Устройство для интерполяции и кусочно- линейной аппроксимации Советский патент 1980 года по МПК G06F17/17 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. Оно может бьтгь использовано для сжатия и декомпрессии информации в реальном масштабе времени и для управления исполнительными органами в системах с числовым программным управлением. Известное устройство р. t содержащее сумматоры, запаздывающие звенья, схемы фиксации сигналов, узел управления, регистрирующее устройство и сист& му обработки данных, состоящую из цифр вого вычислителя, запоминающего и программного узлов. Недостатком этого устройства является его сложность. В нем сглаживание кривых системой опорных точек выполняе ся с помощью вычислителя, запоминающего и программного узлов, а интерполяция с помощью четырех сумматоров, четырах звеньев запаздывания, четырех схем фиксации сигналов и узла управл&ния. Средства аппроксимации и интерполяции различны по структуре, что затруд няет построение устройства из однород ных элеме)гггов. Наиболее близким техническим рещениам к предложенному ЯВЛЯЕГГСЯ устройство содержащее сумматор, ко входам которого подключены выходы первой и второй групп элементов И, блок управления, с которым связаны управляющие входы первой и второй групп элементов И и вькоды знакового разряда сумматора. При формировании траекторий с помощью этого устройства используют знак экстраполированной оценочной функции, что обеспечивает высокую точность процесса. Описанное устройство не позволяет сжимать информацию путем сглаживания контурных кривых, поэтому оно не может быть исп(зльзовано для решения таких, например, задач, как кодирование графической информации для ее хранения или передачи на расстояние, подготовка управляющих программ для устройства с числовым управлением, улучшений качест- ва линий чертежа при полуавтоматическом его изготовленни и ТвД Целью изобретения является расширение класса решаемых задач. Поставленная цель достигается тем, лто в устройство, содержащее сумматор, лс первому и второму входам которого подключены соответственно выходы первой и второй групп элементов И, с управ ляющими входами которых, соединены соответственно первый и второй вькоды блока управления, к первому, и второму входам которого подключены первый и второй выходы знакового разряда сумматора, являющиеся первым и вторым управляющими выходами устройства, третий и четвертый 1з.ходы блока управления и третий нход сумматора являются инфор мационными входами устройства согласно изобретению, дополнительно введе1-1ы счетчикиз блок масштабирования и блок сра8не1ШЯ Третий выход сумматора соединен через блок масштабирования с пер вым входом блока сравнения, второй и . третий входы которого подключены к выходшл первого и второго счетчиков соответственног Вьссоды первого и второ го счетч жов, яЕляющиэся информадйок ныг.,«1 выхода1.1и устройства соединецы с /пьформацнонными входами первой и второй групп .элементов Ие Третий и чат- BeprbiS аьгл.оды блока управления соэшакань с переь МИ входами первого и вто рого счатчккоБ, вторые входы которых являются информационными уст- ройства, выход блока, сравнения явпйется третьим управляюца{м выходом устройства. Структурная схема преддожекного . устройства-представлена на чертеже. Устройство и1я интерлоляции и кусоч ,но-ч1икейной аппроксимации содержит сче чики 1 и 2j группы элементов И 3 я 4, сумматор 5 блок масштабирования 6, бл сравнения 7, блок управления 8« Счетчики 1 и 2 служат для подсчета .приращений в режиме аппроксимации и. для подсчета координат исполнительного органа в режиме интерполяции: сумзматор 5, например/параллельного действия, предназначен для вычисления экстрапачи ровааной оценочной функции в режиме иш-ерполяции и для вычисления функции рассскгласования в режиме аппроксимаци блок масштабирования 6, выполненный, например, в виде регистра сдвига, служ для умножения содержимого сумматора tea масштабный коэффициент: в блоке равнения 7 сравнивается промасштабиро ванное содержимое сумматора 5 с содержимым обои.х счетчиков, блок управления 8 служит для управления работой устройства в любом из заданных режимов, таких как интерполяция круговыми, параболическими или линейными траекториями, а также аппроксимация контурных кривых. Процесс кусочно-линейной аппроксимации, т.е. замены криволинейной гладкой кривой F () О системой последовательно соединеннбгх. между собой отрезков прямых линий, заключается в следующем. Считывание информации с гладкой кривой выпопЕшвтся .в дискретной системе координат. По мере продвижения копирующего органа вдоль гладкой кривой осуществляется квантование по уровню и времени, т.е. замена гладкой кривой последовательностью дискретньЕХ приращений &Х, л у, равных шагу квантования координатной сетки. Гладкая кривая заменяется системой узловык точек. Определение пряращений координат -Ак, и Д У между соседними опорными точками/ которые гфи сглаживании гладких кривых сопрягаются спгрезками прямых линий, осуществляется с использованием функции рассогласования вычисляемой ;согласно зыра.жению: -. X.-,S У... j i-0 Л М. где X . , у- - координаты узловых точек гладкой кривой в огносательной дискретной системе координат: f,J - номера шагов по осям координат X к У соответственно, ftj функция рассогласования. Критерием выбора опорных точек; служит величина, на которую промасштаби.рованный модуль фуакции рассогласований превышает модуль приращения по одной из координат: . п,ри . ,12). M.. при . . (3) В качестве относительных приращений координат отрезков прямых следует выбирать величины при выполнении условия (2), или (5) при выполнении условия (3), Вычитание единицы в выражениях (4) и (5) объясняются тем, что обнаружение рассогласования прямой с кривой, превос ходящего заданную величину погрешности осуществляется с запаздыванием. Каждые последующие приращения между опор ными точками осуществляются в новой относительной система координат. Процесс интерполяции, т.е. формирование траекторий изображающей точки между опорными точками используется при восстановлении графической информации. При этом применяют и экстраполированные значения оценочной функции, выяисляемой для прямых., парабол и окружностей, согласно выражениям: ,(l(Y.(, .,5(л},(7) Х (-UR)i-5. j+0,5R Ftl где р - - экстраполированные значения оценочной функции в точках KjfrO,5, У..0,5 R - радиус окружности:ч К коэф4)ициент параболы КУ ХЕсли Б одно из выражений (6), (7) или (8), в правую его часть, добавить число, характеризующее величину смещения прямой, параболы или окружности по отношению к началу системы координат, то, используя этк выражения, можно фо{ мировать различного рода нелинейности, например нелинейность типа зоны нечув ствитепьности или релейные характерис тики.. Правило выполнения элементарных щагов при формировании траекторий, на-, пример, в первом квадрате следующее: |если 0, то выполняется элементарный щаг л X, затем увеличивается значение в одном из вьфажений на единицу, если О, то вьтолняе ся элементарный шаг Д У и затем увеличивается значение j на единицу. Устройство работает следующим обра;ЗОМ. В режиме аппроксимации на третий и четвертый входы предложенного (G) ройства поступают сигналы элемектарнык приращений в унитарном коде. Работа выполняется по циклам. В начальный момент содержимое сч&тчнков 1 и 2 и сумматора 5 равно нулю. По мере продвижения копирующего органа вдоль гладкой кривой стенал может поступать на третий или четвертьй вход блока управления, или оба аЧода одновременно. Если сигнал поступает на третий вход, то к содержимому сумматора 5 прибавляется содержимое счетчика 2, поступающее на вход сумматора через группы элементов И 4. Если сигнал поступает на четвертьШ вход блока управления, то из содержимого сумматора 5 вычитается содержимое счетчика 1, поступающее на вход сумматора через группы элементов И 3. Если сигналы поступают одновременно, то к содержимому сумматора прибавляется содержимое счетчика 2 и вычитается содержимое счетчика 1. После выполнения операций в сумЕма- торе 5 содержимое сумматора через блок масщтабирования 6 поступает на блок сравнения 7. На выходе блока сравнения сигнал появляется только тогда, когда промасштабированное содержимое сумматора больша содержимого счетчиков 1 и 2, Если на выхюде блока сравиентю сигнал в данном цикле не появляется, то устройство перако чт к следующему циклу формированпя ащзний для отрезка прямой. В этом с, D к содеришмому счетчаков 1 юти 2 в копцэ цикла прибавляется единица, поступающая с третьего или четвертого выхода блока управления. Появление сигнала па выходе.блока сравнения соответствует тому, что в счетчиках 1 и 2 накопились очередные приращения для отрезка прямой линип, В .этом случае происходит выдача приращений очередного отрэзка прямой на выход устройства с вьйходов счетчиков 1 и 2, затем выполняется гащение счетчиков и сумматора и только после этого к н левым значениям счетчиков прибавляется единица. Эта единица учитывается при расчете прнращэняй для следующего отрезка прямой ли.нии и в новой системе координат. Если процесс копирования кривой пре- .кращается До того как выполнен расчет приращений для очередного отрезка . прямой, то на выход устройства подаются текущие значения приращений, накопленные в счетчиках 1 и 2. Для изменения ширины коридора сглаживания кривой достаточно установить другой коэффициент масштабирования в блоке 6о Режим интерполяции устанавливается в блоке управления 8. Перед началом воспроизводства отрезКа прямой в счетчики 1 и 2 по их вторым входам поступают значения приратений /VX и Д У соответственно, а в сум матор 5 по третьему входу значение чис ла -Ю,5 ( дХ -ДУ). Каждьй шаг формирования линейной трае.стории выполняется за один цикл работы устройства. Если содержимое сумматора 5 имеет положительный знак, то вырабатывае- ся сигнал на первом управляющем выходе устройства, что соответствует движению регистрирующего органа по координате X с шагом Л X, После этого в следующем цикле из содержимого сумматора вычитается содержимое счетчика 1, кото рое поступает на входы сумматора через группу элементов И 3. Сигнал на выполнение следующего элементарного шага вырабатьшается в зависимости от нового значения содержимого сумматора 5, Если содержимое сумматора имеет отрицательный знак, то вырабатывается сигнал на втором управляющем выходе устройства, что соответствует движению регистрирующего органа по коордннатэ У с щагом Д У. После этого в следующем цикле к содержимому сумматора прибавляется содержимое сч87гчика 2, которое поступает на входы сумматора через группы элементов И 4. Перед началом воспроизведения параболы счетчик 1 устанавливается в нулевое состояние, счетчик 2 по второму входу поступает значение числа К, в сумматор 5 по третьему входу - значение числа 0,5 (К-1), Каждый цикл формирования элементарных шагов параболы состоит из двух тактов. В первом такте каждого цикла выполаяются опера ции в сумматоре, и на первом и втором управляющих выходах вырабатываются сигналы для управления движением ре- гистрирующего органа. Во втором такте каждого цикла вьтолняется или не выпо няется прибавление к содержимому счет ка 1 двойки в зависимости от знака со жимого сумматора,Если содержимое сумматора 5 имеет положительный знак, то на первый упра ляпощий выход устройства поступает сиг 09 нал на шага +йХ, затем к содпржимому счетчика 1 прибавляется двойка. Если содержимое сумматора 5 и-меет отрицательный знак, то на второй управляющий выход устройства поступает сигнал на выполнение шага +ЛУ. Содержимое счетчика в этом случае не меняется. Перед началом воспроизведения окружности в счетчик 1 поступает по второму входу значэние числа R -радиуса окружности, в сумматор 5 по третьему аходу-зкачение числа О,5R , а счетчик 2 устанавливается в нулевое состояние. Цикл формирования каждого шага окружности состоит из двух тактов. В первом такте каждого цикла выполняется операция в сумматоре и на первом и втором управляющих выходах вырабатьюаются сигналы . для управления движением регистрирующего органа. Во втором такте каждого цикла выполняется прибавление единицы к содержимому счетчика 2, если знак содержимого сумматора отрицательный, или вычитается единица из содержимого счетчика 1, если знак содержимого сумматора положительный Если содержимое сумматора имеет положительный знак, то на первый управляющий выход устройства поступает сигнал на выполнение щага +uXj если содержимое сумматора имеет отрицательный знак, то на второй управляющий вы- -ход устройства поступает сигнал на выполнение щага +ДУ. Предложенное устройство обеспечивает повышение производительности подготовки информации для управляющих программ устройств с числовым программным обеспечением, а также при изготовлении чертежей бескопировальным способом. Формула изобретения Устройство для интерполяции и кусочно-линейной аппроксимации содержащее сумматор, к первому и второму входам которого подключены, соответственно, выходы первой и второй групп элементов И, с управляющими входами которых соединены соответственно первый и второй выходы блока управления, к первому и второму, входам которого подключены первый и второй выходы знакового разряда сумматора, являющиеся первым и вторым управляющими выходами устройства, тре-

тий и четвертый аходы блока управления и третий вход сумматора являются информационными входами устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, в него дополнительно Бведены счетчики, блок масштабирования и блок сравнения, причем третий выход сумматора соединен через блок масштабирования с первым входом блока сравнения, второй и третий аходы которого подключены к выходам первого и второго счетчиков соответственно, выходы первого и второго счетчиков, являющиеся информационными выходами устройства, соединены с информационными аходами

первой и второй групп элементов И, третий и четвертый выходы блока управпекия соединены с первыми входами первого и второго счетчиков, вторые входы которых являются информационными входами устройства, выход блока сравнения является третьим управляющим выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3524978, кл. 235J.193, 1970.

2,Авторское свидетельство СССР

№ 481023, кл. GO5 В 19/18, 1975 (прототип).