Устройство для дискретной записи и воспроизведения функций Советский патент 1980 года по МПК G06F3/00 

Изобретение относится к вычислительной и преобразовательной технике и может быть использовано для записи и воспроизведения электрических сигналов, характеризующих физические процессы в различных автоматизированных системах управления технологическими процессами. Известны устройства аппроксимации и последующего воспооизведения функцио- нальных зависимостей, в основу которых положена теория приближения функций tlj Недостаток этого устройства - низкая универсальность. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство осуществляющее автоматическое вычисление угловых коэффициентов на участках аппроксимируемой функции с неизвестной предварительной информацией о ее виде, в которой подлежащий дискретной записи сигнал квантуется по уровню с постоянным шагом квантования, а вычисляемые угловые коэффициенты на каждом шагу квантования заносятся в блок памяти ДЛЯ дальнейшего использования при воспроизведении функции, для чего устройство включает в себя дифференциальный усилитель, цифроаналоговые. преобразователи, схемы сравнения, счетчики, генератор опорной частоты, переключатели, логические элементы и блок памяти 2, К недостаткам известного устройства следует отнести невысокую точность, обусловленную наличием аналоговых дифференциального усилителя и схем сравнения, а также неполную адаптацию дискретной записи функции входного сигнала, так как величиной шага квантования необходимо задаваться предварительно (т.е. все-таки необходимы ориентировочные сведения о форме сигнала) и в процессе записи не предусмотрено изменение величины шага квантования в зависимости от формы сигнала. Заведомое уменьшение шага квантования позволяет повысить точность преобразования, но приво.дит к получению избыточной информации от отдельных участков функциональной

зависимости, чго приводит к неоправданному увеличению оборудования.

. Лель изобретения - повышение точ НОСТ Ь

Поставленная цель достигается тем, что устройство для дискретной записи и воспроизведения функций,,содержащее блок памяти счетчик цикла, счетчик приращения и результирующий счетчик, узел сравнения, переключатель, цифроаналоговый преобразователь, элемент задержки, генератор опорной частоты, выход кото- рого соединен со счетным входом счетчи™ ка цикла и первым входом делителя час Тоты, выход которого соединен со счет- ным вконом результирующего счетчика и первым выходом устройства, выход результирующего счетчика соединен со вхо дом цифроаналогового преобразователя, с первым входом узла сравнения и выходом устройства, выход цифроаналогового преобразовате,пя соединен с третьим выходом устройства, содержит аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен со входом устройства, выходы последовательного и параллельного кодов аналогоцифрового преобразователя соединены со счетным входом счетчика прираихения и с первым входом блока памяти соответст венно,, первый вход узла сравнения и вход параллельной записи результирующего счетчика через первый переключа тель соединены с параллельным выходом аналого-цифрового преобразователя и с первым выходом блока памяти, второй и третий входы делителя частоты соедине ны соответственно с выходами .первого и второго коммутаторов, первые входы которых подключены соответственно через второй и третий переключатели с выходами счетчиков цикла и приращения, а также со вторым и третьим выходами блока памяти, второй и третий входы ко«торого соединены соответственно с выходами счетчиков циклов и приращения, выход узла сравнения соединен с управляю™ щими входами коммутаторов и блока па мяти непосредственно, через четвертый переключатель с управляющим входом результирующего счетчика и через эле мент зацерхски с. управляющими Бхода-ми счетчиков цикла и приращения.

Предварительно задавшись максималЬ но допустимой погрешностью от аппрок-снмацИЕ 6 X atUQ, одновременно с аналого-цифровым преобразованием входного аналогового сигнала л (t) в числовой коа-|( дополнигельно формируется

ступенчатая функция &(х)о с любым начальным угловым коэффициентом Ко во временном интервале i-Q -г- ti , пока выпапяется условие $(:х)о-Мх| лУап.д.

При увеличении разности до значения S(y)g-Nxt5-AXan.g, в блоке памяти фиксируются координаты Первого дискретизированного участка: мгновенное числовое значение Ыд , входного сигнала, зна-

чение временного интервала (цикла)

utj-i-i-lo и соответствующее ему приращение AM,-NK,Nxo функции. Далее, на втором участке, начиная с момента i. i , используя предыдущую вычислительную информацию об угловом коэффициен-

.

те 1 формируется ступенчатая

функция S ( X )t с угловым коэффициентом KI в течение временного интервала

t f to t пока выполняется условие

i5(x),-Ny,| ftXa-M.q. - При увеличении разности до знaчeнияl {1,)|-Nx,.. в блоке памяти фиксируются координаты следующего второго дискретизированного

участка NxiiAti tj-ti, Д Мг, Nx.- NX. На третьем участке, начиная с момента t формируется ступенчатая функция S ( X )э с угловым коэффициентом

: ANt

А М

ки т, д.

utc

На фиг, 1 представлен график, поясняющий принцип работы; на фиг. 2 - блоксхема устройства.

Устройство содержит вход 1 , аналогоцифровой преобразователь 2, переключатели 3 - 6, реверсивный счетчик 7, триггер 8 знака приращения, сумматор 9, элемент 1О, сравнения, вход 11 устройства, счетчик 12 приращения, узел 13 .сравнения, результирующий счетчик 14, счетчик 15 цикла, генератор 16 опорной частоты, делитель 17 частоты, первый выход 18 устройства, второй выход 19

устройства, цифроаналоговый преобразователь 20; третий выход 21 устройства, первый коммутатор 22, блок 23 памяти второй комм -татор 24,-элемент 25 задержки.

На фиг. 1 обозначено X (t) - аналог-овое значение входной аппроксимирующей функции; Njf - числовое значение входного сигнала; XnftCt) - аналововое значение воспроизведения функции;

Nj числовое значение воспроизводимой функции; it|.-TY,-t,-tf 1-0 - шаг дискритизации (время цикла); &Xaft.ff.- максимально допустимая погрешность аппроК

снмпцни; fp - опорная часгог.Г, ANi Nx;.- NX(v-i) - приращение функции на одном дискретном участке; К ГА - угловой коэффициент функции; S(4)(,,..., &(v)l -формируемая ступенчатая функция с угловым коэффициентом К (J , K.j . . ,, KI ,

Вход устройства 1, через который вводится сигнал X (t), подлежащий аппроксимации, соединец с вкодом аналогоцифрового преобразователя 2, предназначенного для получения в режиме Запись текущих числовых значений NX входного сигнала X (t), а также знака и величины приращений iANi. на дискретных участ.ках. Перевод устройства из режима работы Запись в режим работы Воспроизведение осуществляется через первый, второй, третий и четвертый переключатели 3 - 6 соответственно (на фиг. 2 положение переключателей 3-6 соответствует режиму Запись). Выход последовательного кода и знака приращения аналого-цифрового преобразователя 2 соединен с входами реверсивного счетчика 7 и триггера 8 знака, а выход параллельного кода соединен через первый переключатель 3 с входом - сумматора 9, выход которого соединен с первым входом элемента Ю сравнения, второй вход элемента 1О сравнения соединен через первый переключатель 3 с вводом 11 значения максимально допустимой погрешности Л Хан.о- Реверсивный счетчик 7 и триггер 8 знака объединены в узле счетчика 12 приращения, а сумматор 9 и элемент 1О сравнения - в узле 13 сравнения. Счетчик 12 приращения предназначен для подсчета абсолютного значения приращения А NI и фиксации его знака. Выход параллельного кода аналогоцифрового преобразователя 2 соединен через первый переключатель 3 с входом параллельной записи кода результирующего счетчика 14.

Счетный вход счетчика 15 цикла соединен с выходом генератора 16 опорной частоты, выход которого соединен также с первым входом делителя 17 частоты, выход которого соединен с счетным входом результирующего счетчика 14 и с первым выходом 18 устройства. Выход результирующего счетчика 14 соединен с входом + сумматора 9, второй вход узла 13 сравнения с вторым выходом 19 устройства и с входом цифроаналогового преобразователя 20, выход которого соединен с третьим выходом 21 устройства.

29146

Второй вход пелитуля 1 7 частоты через nepBLifi KOMfviyrarop 22 и второй переключатель 4 соединен в режиме Запись с выходом счетчика 15 цикла, а в режиме 5 Воспроизведение - с первым выходом блока 23 памяти, первый вход которого соединен с выходом счетчика 15 цикла, третий вход делителя 17 частоты и вход управления реверсом результирующего 10 счетчика 14 через второй коммутатор 24 и третий переключатель 5 в режиме Запись соединены с выходом счетчика 12, приращения, а в режиме Воспроизведение - с вторым выходом блока 23 па15 мяти, соответствующий второму выходу первый вход блока 23 памяти соединен с выходом счетчика 12 приращения. Выход параллельного кода аналого-цифрового преобразователя 2 соединен с третьим 2G входом блока 23 памяти, а соответствующий третьему входу третий выход блока 23 памяти в режиме Воспроизведение через первый переключателль 3 соединен с входом параллельной записи результи- 5 рующего счетчика 14 и с входом - сумматора 9 - первый вход узла 13 сравнения. Узел 13 сравнения предназначен для формирования в режиме Запись при условии(3(х)1-М(у){,.§. управ0 ляющего сигнала на разрешение считывания с параллельного выхода аналого- цифрового преобразователя 2 через первый переключатель 3 параллельного кода текущих числовых значений на вход парал5 лельной записи результирующего счетчи- ка 14; на открытие первого и второго коммутаторов 22 и 24 для счктьюания с выходов счетчиков 15 и 12 цикла и приращения через второй и третий переклю- 0 чатели 4 и 5 на второй и третий входы делителя 17 частоты числовых значений координат Atd, и ДМ{ соответственно} на запись блок 23 памяти числовых значений координат b,i:l , /iNi. , NX. соот5 ветственно через его первый, второй и третий входы; на установку в О счетчиков 12 и 15 приращения и цикла через время, необходимое для записи их показаний в блок 23 памяти. В режиме 0 Воспроизведение узел 13 сравнения срабатьюает при условии NX - Nxi. О т. е. равенства значений координаты 1 хранимой в блоке 23 памяти, и текущего значения N х J. формируемого 5 результирующим счетчиком 14. В этом случае сигнал с выхода узла 13 сравнения, поступающий на управляющие входы коммутаторов 22 и 24 и блока 23 памя-

7742

гй, разрешает считывание из последнего через второй и третий перегшючатели 5 и 4 на второй и третий входы делителя 17 частоты и на nepBbiJi вход узпа 13 сравнения координаты следующего дискре тизированного участкаai(ltн)., АN(b-i) аоотетствен-но, С этой . целью выход узяа .1.3 через четвертый переключатель 6 соединен с управляющим входом реау 1ьтирующего счетчика 4. через элемент 25 задержки с управляющими вхо- дамИ счетчиков 12 н 15 прираагення п цикла, а с управляющими входами пэрйого я второго коммутаторов 22 п 24 к блока 23 памяти непосредственно,С первого выхода 18 устройства счп

тывйется последовательност.ь импульсов

.,1 f U hi L

с частотой следования ;,-1о-д г- , пропорциональной скорости змерения функгшп на t -ОМ дискретном участке. С выхода 19 устройства считываются шюловые значения N воспроизводимой функт.ипт., С вывода 21 устройства считывается квантованное пиачеппе Хкв(Ь) Bocnpotta™ водимой функлни X (t),

Работа устройства осущестштяется следующим образом.

Реж1{м записи. В режиме дискретной записи функции переключатели 3 б устанаг ливаются в положении, указанном на фиг. 2„

В соотвэтстзнн с заданной максималь« но Доп5стикшй ногрэшностыо аппроксима.-тдми ДХагг. узл.е 13 сравнения устаиав. ливается режим, обеспечивающий его сра батываиии при условии достижения разнос ти числовых значений на его входах

15сх)-Мх ЛХа-ид. неизвест на форма кр1.5.ой аппроксимируемой функциа, то в делителе 17 частоты устанавлн веется любое начальное значение угмгопого коэффициента К (например 1) „

Подлежащий аппроксимации сигнал К (t) поступает со входа 1 устройства в аналого-цифровой преобразователь 2, где его аналоговое аначен51е преобразуется и. числовой э1ШИЕалент М х ОциоЕремег;но с выхода генератора 16 опорной час:готы на счетный вход очотчкка 15 цшсла п пе вый вход делптэля 17 Щ стоть ггост-упе.ет посшедовательность импульсов с частоСОй сл(.эдовашш 10 . С выхода делителя 16 часУтоты последовательность импульсов с чай-тотой f Q ° К о поступает на счетным вхЛд результирующего счетчика 14, на выходе которого формируется атгачение ступенчатой функции SCx)© « подаваемое па второй вход узла 13 сравнения, на

л8

первый вход которого через перылй пе)окшочатель 3 поступает текущее ЧЯСЛОВОЕЗ значенио f J - входной функции, i моменту времени Li -, когда числовое значение функцпн равно Wpf-Nj , а абссшют пая разность менэду числовым значением ступенчатой фушщии S{x)u н дости- гаот предельно донустигушго значения Л л Q;1C , в счетчике 12 приращения сформируется числой W( - 1 к, Мхд а в счетчике 15 цикла число u-t,-t,-tg, эквивалентное временкоьг/ интервалу to- ti В момент it срабатывает узел 13 сравнения, в результате чего происходит открытие первого и второго коммутаторов 22 и 24 и запись в делитель 17 частоты с выходов счетчиков 15 и 12 цикла и прираш:енпя значений & t , н Д . , что соответствует установке нового коэс|)фициента деления К т-г j перезапись в счетчик 14 с параллельного выхода аналого цифрового преобразовател 2 через первый переключатель 3 числового значения М ;, вместо сформированного ранее текущего значения ступеича той функции S()Q J запись в блок 23 памяти с параллельного выхода аналогоцифрового преобразователя 2 и с выходов счетчиков 12 н 15 координат первого аппроксимированного участка N );, , AN| , utj соответственно; установка в О счетчиков 12 к 15 приращения и цикла через элемент задержки 25 - подготовка счетчиков 12 и 15 к формированию числовых значений .координат следующего участка,

С момента -t, до tg, результирующий счетчик 14 заполняется импульсами с частотой следования 0 К , и с соотвегствзтощей крутизной на втором входе узаа 13 сравнения формируется значение стуг еичатой функции 5(.) . При дости;;1Л1ИИ NX 1чу, , т, е. ПрИ УСЛОВИИ

HkjJ|i Hxt -ti . SKOBb срабатыBfiBT узелis сравнения, в результате чего в делитель 17 частоты перепнсы- вается: значенке коэффициента деления 1 1 блок намяти записьшаютсзГ коог нипаты Нщ , & Н;, второго участка и т, д.

Формкрованйэ ступенчатой функции Ё(-)1 на каждом t ом участке с посгоятилы углозогм коэ(|)фициентом, величИ :па которого определяется фюрмой кривой па предыдущем () -ом участгш аппроксимируемой фушсции, и постоянное сравнение значений (Д) и (гсj позволяют an.TOMaTHfec.KK опре.аелять наиболее опти- 9 ,iM способом коорцнпаты у:у1овых точек аппроксимируемой функции. Рех-сим воспроизведения. Переключате ли 3-6 устанавливаются в положения, указанные на фиг. 2 пунктиром. В узле 13сравнения устанавливается режим, обеспечивающий его срабатывание гфи условии равенства на его входах мгновен ного значения воспроизводимой фушсцин Nxl и узлового значения N , кран мого в блоке 23 памяти. В этом рвдшме работы аналого-цифровой преобразовагель и счетчики 12 и 15 приращения и циюта не участвуют, а результирующий счетчик 14работает только в режиме последовательного счета (параллельный вход бло- кирован). С начального момента о воспроизведения функциональной зависимости в де- лителе 17 частоты с первых цвук входов блока памяти 23 устанавливается коэффициент деления К,- д- а с третьего выхода блока 23 памяти на первый вход узла 13 сравнения через первый переклю чатель 3 поступает числовое значение Nx ординаты первой узловой точки, после чего на выходах 19 и 21 устройства формируются значения числовых N х j аналоговых XKB) эквивалентов воспроизводимой функции X(t) с крутизной, пропорциональной foK| При движении равенства NX числовых значений на входах узла 13 сравнения, послед НИИ срабатьшает и с выходов блока 23 памяти череа переключатели 4 и 5 и .коммутаторы 22 и 24 в делителе 17 ча частоты устанавливается следующее значение коэффициента деления Kj.- л- а на первый вход узла 13 сравнення с третьего выхода блока 23 памяти посту пает. соответствующее значению чение N Xi ординаты второй узловой сч ки н т. д. Изменяя частоту IQ генератора 16 опорной частоты, можно измерять время развертки воспроизводимой фу1жциональ- ной зависимости. Таким образом, задаваясь лишь одним параметром - максимально допустимой погрешностью аппроксимации , , без наличия предварительной информации о виде аппроксим{фуемой функциональной зависимости, предлагаемое устройство позволяет осуществлять оптимальное раз- биенне функции на линейные участки, т. е при заданной точности представить ее минимальным количеством дискретных значений. М. ИьЕСок::я roMH(v. 1 i, преобразования, редоляегся гем. чго операции сравнения, аапоминання, формирования числовых зна« чений угловых коэффициентов осуществля- ются элементами дискретной вычислкгельной техники и суммарная погрешность зависиг лишь от прецизионности аналоге- цифровосго преобразователя и от стабиль нести генератора опорной частоты, совре-. манный технический уровень которых достаточно высок изобретения Форму Устройство для дискретной записи -н зоспроизвецення функций, содержащее. блок памйтКг счетчик цикла, счетчик приращения EJ результирующий счетчик, узел сравнения, переключатель, цифроаналоговый ггреобразователь, элемент за- , генератор опорной частоты, выход которого соединен со счетным вхо- SON-; счетчика цикла н первым входом делителя частоты, выход которого соединен со счетным входом результир}гю- щего счетчика н первым выходом устрой- сгьа, выход результирующего счетчика соединен со входом цифроаналогового пре-« образователя, с первым входом узла сравнения и выходом устройства, выход цнфроаналэгового преобразователя соединен с третьим выходом устройства, о т- л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью повышения точности, устройства содержит аналого-цифровой преобразова-v гель, вход которого соединен со входом устройства, выходы последовательного и параллельного кодов аналого-цифрового преобразователя соединены со счетным вводом счетчика приращения и с первым входом блока памяти соответственно, первый вход узла сравнения и вход параллельной записи результирующего счетчики через первый перекяюча- телаз соединены с параллельным выходом аналогонцифрового преобразователя и с первым выходом блока памяти, второй и ретий входы делителя частоты соединеы соответственно с выходами первого второго комл утаторов,, первые входы оторых подключены соответственно чеез второй, и третий переключатели с выодами счетчиков цикла и приращения, та.кже со вторым и третьим выходами пока гюмятн, второй и третий, входы коорого соединены соотвегстванно с вы-

1

хеадами счетчиков цикла и прирящония, выход узш сравнения соединен с управля1ощими вкодами коммутаторов и блока памяти непосредственно, через четвертый переключатель с управляющим входом результирующего счетчика и через 9ле мент задержки - с управляющими входами счетчиков цикла и приращения.

4291412

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Алексеев Г. И. Е оспроизведение функций средствами цифроаналоговой вы5 числительной техники. Минск, 1975, с. 111-155,

2.Авторское свидетельство СССР N9 478333, кл. G 06 Р З/ОО, 1975.

Г) I ) uig1

Фй.г./ ig