РАНГОВЫЙ ФИЛЬТР
RANK 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 2192045, кл. G06G 7/52, 2002 г.), которые содержат реляторы и с помощью двух управляющих сигналов реализуют выбор минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из четырех входных аналоговых сигналов.
p
p
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных ранговых фильтров, относится низкое быстродействие, обусловленное тем, что максимальное время задержки распространения сигнала в них определяется выражением τ≥4τ, где τ есть время задержки релятора.
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 реляторы и с помощью двух управляющих сигналов реализует выбор минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из четырех входных аналоговых сигналов.
p
p
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится низкое быстродействие, обусловленное тем, что максимальное время задержки распространения сигнала в прототипе определяется выражением τ=3τ, где τ есть время задержки релятора.
Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия при сохранении функциональных возможностей прототипа.
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, первый и второй входы которого соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами компаратора, особенность заключается в том, что в него дополнительно введены два аналогичных упомянутым релятора, в каждом из девяти реляторов третий и четвертый входы соединены соответственно с входами замыкающего и размыкающего ключей, первый и второй информационные входы рангового фильтра соединены соответственно с объединенными первым, четвертым входами второго, первым, третьим входами четвертого реляторов и объединенными вторым, третьим входами второго, вторым, четвертым входами четвертого реляторов, третий и четвертый информационные входы рангового фильтра подключены соответственно к объединенным первому, третьему входам первого, первому, четвертому входам третьего реляторов и объединенным второму, четвертому входам первого, второму, третьему входам третьего реляторов, выходы первого и второго реляторов соединены соответственно с объединенными первым, третьим входами шестого, вторым, третьим входами седьмого, вторым входом восьмого реляторов и объединенными первым, третьим входами пятого, первыми входами седьмого, восьмого реляторов, выходы третьего и четвертого реляторов подключены соответственно к объединенным второму, четвертому входам пятого, второму входу девятого реляторов и объединенным второму, четвертому входам шестого, четвертому входу восьмого, первому входу девятого реляторов, а выходы пятого, шестого, седьмого, восьмого и девятого реляторов соединены соответственно с четвертым входом седьмого, третьим входом восьмого, третьим, четвертым входами девятого реляторов и выходом рангового фильтра, первый и второй управляющие входы которого подключены соответственно к объединенным входам управления третьего, девятого реляторов и объединенным входам управления остальных реляторов.
На фиг.1 и фиг.2 представлены соответственно схема предлагаемого рангового фильтра и схема релятора, использованного при построении указанного фильтра.
1
9
1
2
1
2
2
4
2
4
1
3
1
3
1
2
6
7
8
5
7
8
3
4
5
9
6
8
9
5
6
7
8
9
7
8
9
3
9
Ранговый фильтр содержит реляторы 1, …, 1. 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, входы которых являются соответственно третьим и четвертым входами релятора, первый, второй входы и выход которого образованы соответственно неинвертирующим, инвертирующим входами компаратора 2 и объединенными выходами ключей 4, 4. Первый и второй информационные входы рангового фильтра соединены соответственно с объединенными первым, четвертым входами релятора 1, первым, третьим входами релятора 1 и объединенными вторым, третьим входами релятора 1, вторым, четвертым входами релятора 1, третий и четвертый информационные входы рангового фильтра подключены соответственно к объединенным первому, третьему входам релятора 1, первому, четвертому входам релятора 1 и объединенным второму, четвертому входам релятора 1, второму, третьему входам релятора 1, выходы реляторов 1 и 1 соединены соответственно с объединенными первым, третьим входами релятора 1, вторым, третьим входами релятора 1, вторым входом релятора 1 и объединенными первым, третьим входами релятора 1, первыми входами реляторов 1, 1, выходы реляторов 1 и 1 подключены соответственно к объединенным второму, четвертому входам релятора 1, второму входу релятора 1 и объединенным второму, четвертому входам релятора 1, четвертому входу релятора 1, первому входу релятора 1, а выходы реляторов 1, 1, 1, 1 и 1 соединены соответственно с четвертым входом релятора 1, третьим входом релятора 1, третьим, четвертым входами релятора 1 и выходом рангового фильтра, первый и второй управляющие входы которого подключены соответственно к объединенным входам управления реляторов 1, 1 и объединенным входам управления остальных реляторов.
1
4
1
2
1
1
2
1
4
1
2
Работа предлагаемого рангового фильтра осуществляется следующим образом. На его первый, …, четвертый информационные входы подаются соответственно подлежащие обработке аналоговые сигналы (напряжения) x, …, x; на его первом и втором управляющих входах фиксируются соответственно необходимые управляющие сигналы f и f, f, f2∈{0,1}. Если на входе управления релятора 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). Таким образом, сигнал Z на выходе предлагаемого рангового фильтра при всех возможных вариантах упорядочения сигналов х, …, x и всех возможных комбинациях значений сигналов f, f будет принимать значения, указанные в представленной ниже таблице.
Варианты упорядочения
Z
f<sub>1</sub>=1, f<sub>2</sub>=0
f<sub>1</sub>=0, f<sub>2</sub>=1
f<sub>1</sub>=f<sub>2</sub>=1
f<sub>1</sub>=f<sub>2</sub>=0
x<sub>1</sub><x<sub>2</sub><x<sub>3</sub><x<sub>4</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>1</sub><x<sub>2</sub><x<sub>4</sub><x<sub>3</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>1</sub><x<sub>3</sub><x<sub>2</sub><x<sub>4</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>1</sub><x<sub>4</sub><x<sub>2</sub><x<sub>3</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>1</sub><x<sub>3</sub><x<sub>4</sub><x<sub>2</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>1</sub><x<sub>4</sub><x<sub>3</sub><x<sub>2</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>3</sub><x<sub>1</sub><x<sub>2</sub><x<sub>4</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>4</sub><x<sub>1</sub><x<sub>2</sub><x<sub>3</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>3</sub><x<sub>1</sub><x<sub>4</sub><x<sub>2</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>4</sub><x<sub>1</sub><x<sub>3</sub><x<sub>2</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>2</sub><x<sub>1</sub><x<sub>3</sub><x<sub>4</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>2</sub><x<sub>1</sub><x<sub>4</sub><x<sub>3</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>2</sub><x<sub>3</sub><x<sub>1</sub><x<sub>4</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>2</sub><x<sub>4</sub><x<sub>1</sub><x<sub>3</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>3</sub><x<sub>2</sub><x<sub>1</sub><x<sub>4</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>4</sub><x<sub>2</sub><x<sub>1</sub><x<sub>3</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>3</sub><x<sub>4</sub><x<sub>1</sub><x<sub>2</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>4</sub><x<sub>3</sub><x<sub>1</sub><x<sub>2</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>2</sub><x<sub>3</sub><x<sub>4</sub><x<sub>1</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>2</sub>
х<sub>4</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>2</sub><x<sub>4</sub><x<sub>3</sub><x<sub>1</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>3</sub><x<sub>2</sub><x<sub>4</sub><x<sub>1</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>2</sub>
х<sub>4</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>4</sub><x<sub>2</sub><x<sub>3</sub><x<sub>1</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>4</sub>
х<sub>3</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>3</sub><x<sub>4</sub><x<sub>2</sub><x<sub>1</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>3</sub>
x<sub>2</sub>
x<sub>4</sub>
x<sub>4</sub><x<sub>3</sub><x<sub>2</sub><x<sub>1</sub>
x<sub>1</sub>
x<sub>4</sub>
х<sub>2</sub>
x<sub>3</sub>
С учетом данных, приведенных в таблице, имеем
<mrow><mi>Z</mi><mo>=</mo><mrow><mo>{</mo><mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>min</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo><mo>…</mo><mo>,</mo><msub><mi>x</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi><mtext> </mtext><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mn>0,</mn><mtext> </mtext><msub><mi>f</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mtext> </mtext></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>sup</mi><mi>r</mi><mi>a</mi><mi>min</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo><mo>…</mo><mo>,</mo><msub><mi>x</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi><mtext> </mtext><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>f</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>s</mi><mi>u</mi><mi>b</mi><mi>max</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo><mo>…</mo><mo>,</mo><msub><mi>x</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi><mtext> </mtext><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>f</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mn>1</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>max</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo><mo>…</mo><mo>,</mo><msub><mi>x</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi><mtext> </mtext><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mn>1,</mn><mtext> </mtext><msub><mi>f</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mn>0</mn></mtd></mtr></mtable></mrow></mrow>
p
к
ИСК.ИЛИ
кл
к
ИСК.ИЛИ
кл
p
Поскольку время задержки релятора определяется выражением τ=τ+τ+τ, где τ, τ и τ есть соответственно время срабатывания компаратора, время срабатывания элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и время замыкания (размыкания) ключей, то максимальное время задержки распространения сигнала в предлагаемом ранговом фильтре равно 2 τ.
Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что ранговый фильтр (фиг.1) с помощью двух управляющих сигналов реализует выбор минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из четырех входных аналоговых сигналов и обладает более высоким по сравнению с прототипом быстродействием.