SU924715A2 - Число-импульсный функциональный преобразователь - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано либо в качестве автономного устройства дл  обработки число-импульсной информации, либо в составе цифровых интегрирующих машин развертывающих измерительных систем, или других специализированных вычислительных устройств. По основному авт. св. №860071, содержащий счетчик приращени  функции , блок пам ти, блок число- импульсного умножени ,два ключа, четыре эле мента И, два триггера, четыре .элемента ИЛИ, накапливающий сумматор, элемент задержки, причем выход дополнительного разр да блока пам ти подключен к управл кндим входс1М ключей, информационные входы которых подключены соответственно к выходу блока чис ло-импульсного умножени  и входу пре образовател , выходы ключей подключе ны соответственно к первым входги пе вого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к выходу первого элемента И, первый вход кото рого соединен с входом опорной часто ты преобразовател , а второй - с выходом первого триггера, первый вход которого соединен с выходом вт&рого элемента И, первый и второй входы которюго соединены соответственно с входом преобразовател  и выходом дополнительного разр да блока пам ти, второй вход первого триггера соединен с выходом блока число-импульсного умножени , выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом счетчнка приращени  функции и выходом преобразовател  , выход второго элемента ИЛИ .соединен с импульсным входом- блока число-импульсного умножени , накапливающий сумматор информационным входом подключен к выходу блока пам ти , вход которого соединен с первым выходом счетчика приращений функции,: выходы накапливающего сумматора сое- динены с информационным входом блока число-импульсного умножени , установочный вход накапливающего сумматора через элемент задержки подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к третьему выходу счетчика приращени  функции и выходу четвертого элемента И, первый вход которого соединен с третьим выходом счетчика приращени  функции, вторые входы третьего и четвертого элементов И соединены- соответственно с пр мым и инве сным выходами второго триггера, выходы третьего и четвертого элементо ИЛИ подключены соответственно к вход второго триггера и второму входу сч чика приращени  функции. Преобразователь позвол ет воспро изводить функции с f(х) 1 и имеет высокие точностные характеристики благодар  использованию аппроксимации второго пор дка 1. Однако известный преобразователь имеет ограниченные функциональные возможности - не позвол ет воспроиз водить функции, заданные в произвольных точках области определени . Цель изобретени  - расширение фу циональных возможностей устройства за счет дополнительного воспроизведе ни  функций в произвольных точках об ласти определени . Поставленна  цель достигаетс  тем что в устройство дополнительно введе на схема сравнени , первым входом соединенна  с выходом блока пам ти, вторым - с потенциальными выходами младших разр дов счетчика приращений функции, а выходом - с третьим входом счетчика приращений функции и входом элемента задержки, ВЕЛХОД кото рого соединен со входом сброса в О младших разр дов .счетчика функ ции. На чертеже представлена блок-схема преобразовател . Преобразователь содержит элемент IИЛИ, триггер 2, элементы 3 и 4 И, элемент 5 ИЛИ, схему б сравнени , элемент 7 задержки, блок 8 число-импульсного умножени , накапливающий сумматор 9, блок 10 пам ти, счетчик IIприращений функции, ключи 12 и 13, элемент 14 И, триггер 15, элемент И 16, элементы 17 и 18 ИЛИ. В функциональном преобразователе формирование приращени  ду функции по заданному приращению аргумента дх осуществл етс  с использованием двух видов кусочной аппроксимации по оси На каждом из участков i произвольной длины функции у(х) замен етс  парабо лой второго пор дка , . + d..b.(x-x,)(x-x,).o) в свою очередь i -и участок разбиваетс  на К промежуточных интервалов одинаковой длины h, а парабола (1) воспроизводитс  линейны| отрезками N.(c,3.j).AX,) - значение функции у в точке Xj ; ,- приращение аргумента на J-OM промежуточном интервале; С- И d коэффициенты посто нные на прот жении всего i-ro интервала; номер основного интервала неравномерного разбиени  области у. т- -номер промежуточного интервала аппроксимации . В соответствии с выражением (2) ичина приращени  вычисл етс  по елирующим зависимост м, которые j-ro промежуточного участка разни  функции у имеют вид ) j N...j , Д)(,йУ - приращени  аргумента и функции, представленные числом импульсов; .-j)- коэффициент, определ  - ющий наклон воспроизводимой функции, когда ее перва  производна  d,, /dx - 1; ..-j - коэффициент, определ  ющий наклон той же функции в области, где , dy/d,l; С,, а- - коэффициенты, хранимые в блоке 10 пам ти; т - разр дность блока 8 число-импульсного умножени ; О, если dvj/dx l 3/ л состо ние дополни1 ,если. , ,, , тельного стариеЗго разр да блока паи коэффициентов,.характеризующее ичину производной функции. Значение двоичного кода Nj -d .формируетс  путем сложени  в апливающем сумматоре 9 выходного а. С или d.,- блока 10 пам ти коэфиента по импульсам j, приход щим з элемент 7 задержки с выхода мы 6 сравнени . В предлагаемом устройстве распредеие пам ти организовано так, что аждой  чейке блока пам ти коэффинтов хран тс  два кода С и , о d и h;;, причвм часть разр дов, уща  информацию о С или d, аетс  на накапливающий сумматор 9, руга  часть (где имеетс  h) - на му сравнени . Управление выбором коэффициентов , h,- и d; , h осуществл етс  схемой мировани  адресных импульсов (бло1-5 )f котора  работает следующим азом.

В исходном состо нии триггер 2 установлен в , счетчик 11 приращений функции обнулен, в накапливающий cyNfwaTOp 9 занесен код выбранный из блока 10 пам ти по нулевому адресу, а на схему сравнени  «одаетс  код ho. Код Сд Ng обеспечивает начальный наклон функции, а h(3 задает величину промежуточного шага на данном интервале аппроксимации (1-м). При завершении развертывани  функ ции на первом промежуточном интервал т.е.при поступлении на счетчик приращений .11 приращени  выхода схемы 6 сравнени  импульс сравнени  через схему И 3,а затем ИЛИ 5 ув личит содержимое стардих разр дов (G43) счетчика 11 приращений функции на единицу а через схему ИЛИ 1 по заднему фронту сбросит триггер 2 в О .

Из блока 10 пам ти будут выбраны коэффициенты dg, h Q и тем же импульсом j 1 (через элемент 7 задержки ) d(j прибавитс  к содержимому накапливающего сумматора 9, а младшие разр ды (СЧ1) счетчика 11 установ тс  в О . Так будет сформирован код N Co+dg, а счетчик (СЧ1) совместно со схемой 6 сравнени  подготовлен дл  работы на следующем промежуточном интервале дуо hg.

При дальнейшем поступлении приращени  л у импульсы j со схемы сравнени  не будут измен ть содержимого счетчика адреса СЧЗ и состо ни  триггера 2, так как схема И 3 закрыта нулевым потенциалом триггера 2, а будут лишь суммировать код d с .содержимым сумматору 9 при переходе от одного промежуточного участка аппроксимации к другому.. В результате на выходе сумматора 9 будет получен ступенчато-измен ющийс  код N. через каждые импульсов приращени  функции у.

После окончани  воспроизведени  функции на квадратичном интервале, т.е. при поступлении на вход счетчика 11 приращений количества импульсов ду ду; , импульс переполнени  i со счетчика СЧ2 через схему И 4 и схему ИЛИ 5 измен ет состо ние счетчика адреса СЧЗ, выбира  приращение нового наклона с, а через схему ИЛИ снова установит триггер 2 в состо ние . Далее работа схемы формировани  адресных импульсов при переходе от i-ro участка к i+1-му повтор етс . При этом схема в начале каждого из них вырабатывает два импульса.

Рассмотрим работу предлагаемого функционального преобразовател  в двух режимах, выбор которых определ етс  состо нием Р. дополнительного разр да выходного кода блока 10 пам ти .

Прежде всего отметим, что каждое , из выражений (3) и (4) реализуетс  с помощью блока 8 число-импульсного умножени , который может быть построен либо на основе двоичного умножител , либо на основе накапливающего сумматора. На один вход блока 8 подаетс  параллельный код NJ, на второй - число импульсов равное п . При этом результат умножени  т, св зан с С и NJ соотнс дением

2 N,j-n/2.

(5)

Следует заметить, что N: представл .ет собой двоичный код числа, которое может принимать значени  в пределах от О до 2 -1. Поэтому г всегда буде меньше п.

Предположим, что Р О. В этом случае Р разраиает прохождение импульсов приращени  дх через ключ 13 и далее через элемент ИЛИ 18 на вход блока 8 число-импульсного умножени , на другие входы которого поступает NJ с выхода накапливающего сумматора 9 . С выхода блока 8 импульсы, количество которых определ етс  соотношением (5), поступают через ключ 12 и элемент ИЛИ 17 на выход устройства и на вход счетчика приращений функций 11.

В рассматриваемом режиме выражение (5) аналогично (3) при п их, .поэтому приращение функции йу будет меньше приращени  аргумента гхх, так как Nj/2 всегда меньше единицы.

Таким образом, при Р.0 устройством формируетс  приращение ду фунции у (х), дл  которой dy/dx ч 1.

В другом режиме, .когда Р 1, ключи 12 и 13 заперты и импульсы приращени  л X поступают через элемент И 14 на первый установочный вход триггера 15, который предварительно установлен в О.

Первый импульс приращени  д х переводит триггер 15 в состо ние . Единичный потенциал триггера 15 разрешает через элемент И прохождение . частоты FQ на элемент ИЛИ 18 и далее на вход блока 8 число-импульсного умножени . С выхода элемента И 16 импульсы частоты Fg через другой элемент ИЛИ 17 поступают на выход устройства и  вл ютс  импульсами приращени  функции ду.

Первый же импульс, который по витс  с выхода блока 8 после импульса дх установит ТЕМггер 15 по второму установочному входу в исходное состо ние и прекратит подачу F на выход устройства. Описанный процесс повтор етс  дл  всех вновь приход щих импульсов приращени  Лх. При этом на выходе блока В число-импульсного умножени  будет сформировано количество импульсов 2.5 лх.

Учитыва  соотношение (5), можно записать, что

Nj/Z,(б)

так как в :рассматриваемом режиме на вход блока 8 число-импульсного умножени  приходит количество импульсов, равное приращению функции ду. Заменив (6). переменную г на дх, полупО

чим

(Т)

Из выражени  (7), которое аналогично (4) , видно, что ДУ/Дх 1, так как N ; всегда меньше 2

Таким образом, при Р, О устройство обеспечивает аппроксимацию участка функции с dy/dx 1, а при аппроксимацию функций с dy/dx 1.

Предлагаемый число-импульсный фун циональный преобразователь нар ду с возможностью воспроизводить функции с f(х) 1 обладает высокими точностными характеристиками и более широкими функциональными возможност ми. Способность устройства воспроизводить функции, заданнце в произвольно расположенных узлах области их определени  , в р дде сл5гчаев позвол ет существенно сокращать объел блока пам ти коэффициентов и получить при этом некоторое преимущество по сравн нию с равномерной аппроксимс1цией. Особенно это касаетс  воспроизведени  функций по экспериментально полученным данным (в частности при фо мировании траекторий движений рабочего инструмента, обучающегос  работе манипул тора, котора  на различных участках имеет  рко выраженный неравномерный характер кривизны). Достоинством предлагаемого устройства  вл етс  также то, что количество промежуточных интервалов разбиени  н усложн ет устройство и зависит только от выбора разрвда п счетчика приращени  функции 11, с которого необходимо снимать импульсы j..

Следует отметить, что в предлагаемом устройстве накопление си ибки при развертывании функции за счет несоответстви  длины участка h величине 2 может быть скомпенсировано соответствующим выбором коэффициентов С, d. Если функци  задана .в равномерно расположенных узлах, величина промежуточного интервала h coust дл  всех участков аппроксимации , и на бхему 6 сравнени  подаетс  посто нное значение h, которое не мен етс  в процессе всей развертки функции.

Значение h в этом случае Йюжет не хранитьс  в блоке пам ти коэффициентов , а подаетс  на схему б сравнени  с внешних входов.

Функциональный преобразователь имет простую структуру и легко реализуетс  на современной элементной базе цифровой техники.

Изобретение может найти применение при построении различного рода автоматизированных систем управлени  и контрол , дл  формировани  управл ющих и корректирующих сигналов, в измерительных информационных система развертывающего типа, в станках с числовым программным управлением, а также в составе специализированных {Вычислителей дл  вычислени  нелиней ных зависимостей.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Число-импульсный функциональный преобразователь по авт. св. 860071 отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счет дополнительного воспроизведени  функций в произвольных точках области определени , в него введена схема сравнени , первым входом соединенна  с выходсмч блока пам ти, BTopfJM г с потенциальными выходами разр дов счетчика приращений функции , а выходом - с третьим входом счетчика приращений функции и входом элемента задержки, выход которого соединен с входом сброса в О младших разр дов счетчика приращений функции.

   Источники информсщии, прин тые во внимание при экспертизе

   1 Авторское свидетельство СССР 860071, кл. G Об F 15/31,12.03.80 (прототип).