Устройство для адаптивной дискретизации Советский патент 1981 года по МПК G06G7/02 

I

Изобретение относится к технике дискретизации случайных полей и может быть использовано в прикладных инженерных задачах измерения (анализа) случайных полей с целью сокраще,ния объема исходных данных для тепловых, прочностных и других расчетов.

Известен адаптивный дискретизатор, обеспечивающий достаточный диапазон измерения такта измерений при высокой точности

Однако этот адаптивный дискретизатор не позволяет осуществлять дискретизацию случайных полей.

Наиболее близким к предлагаемому .явл:яется адаптивный временной дискретиэатор, содержащий блок передачи выходных координат выборки, блок памяти, блок сравнения, измерительный элемент, блок управления И

Недостаток такого устройства заключается в невозможности адаптивной дискретиз ации двух-, трех- и более мерных случайных полей.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем адаптивной дискретизации

случайных полей. Пусть имеет место случайное поле, участок которого изображен на фиг.1. Значения случайного паргилетра z как функции координат. X и у до адаптивной дискретизации измеряются во всех обозначенных точках. Однако для воспроизведения этого случайного поля не всегда целесообразно измерять его во всех

Ш точках, так как оно может иметь незначительную степень изменчивости первых производных в основе принципа адаптивной дискретизации трехмерного случайного поля (в координатах х, у,

15 z) может быть положена аппроксимгщия участка случайного поля уравнением плоскости по трем точкс1М с последующим прогнозированием на четвертую и пятую точки. Прогнозируемые значения случайного поля вычитаются из действительных величин в соответствующих точках и получившееся расхождение t сравнивается с допустимым fs . Уравнение плоскости, проходяпей

25 через три точки, будет иметь вид

-zi

- Ц

У -У

-z

Уа -У1

Xj - X;,

Vi -V, zj

X,, - X,

(1

30 или А, + В + D О ,

А (у - у ) (z« - г, ) УЭ У й / Ь

(2i.

В - ( Х-г - Х ) { Zn - Z ) - f /

( х,. - х ) ( z r - z ) ; { 3) Q {xi - х) (у. - У ) -(х, - х ) (у, - у ) ; (4) D. - x(y,j - у ) ( - г ) - )Ц - г, )J +

+ y-t i ) - z ) -(«Э - - zJ3 -f

+ z (хз - X, )(y, .- y )

-(xj - x,)(y.j % ) (51

есь X , x,j и x,j - соответственно

абсциссы первой, второй и третьей точек,

у , у и у - ординаты соответ ственно первой, второй и третьей точек,

Z , 2 и Z - аппликаты соответственно первой, второй и третьей точек.

Учитывая выражение (1), можно засать формулу для прогнозирования ачения параметра z; в i-той точке рез вычисленные коэффициенты А, С, D и координаты i-ой точки

Лу. + йо.+в

чJ 1

;б)

-с

Указанная цель достигается , что в Устройство для адаптивной дискретизации , содержащее блок памяти, информационная группа входов которого является входом устройства, блок управления, вход которого соединен с выходом блока сравнения, выходы бл&ка управления соединены соответственно с -управляющими входами блока памяти и блока передачи .выходных координат, введены блок прогноза блок вычитания, блок аппроксимации, группа входов которогосоединена с первой группой выходов блока памяти, вторая группа выходов которого подключена к информационному входу блока передачи выходных координат, третья группа выходов блока памяти соединена с первыми группами входов блока прогноза и блока вычитания, . вторая группа входов которого подключена к выходу блока прогнозаj вторая группа входов которого соединена с выходом блока аппроксимации.

Указанная цель достигается также тем,что блок аппроксимации содержит первую группу из шести блоков вычитания, вторую группу из трех блоков вычитания, блок инверторов, первую группу из шести блоков умножения, вторую группу из трех блоков умножения и два сумматора, входы блоков вычитания первой группы являются группой входов блока аппроксимации, выходом которого является выход второго сумматора, выход первого блока вычитания первой группы под-.

ключей к первым входам первого и шестого блоков умножения первой группы, второй вход первого и первый вход .третьего блоков умножения первой группы объединены и подключены к с выходу второго блока вычитания первой группы, выход третьего блока вычитания соединен с первыми входами второго и пятого блоков умножения первой группы, выход четвертого блока

вычитания первой группы соединен со

вторым входом второго и с первым входом четвертого блоков умножения первой группы, выход пятого блока вычитания первой группы подключен ко вторым входам третьего и пятого

5 блоков умножения первой группы, выход шестого блока вычитания первой группы соединен со вторыми входами четвертого и шестого блоков умножения первой группы, первые входы блоков вычитания второй группы подключены к выходам соответствующих нечетных блоков умножения первой группы, вторые входы блоков вычитания второй группы соединены с выходами соответствующих четных блоков умножения первой группы, выходы блоков вычитания через соответствующие инверторы подключены к первым входам соответствую.щих блоков умножения второй группы,

Q вторые входы которых соединены соответственно с первыми входами шестого, первого и второго блоков вычитания первой группы, выходы первого и второго блоков умножения второй группы соединены соответственно с первыми и вторыми, входами первого сумматора, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом третьего блока умножения второй группы, а

0 также тем, что блок прогноза содержит два блока умножения, сумматор инвертор и блок деления, выход которого является выходом блока прогноза, входы первого блока умножения соединены соответственно с первыми входами первой группы и второй группы входов блока прогноза, вторые входы первой и второй группы входов блока прогноза подключены соответственно

Q ко входам второго ,5лока умножения,

выход которого соединен с первым входом сумматора, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого блока умножения и к четвертому входу второй группы входов блока прогнозаjтретий вход которого через инвертор соединен с первым входом блока деления, второй вход которого подключен к выходу сумматора. Блок аппроксимации служит

0 ,для вычисления коэффициента аппроксимирукяцего выражения (1) в соответствии с формулами (2), (3), (4) и (5). Блок прогноза осуществляет прогнозирование значений параметра на последующие точки случайного поля по фор-/ муле (6). Блок вычитания позволяет оценить разность между прогнозируемыми и действительными значениями параметров случайного поля. Устройство управления необходимо для вьщачи управляющих команд в зависимости от сигналов с блока сравнения. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока аппроксимации/ на фиг. 3 - структурная схема блока прогноза; на фиг. 4 - участок случайного поля. Предлагаемое устройство для адаптивной дискретизации случайных поле содержит блок 1 памяти, информацион ная группа входов которого является входом устройства, первая группа вы ходов подключена к первой группе входов блока 2 аппроксимации, а вто рой выход соединен с первым входом блока 3 передачи выходных координат выходы блока 2 соединены с первым входом блока 4 прогноза, подключенн го своим выходомК первому входу бло ка 5 вычитания, а вторым входом к третьей группе выходов блока 1 памяти, второй вход блока 5 соединен с третьей группой выходов блока 1 памя ти, а выход через блок б сравнения соединен со ходом блока 7 управлени Первый выход блока 7 соединен со вто рым входом блока 2 аппроксимации, второй выход - со второй группой входов блока 1 памяти, а третий - со вторым входом блока 3, выход которог является выходом устройства, блок 2 аппроксимации и блок. 4 прогноза являются нестандартными, поэтому ниже приводится их структурное исполнение и принцип работы. Блок 2 аппроксимации, представленный на фиг. 4, сйдержит первую группу 8 блоков вычитания, входы которой подключены ко второму выходу блока 1 памяти (фиг.З), а выходы через первую группу 9 блоков умножения- ко входам второй группы 10 блоков вычитания. Выходы группы 10 соединены с первым входом блока 4 прогноза, а также через группу il инверторов с первыми входами второй группы 12 блоков умножения, вторые входы которой подключены к первому выходу блока 1 памяти (фиг.З). Выходы первого и третьего блоков произведения группы 12 соединены соответственно с.первым и вторым входами первого сумматора 13, выход которого подключен к первому входу второго сумматора 14. Второй вход этого сумматора соединен с выходом второго блока произведения группы 12, а выход - с первым входом блока 4 прогно за (фиг.З). Блок 2 аппроксимации работает сле дующим образом. Абсциссы, ординаты и аппликаты первой, второй и третьей точек посту пают с блока 1 Пс1мяти (фиг.2) на входы первой группы 8 блоков вычитания. Здесь осуществляется вычисление разностей формул (2), (3), (4) и (5). Эти величины подаются иа входы первой группы 9 блоков произведения, где определяются попарные произведения круглых скобок формул (2), (3), (4). Эти значения поступают на входа| второй группы 10 блоков вычитания, в которой вычисляются коэффициенты А, В и С в соответствии с формулгши (2), (3) и (4). Величины этих коэффициентов поступают на первый вход блока 4 прогноза (фиг.2), а также на входы группы инверторов. Инверторы необходики для изменения знаков коэффи.циентов А, В и С на противоположные свободного члена О, в формуле (1) фактически заключены коэффициенты А, В и С, но со знаком минус. Эти коэффициенты с обратшлм знаком подаются на первые входы второй группы 12 блоков произведения, .иа вторые входы которой поступают с блока 1 памяти абсцисса х, ордината у И аппликатаZ- первой точки. В группе 12 вычисляются три слагаемых формулы (5). Первое и второе слагаемые формулы (5)засылаются соответственно на первый и второй входы первого сумматора 13, где вычисляется их сумма, которая подается на первый вход второго сумматора 14. На второй вход этого сумматора поступает со второго блока произведения группы 12 третье слагаемое формулы (5), которое суммируется в блоке 14 с суммой двух первых слагаемых. Таким образом, с выхода блока 14 подается к выходу блока 2 на первый вход блока 4 прогноза (фиг.2) значение свободного члена О аппроксимирунщего выражения (6) Блок 4 прогноза, представленный на фиг.5, содержит первый блок 15 умножения и второй блок 16 умножения, первые входы KOTOJMJX подключены к выходу блока 2 аппроксимации, а вторые входы - к третьему входу блока 1 памяти (фиг.2). Выходы блоков 15 и 16 соединены соответственно со вторым и первым входами сумматора 17. Третий вход суммато4 а подключен к выходу блока 2 аппроксимации (фиг.З), а выход сумматора 17 соединен с первым входом блока 18 деления. Второй вход блока 18 через инвертор 19 подключен к выходу блока 2 аппроксимации, а выход блока 18 деления соединен с первым входом блока 5 вычитания (фиг.2). Блок 4 прогноза работает следуюим образом. Коэффициенты А и В, вычисленные в блоке 2 аппроксимации, подаются на первые BXOjCQ: первого блока 15 и вторЪго блока 16, на вторые входы которых поступают с блока 1 памяти значения абсциссал х и ордината уд; i-той точки. В блока.х 15 и 16 оцениваются первые два cJiaraeNwx числителя формулы (6) описания, засылаемые на первый и второй входы сумматора 17. На третий вход сумматора с блока 2 аппроксимации подается вычисленный там коэффициент D. В сумматоре 17 вычисляется величина числителя формулы (6), которая засылается на первый вход блока 18 деления. На второй вход блока 18 через инвертор 19 подается величина С с блока 2 аппроксимации (инвертор позволяет получить величину -С - знаменатель формулы (6), блок 19 деления определяет прогнозируемое значение параметра z в соответствии с формулой (2) описания, которое поступает на первый вход блока 5 вычитания.

Устройство для адаптивной дискретизации случайных полей работает следующим образом.

В блок 1 памяти со входа устройства подаютсй абсциссы, ординаты и аппликаты трехмерного случайного поля, С блока 1 памяти поступает координата трех первых точек на первые входы блока 2 аппроксимации и блока 3 (проекции этих точек а 1, bl и а2. изображены на фиг.1), блок 1 аппроксимации определяет коэффициенты выражения (1) в соответствии с формулами (2), (3), (4) и (5). Полученные коэффициенты- с блока 2 засылаются на первый вход 4 прогноза, на второй вход которого подаются с блока 1 памяти значения абсцисс и ординат последукадих двух точек (Ь2 и а 3)..Блок 4 осуществляет прогнозирования случайного параметра .Z на эти две точки. Результаты прогноза направляются на первый вход блока 5 вычитания, на второй вход которого подаются действительные значения параметра ZQ . Блок 5 оценивает разность 4k между действительными и прогнозируекыми значениями. Эта разность поступает на первый вход блока «j сравнения, где 4. сравнивается с допустимой погрешностью аппроксимации fit.3 . В данной ситуации возможны четыре варианта.

Если для первой и второй прогнозируемых точек ii 4 bS, то блок 6 сравнения подает сигнал на блок 7 управления, который дает команду на блок 1 памяти для засыпки координат последующих точек на блок 4 прогн.оза для последующей экстраполяции и блок 5 вычитания.

Если для первой прогнозируемой точки 4 fiku , а для второй то блок 6 сравнения дает сигнал устройству 7 управления, который подготавливает к работе блок 2 аппроксимации, дает команду блоку 1 памяти на засылку координат последукяцих точек в блок 2 аппроксимации и в блок 3, а также команду на блок 3 для выдачи

на выход устройства координлг второй прогнозируемой точки.

Если для первой прогнозируемой точки А- й-Э , а для второй л i дэ, то порядок работы тот же, что и при варианте 2, только на выход устройства с блока 3 выдаг)тся координаты первой прогнозируемой точки.

Если для первой и второй прогнозируемых точек А да , то порядок работы тот же, что и при варианте 2 только на выход устройства с блока 3 выдаются координаты обеих прогнозируемых точек. (Значения координат первых трех опорных точек а 1, Ы и а2 выдаются на вход устройства с блока 3 выборки при любом варианте). Таким образом,осуществляется аппроксимация с прогнозированием (экстраполяцией) всей первой полосы вплоть до точки am (фиг.1). Затем те же операции производятся .с другими полосами, до п-ой включительно. Адаптивная дискретизация трехмерного случайного поля в кординатах х, у, z закончится, в точке nm. Следовательно, в результате работы предлагаемого устройства на его выходе будут формироваться- значения координат (абсцисс, ординат и аппликат) только тех точек случайного поля, которые необходимы для его воспроизведения с заданной точностью. Все остальные .точки из дальнейших расчетов автоматически исключаются.

Следует отметить, что устройство позволяет оперировать с трехмерным случайным полем. В принципе можно создать устройство для адаптивной дискретизации случайных полей большей размерности, однако здесь будет отсутствовать наглядность, поскольку аппроксимацию и экстрополяцию нужно будет проводить с помощью уравнений гиперплоскости.

Положительный эффект предлагаемого устройства заключается в том, что оно позволяет осуществлять адаптивную дискретизацию случайных трехмерных полей и тем самым существенно снижать объем информации для дальнейших расчетов.

Формула изобретения

1. Устройство для адаптивной дискретизации, содержащее блок памяти,

55 информационная группа входов которого является входом устройстэа, блок управления, вход которого соединен с выходом блока.сравнения, и выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами блока памяти и блока передачи выходных координат, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет адап j тивной.дискретизсщии случайных полей

в устройство введены блок прогноза, блок вычитания, блок аппроксимации, группа входов которого соединена с первой группой выходов блока памйти, вторая группа выходов которого подключена к информационному входу блока передачи выходных координат, третья группа выходов блока памяти соединена с первыми группами входов блока прогноза и блока вычитания, вторая группа входов которого подключена к выходу блока прогноза, вторая группа входов которого соединена с выходом блока аппроксимации.

2. Устройство по П.1, о т л и чающееся тем, что блок аппроксимации содержит первую группу из шести блоков .вычитания, вторую, группу из трех блоков вычитания, блок инверторов, первую группу из шести блоков умножения, вторую группу из трех блоков умножения и два сумматора, входы блоков вычитания первой группы являются группой входов блока аппроксимации, выходом которого является выход второго сумматора, выход первого блока вычитания первой групгш подключен к первым входам первого и шестого блоков умножения первой группы, второй вход первого и первый вход третьего блоков умножения первой группы объединены и подключены к выходу второго блока вычит ния первой группы, выход третьего блока вычитания соединен с первым входом второго и пятого блоков умножения первой группы, выход четвертого блоки вычитания первой группы соединен с вторым входом второго и с первым входом четвертого блоков умножения первой группы, выход пятого блока вычитания первой группы подключен ко вторым входам третьего и пятого блоков умножения первой группы, выход шестого блока вычитания первой группы соединен со вторыми входами четвертого и шестого блоков, .умноженйяпервой группы, первые входы блоков вычитания второй группы подключены к выходам соответствующих

Вход

6lifXOff

нечетных блоков умножения первой группы, вторые входы блоков вычитания второй группы соединены с выходами соответствующих четных блоков умножения первой группы, выходы блока вычитания второй группы через соответствующие инверторы подключены к первым входам соответствующих блоков умножения второй группы, вторые входы которых соединены соответственно с первыми входами шестого, перво0го и второго блоков вычитания первой группы, выходы первого и второго блоков умножения второй группы соеди.нены соответственно с первым и вторым входами первого сумматора, выход ко5торого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом третьего блока умножения второй группы.

3. Устройство по П.1, о т л и 0чающееся тем, что блок прогноза содержит дйа блока умножения, сумматор, инвертор и блок деления, выход которого является выходом блока прогноза. Входы первого блока умножения соединены соответственно

5 с. первыми входами первой группы и второй группы входов блока про.гноза, вторые входы первой и второй группы входов блоков прогноза подключены соответственно ко входам второго бло0ка умножения, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй и третий входы которого подключены срответственно к выходу первого блока умножения и к четвертому входу

5 второй группы входов блока прогноза, третий вход которого через инвертор соединен с первым входом блока деления, второй вход которого подключен к выходу сумматора.

0

Источники информации, . . принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №474935, кл. Н 03 К 13/16, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР

5 №394800, кл. G 06 G 7/02, 1972 (прототип) .

fPuf.4.

PUf t

,у;