Устройство для восстановления непрерывных функций по дискретным отсчетам Советский патент 1984 года по МПК G06G7/30 

1 Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике и может быть использовано для восстановления непрерьгоных функций по дискретным отсчетам. Известен линейный интерполятор замкнутого типа, восстанавливающий непрерьгонзпо функцию по дискретным отсчетам. Он содержит входной цифроаналоговый преобразователь и замкнутый контур, образованный элементами .сравнения, блоком памяти с ключами записи-считывания, масштабирующим , блоком и интегратором D 3Недостаток этого устройства заключается в невысокой точности, обуслойленной наличием аналоговых интеграторов, и в ограниченных функциональных возможностях , связанных с тем, что схема интерполятора не позволяет получать одновременно и экстраполированные значения функции что бывает необходимо для качественной работы системы управления, которые он обслуживает. .Наиболее близким к предлагаемому является устройство для восстановления непрерывных функций по дискретным отсчетам, содержащее цифроанало говый блок умножения, два цифроаналоговых преобразователя, блок вьиита ния, регистр кода упреждённого значения аргумента и два сдвигающих регистра, .один вход первого сдвигающего регистра подключен к входу ординат восстанавливаемой функции, второй вход соединен с входом синхронизации устройства, а выход соединен с входом первого цифроаналого вого преобразователя, с одйим из вх доз блока вычитания и с входом второго сдвигающего регистра, выход ко Tojporo соединен с другим входом бло ка вычитания, выход которого соедин с входом второго цифроаналогового преобразователя, выход которого сое динен с первым входом цифроаналогового блока умножения, второй и третий входы этого блока соединены, соответственно, с выходом первого цифроаналогового преобразователя и с выходом регистра кода упрежденного значения аргумента. Восстановлен непрерывной функции осуществляется методом ступенчато-линейной экстраполяции. Это позволяет сформирова.ть выходной сигнал практически без задержки относительно исходного сигна 38 ла. В схеме устройства отсутствует аналоговый интегратор, следовательно, оно характеризуется меньшей величиной инструментальной погрешности | 23 . Однако такое устройство имеет существенньй недостаток, заключающийся в том, что процесс восстановления непрерывных функций, вторая производная которых не равна нулю,, характеризуется появлением значительной методической составляющей погрешности. Это обусловлено экстраполяционным способом восстановления, методическая погрешность которого в большинстве случаев больше соответствующей погрешности интерполяционного способа. Таким образом, выходной сигнал, формируемый в известном устройстве, характеризуется, с одной стороны, малой величиной времени задержки, а с другой стороны, низкой точностью восстановления. Наличие значительной погрешностине позволяет в большинстве случаев использовать этот сигнал для целей измерения и регистрации информации. Следовательно, известное устройство характеризуется низкой точностью и узкими функциональными возможностями. Цель изобретения - повьшгение точности восстановления и расширение функциональных возможностей устройства за счет одновременного формирования интерполированных и экстраполированных значений. Указанная цель достигается тем, . что устройство для восстановления непрерывных функций по дискретным отсчетам, содержащее блок вычитания, два цифроаналоговых преобразователя и сдвигающий регистр, управляющий вход которого соединен с первым входом синхронизации устройства, содержит суммирующий блок и накапливающий сумматор, первая, вторая и третья группы разрядных вькодов которого соединены соответственно с первым входом суммирующего блока, с входом первого цифроанашогового преобразователя и с первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с информационным входом устройства, выход блока вычитания соединен,. с информационным входом сдвигающего регистра, выход которого соединен с информационным входом накапливающего cyMMETopia и с вторым входом суммирующего блока, выход которого соединен с входом второго циф роаналоговогр преобразователя, выходи первого и второго цифроаналоговог преобразователей являются, выходами устройства, а управляющий вход накапливающего сумматора соединен с вторым входом синхронизации устройст ва. На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 йременные диаграммы, поясняющие прин цип действия устройства. Устройство содержит блок вычитания 1, сдвигающий регистр 2, накапливающий сумматор 3, суммирующий блок 4,. цифроаналоговые преобразователи 5 и 6. Позицией 7 обозначен вход ординат восстанавливаемой функции устройства (информационньш вход) позициями 8 и 9 обозначены, соответственно, первый и второй входы синхронизации устройства, позициями 10 и 11 - выходы устройства. Ординаты восстанавливаемой функции закодированы М-разрядным параллельным кодом, моменты поступления которого на вход 7 совпадают с момен тами поступления импульсов синхронизации на вход 8. Ординаты, соответствующие положительным значениям функции, представлены в прямом коде а ординаты, соответствующие отрицательным значениям функции, представлены в дополнительном коде. В сдвига ющем регистре запоминается код разности, двзпс соседних ординат восстанавливаемой функции. Накапливающий сумматор содержит в общем случае ff+M разрядов, где М - число дополнительных разрядов, определяемое допустимой погрешностью аппроксимации OTpesicoB прямых линий ступенчатоломаной кривой. Обычно М определяется из уравнения , где К - число тактов суммирования на интервале аппроксимации. Суммирование осущест,вляется в моменты поступления на вход 9 импульсов синхронизации. Час тота этих импульсов должна быть в К раз больше частоты импульсов, поступающих на первый вход 8 синхронизации. Моменты поступления импульсов на входы 7 и 8 не должны совпадать. 384 Накапливаемый сумматор имеет три группы выходов. Номера выходов в каждой группе отсчитываются относительно старшего разряда. Первая, вторая и третья группы включают, соответственно, W, N, и NJ выходов старших разрядов накапливающего сумматора, причем N М+М, ,2,3. Выбор конкретных значений N и Мл зависит от числа разрядов цифроаналоговых преобразователей. В предельном случае, когда N Nj-N+M, аппроксимация отрезков прямых линий осуществляется наиЖолее точно (в этом случае отсутствует погрешность округления в блоке накапливающего сумматора) . Значение N обычно равно N . На выходах второй группы-накапливающего сумматора 3 формируются коды, соответствующие значениям функции, восстановленной методом ступенчато-линейной интерполяции. Эти коды преобразуются в блоке 5 в аналоговые сигналы, представленные в виде тока и напряжения. На выходе суммирующего блока 4 формируются коды, соответствующие значениям функции, восстановленной методом ступенчато-линейной экстраполяции, а преобразователь 6 преобразует эти коды в соответствующие аналоговые сигналы. Используемые в устройстве цифроаналоговые преобразователи предназначены для преобразования двоичных кодов любого знака в двухполярные аналоговые сигналы. Рассмотрим принцип действия устройства на примере формирования импульсных переходных функций. Пусть , . В этом случае накапливающий сумматор содержит 11 двоичных разрядов. Сигналы с выхода сдвигающего регистра 2 подаются на входы восьми младших разрядов накапливающего сумматора 3. Три группы выходов накапливающего cVMMaTopa 3 объединяются в одну группу выходов (это справедливо только в рассматриваемом частном случае), снимаемых с восьми старших разрядов блока. В исходном состоянии накапливающий сумматор 3 и сдвигающий регистр 2 обнулены, поэтому по цепи обратной связи на первьм вход блока вычитания 1 поступает код, равньй нулю. После того, как на вход 7 устройства поступает параллельный код, соответствующий одиночному отсчету, амплитуда которого равна,например, восьми условным единицам, на выходе блока вычитания 1 появляется код раз ности между входным кодом и кодом на выходе накапливающего сумматора 3. В момент ± постзшления на вход 8 импульса синхронизации (фиг.2,4) в сдвигающий регистр записьгоается код разности 00001000. Это значение кода разности сохраняется в блоке 2 до момента поступления следующего импульса синхронизации на вход 8 устройства. В момент t поступления на вход 9 импульса синхронизации (фиг.2 6). код, хранящийся в сдвигающем регист ре, переписывается в накапливающий сумматор 3. На выходе этого блока образуется код 00000001. Таким образом, в блоке 3 происходит деление значения полученной разности на 8, (а в общем случае на 2 ). Это объясняется тем-, что входные сигналы подаются на восемь младших разрядов, а выходные сигналы снимаются с восьми старших разрядов блока накапливающего сумматора. С поступле нием следующих импульсов синхронизации на вход 9 устройства значение кода накапливающего сумматора возрас тает по линейному закону. С выхода блока 3 значения кодов подаются на цифроаналоговый преобразователь 5, в котором происходит преобразование последовательности кодов в возрастающий ступенчато-линейньй аналоговый сигнал. Так происходит формирование первого участка импульсной переходной функции устройства по выходу 10 В момент поступления восьмого импульса синхронизации на вход 9 амплитуда сигнала на выходе 10 дости гает максимального значения, соответствующего восьми единицам. В момент t-rf на вход 8 устройства подается следующий импульс синхронизации. В этот момент на входе 7 устройства значение кода равно нулю, а на первый вход блока вычитания 1 подается код, соответствующий восьми единицам. Следовательно, в сдвигакяций регистр 2 записывается новое значение кода разности равное восьми единицам. Полученное значение разно ти сохраняется до момента tj. В момент 21 содержимое блока накапливающего сумматора уменьшается на одну единицу, в момент i « две единицы и т.д. В момент t накапливающий сумматор 3 обнуляется. Уменьшающиеся по линейному закону значения кодов преобразуются в блоке 5 в уменьшающийся по амплитуде ступенчато-линейный аналоговый сигнал. Так формируется второй участок импульсной переходной функции устройства по выходу 10. В момент -ij на двух входах блока вычитания значения кодов равны нулю, поэтому в блоке 2 записьтаетс:. нулевое значение разности. Следовательно, вся схема возвратилась в исходное состояние. Таким образом, на выходе 10 устройства формируется .импульсная пере ходная функция (фиг.2 в), имеющая вид равнобедренного треугольника, стороны которого образованы методом ступенчатой аппроксимации отрезков прямых. Длительность по основанию этого треугольника равна 2 Т, где. Тд - период следования импульсов синхронизации по входу 8. Высота треугольника пропорциональна значению входного кода устройства. Следовательно, при периодическом поступлении на вход 7 устройства кодов дискретных отсчетов на выходе цифроаналогового преобразователя 5 сигнал восстанавливается методом ступенча- . то-линейной интерполяции дискретных отсчетов. Рассмотрим методику восстановления сигнала на выходе 11 устройства. На выходе сумматора 4 образуется текущая сумма значений кодов, снимаемых с выходов блока накапливающего сумматора 3 и сдвигающего регистра 2. На отрезке |t эта сумма изменяется от значения +8 до значения + 16, а на отрезке от значения О до значения 8. На выходе цифроаналогового преобразователя 6 формируется импvльcнaя переходная функция, изображенная на фиг.2 г . Анализ показывает, что эта функция получена методом ступенчатой аппроксимации импульсной переходной функции линейного экстраполятора вида f8(1 + t/Tp) для , 8(t,/T,) для 0., О для остальных значений t где i,,-r-t-T,o.

Следовательно, на выходе цифроаналоговрго преобразователя 6 восстановление непрерывной функции осуществляется методом ступенчато-линейной экстраполяции.

Принципиальное отличие предлагаемого устройства от известных заключается в более высокой точности восстановления сигнала методом ступенчато-линейной интерполяции на выходе 10.

Наличие двзх выходов в предлагаемом устройстве расширяет его функциональные возможности. Например, сигн.ал с выхода 11 можно использовать в качестве сигнала обратной связи в замкнутых импульсных системах. Из вестно,что наличие экстраполятора в ситеме йоЗЖ5ляет улучшить ее динамические характеристики. Сигнал, снимаемый с выхода 10, восстановлен ме-тодом интерполяция, поэтому имеет задержку относительно исходного сигнала, однако методическая составляющая погрешности, обусловленная переходом от метода экстраполяции к методу интерполяции уменьшается при этом в 8 раз. Этот сигнал можно использовать для целей регистрации информации на различных носителях.

Технико-экономический эффект от использования изобретения заключается в повышении точности восстановления непрерывных функций и расширении функциональных возможностей устройства. plflШ «tt w ЯШЮТЯ flll flfl Д о я JL. tiff Т ta it}.

;

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ ФУНКЦИЙ ПО ДИСКРЕТНЫМ ОТСЧЕТАМ, содержащее блок вычитания, два цифроаналоговых преобразователя и сдвигающий регистр, управляющий вход которого соединен с первым входом синхронизации устройства, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности восстановления непрерывных функций и расширения функциональных возможностей за счет одновременного формирования интерполированных и экстраполированных значений, устройство содержит суммирующий блок и накапливающий сумматор, первая, вторая и третья группы разрядных выходов которого соединены соответственно с первым входом суммирующего блока, с входом первого цифроаналогового преобразователя и с первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с информационным входом устройства, выход блока вычитания соединен с информационным входом сдвигающего регистра, выход которого соединен с информационным входом накапливающего г сумматора и с вторым входом суммирующего блока, выход которого соединен с входом второго цифроаналогового преобразователя, выходы первого и второго цифроаналоговых преобразователей являются выходами устройства, а управляющий вход накапливающего сумматора соединен с вторым входом синхронизации устройства. Ю 11