Преобразователь функциональный

Преобразователь функциональный, устройство, выходной сигнал которого у связан с одним либо несколько входными сигналами x_i (где i =? 1, 2,...) заданным алгоритмом функционирования. В зависимости от числа входных величин различают П. ф. одной, двух и более переменных. Функциональная зависимость выходных сигналов П. ф. от входных (единственного выходного при одном входном или каждого выходного при наличии нескольких входных сигналов) может быть задана в виде таблиц, графиков, аналитических выражений. Динамическая характеристика П. ф. y (x₁, x₂,..., x_n, t) описывается дифференциальным уравнением, в правой части которого участвуют входной сигнал и его производные по времени (в общем случае), а в левой части - выходной сигнал и его производные по времени (в общем случае). Для инженерных расчётов динамическую характеристику П. ф. обычно удобнее всего характеризовать передаточными функциями по соответствующим каналам (входным сигналам).

По виду алгоритма функционирования в пределах предполагаемой рабочей области применения П. ф. делятся на линейные (в которых функциональная зависимость описывается с достаточным приближением прямой) и нелинейные (у которых функциональная зависимость криволинейная), в том числе кусочно-линейные. В зависимости от физической природы входных и выходных сигналов различают механические, электрические, пневматические, гидравлические и смешанные, в том числе электромеханические, электрогидравлические, пневмоэлектрические П. ф. По характеру представления исходных величин различают аналоговые, цифровые и гибридные П. ф. В гибридных П. ф. одновременно используется цифровое и аналоговое представление величин. При этом обычно входной сигнал делят на две части: одна представляется в аналоговой форме, а другая - в цифровой. Поэтому в состав таких П. ф. вводят цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи.

Самыми распространёнными и важными являются П. ф. одной входной величины, которые подразделяются в зависимости от алгоритма функционирования на динамические и формирующие. В динамических П. ф. осуществляется изменение входного сигнала во времени, например интегрирование, дифференцирование, временная задержка и т.п. В формирующем П. ф. входной сигнал изменяется по масштабу (например, в пропорциональных П. ф.) или форме воздействия, например при преобразовании непрерывного сигнала в дискретный (в импульсных, модуляционных, кодирующих П. ф.) либо наоборот - дискретного сигнала в непрерывный (в дискретно-аналоговых П. ф.).

В П. ф. осуществляются как простые, так и сложные преобразования. При простых преобразованиях выходная величина физически неотделима от входной, как, например, при преобразовании температуры в термоэдс или температуры в активное сопротивление. В сложных преобразованиях имеется не менее двух простых. Например, при преобразовании активного сопротивления в силу притяжения электромагнита имеется два простых преобразования: "активное сопротивление - магнитный поток" и "магнитный поток - сила притяжения сердечника".
Важнейшая характеристика П. ф. - погрешности при преобразовании, которые могут быть случайными и систематическими. Случайные погрешности обычно имеют нормальный закон распределения, и при нескольких последовательных преобразованиях общая погрешность равна D_общ , где D_i - погрешности отдельных преобразований. Систематические погрешности преобразований складываются алгебраически (с учётом знаков). Не менее важная характеристика - чувствительность П. ф., т. е. отношение весьма малого изменения выходного сигнала к вызвавшему его также малому изменению входного сигнала. Для изменения чувствительности П. ф. вводится обратная связь (соответственно этому различают П. ф. с разомкнутой и замкнутой цепью воздействия).
П. ф. применяются в системах автоматического управления и регулирования, в аналоговых и гибридных вычислительных машинах, в устройствах кодирования (декодирования), в телемеханических системах, измерительных устройствах и т.п.
Лит.: Основы автоматического управления, 3 изд., М., 1974.
? М. М. Майзель.П. ф. в аналоговой вычислительной технике, блок нелинейной функции, устройство (узел АВМ), на выходе которого образуется величина, связанная с входным сигналом заданной нелинейной зависимостью. По виду этой зависимости различают П. ф. для воспроизведения разрывных функций, разрывных неоднозначных функций, непрерывных функций одного или нескольких аргументов. По возможности перестройки с одной нелинейной зависимости на другую П. ф. подразделяют на универсальные и специализированные. (Устройства с линейной функциональной зависимостью составляют отдельный класс линейных решающих элементов, см. Решающий усилитель.)
В П. ф. одной переменной заданная нелинейная зависимость воспроизводится, как правило, путём аппроксимации её на отдельных участках изменения входного сигнала некоторыми полиномами одной и той же степени (полиномом Ньютона или полиномом Лагранжа). В зависимости от степени интерполирующего полинома различают кусочно-постоянную, кусочно-линейную, кусочно-квадратичную аппроксимацию.
При построении П. ф. многих переменных используются три метода: создание физической модели двухмерной поверхности (коноиды); замена сложной многомерной поверхности некоторым числом элементарных поверхностей той же размерности; точное или приближённое представление заданных для воспроизведения функций многих переменных с помощью функций одной переменной и арифметических операций (суммирования, умножения). Первые два метода требуют построения специализированных устройств, третий - предусматривает синтез из типовых (для аналоговых вычислительных машин) линейных и нелинейных решающих элементов. П. ф. двух переменных, воспроизводящие операции умножения и деления, выделяют в отдельный класс устройств (см. Перемножающее устройство).
Погрешности большинства П. ф. лежат в пределах от сотых долей до единиц процентов.
Лит.: Коган Б. Я., Электронные моделирующие устройства, М., 1963; Корн Г., Корн Т., Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины, пер. с англ., ч, 1, М., 1967; Гинзбург С. А., Любарский Ю. Я., Функциональные преобразователи с аналого-цифровым представлением информации, М., 1973.
? Б. Я. Коган.