиксируются соответственно необходимые управляющие сигналы . На первый вход релятора 1, вторые входы реляторов 1,…,1, 1 подаются соответственно аналоговые сигналы (напряжения) х, х, …, x, x (n≥4). На первый вход релятора 1, вторые входы реляторов l...,1 подается соответственно набор x, x, …, x (x, …, x ∈ {x, ..., xn-1}, 1≤i1<…<i(n-2)≤n-1) так, чтобы наборы x, x, …, x - x, x, …, x были неповторяющимися. Если на входе управления релятора (фиг. 2) присутствует логический "0" (логическая "1") и сигнал на его первом входе больше либо меньше сигнала на его втором входе, то ключ 4 соответственно замкнут (разомкнут) либо разомкнут (замкнут), а ключ 4 соответственно разомкнут (замкнут) либо замкнут (разомкнут). Следовательно, если на входе управления релятора (фиг. 2) присутствует логический "0" (логическая "1"), то этот релятор будет выделять на своем выходе наибольший (наименьший) из сигналов, действующих на его первом и втором входах. Таким образом, на выходе предлагаемого фильтра получим
j1
j(n-1)
1
n
k1
k2
1
n
где  и ,  есть символы операций max и min; x, …, x - неповторяющийся набор n-1 аналоговых сигналов из множества {х, …, x}, 1≤j1<…<j(n-1)≤n; x, x - неповторяющийся набор двух аналоговых сигналов из множества {x, …, x}, 1≤k1<k2≤n; N=0,5×n×(n-1). В качестве примера запишем соотношения, к которым сводятся формулы ,  выражения (1) при n=4:
,
.
при n=5:
,
;
при n=6:
,
.
Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемый ранговый фильтр обладает более широкими по сравнению с прототипом функциональными возможностями, так как реализует выбор минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из n входных аналоговых сигналов, где n≥4.