Функциональный преобразователь с кусочно-линейной аппроксимацией Советский патент 1980 года по МПК G06G7/26 

- 1 Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано в аналоговых, цифро-анадотовых, цифровых машинах и в автоматики при воспроизведении сложных функциональных зависимостей. Известен функциональный преобразователь с .кусочно-нелинейной аппроксимацией содержащий анализаторы сигналов, первый из которых соединен со входом преобразователя, блоки формирования опорных сигналов, квадратичный преобразователь, блок управления и сумматорУ |jl. Недостатком такого преобразователи является низкая точность работы и ограниченный диапазон входного сигнайа. Наиболее близким к предложенному является функциональный преобразователь с кусочно-нелинейной аппроксимацией, содержащий сумматоры, первый вход пер- вого из которых соединён со входом преобразователя, второй вход - с первым вы ходом первого анализатора сигналов, а выход связан через первый масштабный блок с первым входом второго сумматора, входы которого со второго по шестой связаны с выходами соответственно вто- « рого, третьего, четвертого, днтого и шее-, того масштабных блоков, седьмой вход второго сумматора соединен со вторым выходом первого анализатора сигн)алов, подключенного третьим выходом к управгляющим входам первого, второго, треть-, его, четвертого, пятого и шестого масштабных блоков, которые, кроме первого масштабного блока, другими входами- свя4 заны с выходами соответственно первого, второго, третьего, четвертого и пятого запоминающих блоков, выход пербого сумматора соединен с сигнальными входами первого и второго. ключей, причем выход первого ключа через квадратор соединен с сигнальньш входом третьего ключа, первый выход которого связан с первым входом первого запоминающего блока, выход второго ключа через кубический преобразователь связан с сигнальным выходом четвертого ключа, первый

ыход которого соединен со входом второго запоминающего блока, вторые входь первого и второго ключей соединены с первым входом седьмого масштабного блока и выходом третьего сумматора, первый вход которого подключен ко второму выходу первого запоминающего блока, первый выход первого анализатора сигналов соединен со вторым входом третьего сумматора, второй выход третьего ключа соединен с первым входом осьмого масштабного блока и первым входом четвертого сумматора, второй вход которого подключен ко второму выходу второго анализатора, сигналов, соединенного третьим вьрсодом с первым входом пятого сумматора, второй выход ветвертого ключа свядан с первым входом девятого масштабного блока и с первым входом шестого сумматора, второй вход которого соединен с четвертым ны %одом второго анализатора сигналов, связанного пятым выходом со вторыми входами седьмого, восьмого и девятого масштабных блоков, выход девятого Мйсштабного блока подключен ко второму вхо- , йу пятого сумматора, третий н четвертый входи которого соединены соответственНО с первьши выходами седьмого и восьмого масштабных блоков, подключенных . вторыми выходами соответственно к третьему и четвертому входам шестого сумматори, причем третий выход -седьмого масштабного блока соединен с третьим, выходом четвертого сумматора, подключенного выходом к выходу третьего запоминающего блока, выход пятого сумматора подключен ко входу четвертого запомийающего блока, выход шестого сумматора - ко входу пятого запоминающего блока, выход блока -управления - к управляющим входам ключей, а выход второго сумматора -к выходу преобразователя 2/.

Недостатком такого преобразователя является низкая точность воспроизведения функций, ТИК к.ак в нем не полностью . используется динамический диапазон эле- ментов схемы. . .

Цель изобретения - повышение точности воспроизведения заданной зависимости за счет полного использования динамического диапазона элементов функциональной схемы на всех участках аппроксимации.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе третий вход первого сумматора соединен с третьим выхо- ao первого анализатора сигналов, а выход третьего сумматорп соединен со входом второго анализатора сигналов.

На чертеже представлена схема преоб разователя.

Функциональный преобразователь с.кусочно-нелинейной аппроксимацией содержит сумматор 1 с переменным коэффициентом передачи, соединенный со входом преобразователя 2, мас1утабные блоки 30 8, пороговые элементы 9-12, блоки i3i 14 формирования опорных сигналов и уп. равления масштабными блоками, ключи 15 18, сумматоры 19-23, масштабные блоки 24-26, запоминающие блоки .27-31, , 5 квадратор 32, кубический преобразователь 33 и блок 34 управления. Цифрой 35 обозначен выход устройства, 36 и 37 - соответственно первый и второй анализаторы сигналов.

Преобразователь работает следующим образом.

Входной сигнал с входа преобразователя подается на вход сумматора 1 с переменным коэффициентом передачи, работающего в режиме вычитания. Порог срабатывания первого порогового элемента 9 настроен на верхнее (максимальное) значение линейной зоны выходного сигнала сумматора 1. Порог срабатывания второго порогового элемента 1О настроен на нижнее , (минимальное) значение линейной зоны выходного сигнала сумматора 1. Пороговые элементы 9 и 1О управляют работой первого блока 13 формирования, который формирует сигналы для управления коэффициентом передачи сумматора 1 таким, образом, что при любом i 1, 2, 3, . , . выполняется условие

0 ,. moA- TT выходной сигнал сумматора 1. Кроме

того, блок 13 формирует -опорный сигнал Х , сигнал К пропорциональный значению реализуемой функции в опорной точке Xgv 1 а также сиг.налы для управления масштабными блоками 3-8. 1 Сигнал К Ч-Р noCTyn et на вход сумма-, тора 19. Сигнал Х подается на вход сумматора 1, где вычитается из выходного. На выходе сумл атора 1 будет деист вовать сигналK -K..(g)), ГПР К -коэффициент передач; сумматора 1, соответствующий юпорной точке; , который выбирается из сформированного выше условия..

Сигнал X. подается на первый 15 и третий 17 ключи, а также через первый масштабный блок 3 полинома первой степени на вход сумматора 19. На выходе 573 порвого масштг|б)1ого блока 3 будет действовать снгнпл Х., Къ,- 1, X ву - , ГДР к , - коэ4|фяц ент nepeaa iH пёрво го масштабного блока 3, соответствующи опорной точке А,- . В дальнейшем значение реализуемой функции вычисляется в два такта. Первый такт. Первый ключ 15 соединяет выход сумматора 1 с входом квадратора 32, выход которого через второй ключ 16 подключается к первому запоми нающему блоку 27. Третий ключ 17 соединяет выход сумматора 1 с входом кубического преобразователя 33, выход которого через четвертый ключ 18 подключается к второму запоминающему блоку 28, На выходе квадратора 32 и кубического преобразователя 33 сформируются сигналы: S2-SzNV 5x- , где К 2 и ъЪ коэффициенты передачи квадратора 32 и кубического преобразователя 33 соответственно. На выходах второго и третьего масштабных блоков 4 и 5 будут сформированы сигналы . . Хгхv где К - и К с - коэффициенты переда- чи второго и третьего масштабных блоко 4 и 5, соответственно, соответствующие опорной точке Второй такт. Первый ключ 15 соединяет вход квадратора 32 с-выходом сумматора 20.. Выход квадратора 32 через второй ключ 16 подключается к входам сумматора 21 и восьмого масштабного блока 25. Третий ключ 17 соединяет вы ход сумматора 20 с входом кубического преобразователя 33, выход которого через четвертый ключ 18 подключается к вКодам сумматора 23 и девятого масш- табного блока 26. С выхода первого запоминающего блока 27 сигнал X2-j - 32 подается на вход сумматора 2О, на выхо де которого включены третий и четверты пороговые элементы 11 и 12. Порог сра батывания третьего порогового элемента 11 настроен на верхнее (максимальное) значение линейной зоны выходного сигнала сумматора 2О. Порог срабатывания четвертого порогового элемента 12 настроен на нижнее (минимальное) значение линейной зоны выходного сигнал 5 . сумматора 20. Пороговые элементы 11 и 12 управляют работой второго блока формирования 14, который формирует сигналы, для управления масштабными бпоками 24i 25, 26, сигналы, поступающие на входы сумматоров 21, 22 и 23, а также второй опорный сигнал , который подается на вход сумматора 2О, На выходе сумматора 20 сформируется сигнал Хдо-КаоСЗ-:: -) . де «соэффициент передачи сумматора 2 О. Сигнал Xjo подается через первый ключ 15 на вход квадратора 32, через третий ключ 17 - на вход кубического преобразователя 33, через седьмой масштабный блок 24 - на входы сумматоров 21 - 23 Таким образом, на выходе квадратора . 32 сформируется сигнал х -К k Через второй, ключ 16 этот сигнал по- даетря на входы сумматора 21 и восьмого масштабного блока 25. На выходе кубического преобразователя 33 сформируется сигнал (,. который через четвертый ключ 18 подается на вхосьы сумматора 23 и масштабного блока 26, на выходе которого будет действовать сигнал где К,,, . - коэффициент передачи девятого масштабного блока 26, соответствующий значению второй опорной точки j . Путем аналогичных рассмотрений, приравнивания произведения коэффициентов единице или функциям по Щ получены выражения для сигнала на выходе сумматора 21: Xj - К 2о «для сигнала на выходе сумматора 22: -v , для сигнала на - выходе сумматора 2Ъ- ( 2t 2о Сигналы Х, 2у 23 запоминаются соответственно в третьем, четвертом, пятом запоминающих блоках 29-31 и черей соответствующие масштабные блоки 6-8 подаются на входы сумматора 19. В результате на выходе преобраао- вателя 35 получим Ъ5 вь,х i 4xi (-х) + -; х-хх-к Д...- 1р( - ,i .. rue ( - значения реализуемой функции и ее производных в точке Таким образом, диапазон изменения вхтУциого сигнала разбивается на М участкйв;н функция аппроксимируется на каШбМ из них соответствующим многочленом 6-й степени относительно Преложенный преобразов131Тёль позво- ЖШ ТйрШейять анЙяйШторЬ с:йгаалбв, ЩШ1 жаЖйёДва Пороговых элемента йрбнзвбльном числе опорных точек, что еуЩественно уйрЬщаёт их схёмя гю реалй- зацйк и пЬвышает точность работы пре образователя. Переменный коэффициент передачи сум матора Kj . позволяет добиться постоянства динамического .диапазона выходно Рб ёигн&ла сумматьра Hai каждом участке аппроксимации. При этом пЬлнЬстью используется динамический диапазон всех элементов фуйкциональной в случае, если принято Аеравномерное разбиение опорными .точками диапазона изменения входного сигнала, что увеличиШШ ТоШость апп рдксймаций. --- Формула изобретения Функциональный преобразователь с кусочйо-нелйнеиной аппроксимацией, со- дерзкаи ий сумматоры, первый вход пер-вого из которых соединен со входом преобразователя, второй вход - с первым БЬ1ходом первого анализатора сигналов, а выход связан через первый масштабный блок с первым входом второго сумма тбр1371вШаьгко Ьрог6 шестой связаны с выходами соответетв9н но второго, третьего, четвертого, пятого и шестого масштабных блоков, седьмой вход второго сумматора соединен со вторы В1яход6м первого анализатора сйгйалов, по ключенного третьим выходом к управля- йщйм ёходам первого, второго, четвертого, пятого и шестого масштабных блоков, которые, кроме первого мас табного блока, другими входами связаны с выходами соответственно первого, вто- рого, третьего, четбер|ТрГб и1штЪТ Ь ёапрминающйх блоков, выход первого сумматора роединен с сигнальными вхо|Дами первого и второго ключей, йричем выход первого ключа через квадратор соединен . с сигнальным входом третьего ключа, ШШ кШ1)|р уходом первого запсиуганающегЬёяока, вы ход второго ключа через кубический преобразователь связ1ан с сигнальным выхоДом четвертого ключа первый вьтхЪд ко- toporo соединен со взсодом второго запом нающего блока, вторые входы первого ивторого ключей соединены с первым входом седьмого масштабного блока и выходом третьего сумматора, первый вход . которого подключен ко второму выходу первого запоминающего блока, первый выход первого аналиётора сигналов соединён со вторым входом третьего сумматора, второй вЫхбд третьего ключа соедийёй с первым входом восьмого масштабного блока и первым входом четвертого сумматора, второй вход которого подключен ко второму выходу второго анализаТора сигналов, соединенного третьим выходом с первым входом пятого сумматора, второй выход четвертого ключа связай с i первым входом девятого масштабного блока и с первым входом шестого сумматора, второй вход которого соединен с четвертым выходом йторого анализатора сигналов, связанного пятым выходом со вторыми входами седьмого, восьмого и девятого масштабных блоков, выход девятого Macui- табного блока подключен ко второму входу пятого сумматора третий и четвертой входы которого соединены соответственно с первыми выходами седьмого и восьмого масштабнь х блоков, подключенных вторыми выходами соответственно к третьему и четв ертому входам шестого сумматора, причем третий выходседь- . мого масштабного блока соединен с третьим выходом четвертого сумматора, подключенного выходом к входу третьего запоминающего блока, выход пятого сумматора подключен ко входу четвертого запоминающего блока, выход шестого сумматора - ко входу пятого запоминающего блока, выход блока управления - к управляющим выходам ключей, а выхОД второго сумматора - к выходу преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы, в нем третий вход первого сумматора соединен с третьим выходом первого анализатора сигналов, а выход третьего сумматора соединен со входом второго анализатора сигналов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе. 1.Ав торское свидетельство СССР N 374622, кл. G 06 G 7/28, 1970. . 2.Авторское свидетельство по заявке М 237315О/24, кл. а 06 Q 7/26, приоритет 14.06.76 (прототип).