Число-импульсный функциональный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК G06F17/10 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано либо в качестве автономного устройства для обработки число-импульсной информации, либо в составе цифровых интегрирующих машин развертывающих измерительных систем, или других специализированных вычислительных устройств. По основному авт. св. №860071, содержащий счетчик приращения функции , блок памяти, блок число- импульсного умножения,два ключа, четыре эле мента И, два триггера, четыре .элемента ИЛИ, накапливающий сумматор, элемент задержки, причем выход дополнительного разряда блока памяти подключен к управлякндим входс1М ключей, информационные входы которых подключены соответственно к выходу блока чис ло-импульсного умножения и входу пре образователя, выходы ключей подключе ны соответственно к первым входги пе вого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к выходу первого элемента И, первый вход кото рого соединен с входом опорной часто ты преобразователя, а второй - с выходом первого триггера, первый вход которого соединен с выходом вт&рого элемента И, первый и второй входы которюго соединены соответственно с входом преобразователя и выходом дополнительного разряда блока памяти, второй вход первого триггера соединен с выходом блока число-импульсного умножения, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом счетчнка приращения функции и выходом преобразователя , выход второго элемента ИЛИ .соединен с импульсным входом- блока число-импульсного умножения, накапливающий сумматор информационным входом подключен к выходу блока памяти , вход которого соединен с первым выходом счетчика приращений функции,: выходы накапливающего сумматора сое- динены с информационным входом блока число-импульсного умножения, установочный вход накапливающего сумматора через элемент задержки подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к третьему выходу счетчика приращения функции и выходу четвертого элемента И, первый вход которого соединен с третьим выходом счетчика приращения функции, вторые входы третьего и четвертого элементов И соединены- соответственно с прямым и инве сным выходами второго триггера, выходы третьего и четвертого элементо ИЛИ подключены соответственно к вход второго триггера и второму входу сч чика приращения функции. Преобразователь позволяет воспро изводить функции с f(х) 1 и имеет высокие точностные характеристики благодаря использованию аппроксимации второго порядка 1. Однако известный преобразователь имеет ограниченные функциональные возможности - не позволяет воспроиз водить функции, заданные в произвольных точках области определения. Цель изобретения - расширение фу циональных возможностей устройства за счет дополнительного воспроизведе ния функций в произвольных точках об ласти определения. Поставленная цель достигается тем что в устройство дополнительно введе на схема сравнения, первым входом соединенная с выходом блока памяти, вторым - с потенциальными выходами младших разрядов счетчика приращений функции, а выходом - с третьим входом счетчика приращений функции и входом элемента задержки, ВЕЛХОД кото рого соединен со входом сброса в О младших разрядов .счетчика функ ции. На чертеже представлена блок-схема преобразователя. Преобразователь содержит элемент IИЛИ, триггер 2, элементы 3 и 4 И, элемент 5 ИЛИ, схему б сравнения, элемент 7 задержки, блок 8 число-импульсного умножения, накапливающий сумматор 9, блок 10 памяти, счетчик IIприращений функции, ключи 12 и 13, элемент 14 И, триггер 15, элемент И 16, элементы 17 и 18 ИЛИ. В функциональном преобразователе формирование приращения ду функции по заданному приращению аргумента дх осуществляется с использованием двух видов кусочной аппроксимации по оси На каждом из участков i произвольной длины функции у(х) заменяется парабо лой второго порядка , . + d..b.(x-x,)(x-x,).o) в свою очередь i -и участок разбивается на К промежуточных интервалов одинаковой длины h, а парабола (1) воспроизводится линейны| отрезками N.(c,3.j).AX,) - значение функции у в точке Xj ; ,- приращение аргумента на J-OM промежуточном интервале; С- И d коэффициенты постоянные на протяжении всего i-ro интервала; номер основного интервала неравномерного разбиения области у. т- -номер промежуточного интервала аппроксимации . В соответствии с выражением (2) ичина приращения вычисляется по елирующим зависимостям, которые j-ro промежуточного участка разния функции у имеют вид ) j N...j , Д)(,йУ - приращения аргумента и функции, представленные числом импульсов; .-j)- коэффициент, определя - ющий наклон воспроизводимой функции, когда ее первая производная d,, /dx - 1; ..-j - коэффициент, определя ющий наклон той же функции в области, где , dy/d,l; С,, а- - коэффициенты, хранимые в блоке 10 памяти; т - разрядность блока 8 число-импульсного умножения;О, если dvj/dx l 3/ л состояние дополни1,если. , ,, , тельного стариеЗго разряда блока паи коэффициентов,.характеризующее ичину производной функции. Значение двоичного кода Nj -d .формируется путем сложения в апливающем сумматоре 9 выходного а. С или d.,- блока 10 памяти коэфиента по импульсам j, приходящим з элемент 7 задержки с выхода мы 6 сравнения. В предлагаемом устройстве распредеие памяти организовано так, что аждой ячейке блока памяти коэффинтов хранятся два кода С и , о d и h;;, причвм часть разрядов, ущая информацию о С или d, ается на накапливающий сумматор 9, ругая часть (где имеется h) - на му сравнения. Управление выбором коэффициентов , h,- и d; , h осуществляется схемой мирования адресных импульсов (бло1-5)f которая работает следующим азом.

В исходном состоянии триггер 2 установлен в , счетчик 11 приращений функции обнулен, в накапливающий cyNfwaTOp 9 занесен код выбранный из блока 10 памяти по нулевому адресу, а на схему сравнения «одается код ho. Код Сд Ng обеспечивает начальный наклон функции, а h(3 задает величину промежуточного шага на данном интервале аппроксимации (1-м). При завершении развертывания функ ции на первом промежуточном интервал т.е.при поступлении на счетчик приращений .11 приращения выхода схемы 6 сравнения импульс сравнения через схему И 3,а затем ИЛИ 5 ув личит содержимое стардих разрядов (G43) счетчика 11 приращений функции на единицу а через схему ИЛИ 1 по заднему фронту сбросит триггер 2 в О .

Из блока 10 памяти будут выбраны коэффициенты dg, h Q и тем же импульсом j 1 (через элемент 7 задержки) d(j прибавится к содержимому накапливающего сумматора 9, а младшие разряды (СЧ1) счетчика 11 установятся в О . Так будет сформирован код N Co+dg, а счетчик (СЧ1) совместно со схемой 6 сравнения подготовлен для работы на следующем промежуточном интервале дуо hg.

При дальнейшем поступлении приращения л у импульсы j со схемы сравнения не будут изменять содержимого счетчика адреса СЧЗ и состояния триггера 2, так как схема И 3 закрыта нулевым потенциалом триггера 2, а будут лишь суммировать код d с .содержимым сумматору 9 при переходе от одного промежуточного участка аппроксимации к другому.. В результате на выходе сумматора 9 будет получен ступенчато-изменяющийся код N. через каждые импульсов приращения функции у.

После окончания воспроизведения функции на квадратичном интервале, т.е. при поступлении на вход счетчика 11 приращений количества импульсов ду ду; , импульс переполнения i со счетчика СЧ2 через схему И 4 и схему ИЛИ 5 изменяет состояние счетчика адреса СЧЗ, выбирая приращение нового наклона с, а через схему ИЛИ снова установит триггер 2 в состояние . Далее работа схемы формирования адресных импульсов при переходе от i-ro участка к i+1-му повторяется. При этом схема в начале каждого из них вырабатывает два импульса.

Рассмотрим работу предлагаемого функционального преобразователя в двух режимах, выбор которых определяется состоянием Р. дополнительного разряда выходного кода блока 10 памяти .

Прежде всего отметим, что каждое , из выражений (3) и (4) реализуется с помощью блока 8 число-импульсного умножения, который может быть построен либо на основе двоичного умножителя, либо на основе накапливающего сумматора. На один вход блока 8 подается параллельный код NJ, на второй - число импульсов равное п . При этом результат умножения т, связан с С и NJ соотнсядением

2 N,j-n/2.

(5)

Следует заметить, что N: представля.ет собой двоичный код числа, которое может принимать значения в пределах от О до 2 -1. Поэтому г всегда буде меньше п.

Предположим, что Р О. В этом случае Р разраиает прохождение импульсов приращения дх через ключ 13 и далее через элемент ИЛИ 18 на вход блока 8 число-импульсного умножения, на другие входы которого поступает NJ с выхода накапливающего сумматора 9 . С выхода блока 8 импульсы, количество которых определяется соотношением (5), поступают через ключ 12 и элемент ИЛИ 17 на выход устройства и на вход счетчика приращений функций 11.

В рассматриваемом режиме выражение (5) аналогично (3) при п их, .поэтому приращение функции йу будет меньше приращения аргумента гхх, так как Nj/2 всегда меньше единицы.

Таким образом, при Р.0 устройством формируется приращение ду фунции у (х), для которой dy/dx ч 1.

В другом режиме, .когда Р 1, ключи 12 и 13 заперты и импульсы приращения л X поступают через элемент И 14 на первый установочный вход триггера 15, который предварительно установлен в О.

Первый импульс приращения д х переводит триггер 15 в состояние . Единичный потенциал триггера 15 разрешает через элемент И прохождение . частоты FQ на элемент ИЛИ 18 и далее на вход блока 8 число-импульсного умножения. С выхода элемента И 16 импульсы частоты Fg через другой элемент ИЛИ 17 поступают на выход устройства и являются импульсами приращения функции ду.

Первый же импульс, который появится с выхода блока 8 после импульса дх установит ТЕМггер 15 по второму установочному входу в исходное состояние и прекратит подачу F на выход устройства. Описанный процесс повторяется для всех вновь приходящих импульсов приращения Лх. При этом на выходе блока В число-импульсного умножения будет сформировано количество импульсов 2.5 лх.

Учитывая соотношение (5), можно записать, что

Nj/Z,(б)

так как в :рассматриваемом режиме на вход блока 8 число-импульсного умножения приходит количество импульсов, равное приращению функции ду. Заменив (6). переменную г на дх, полупО

чим

(Т)

Из выражения (7), которое аналогично (4) , видно, что ДУ/Дх 1, так как N ; всегда меньше 2

Таким образом, при Р, О устройство обеспечивает аппроксимацию участка функции с dy/dx 1, а при аппроксимацию функций с dy/dx 1.

Предлагаемый число-импульсный фун циональный преобразователь наряду с возможностью воспроизводить функции с f(х) 1 обладает высокими точностными характеристиками и более широкими функциональными возможностями. Способность устройства воспроизводить функции, заданнце в произвольно расположенных узлах области их определения , в рядде сл5гчаев позволяет существенно сокращать объел блока памяти коэффициентов и получить при этом некоторое преимущество по сравн нию с равномерной аппроксимс1цией. Особенно это касается воспроизведения функций по экспериментально полученным данным (в частности при фо мировании траекторий движений рабочего инструмента, обучающегося работе манипулятора, которая на различных участках имеет ярко выраженный неравномерный характер кривизны). Достоинством предлагаемого устройства является также то, что количество промежуточных интервалов разбиения н усложняет устройство и зависит только от выбора разрвда п счетчика приращения функции 11, с которого необходимо снимать импульсы j..

Следует отметить, что в предлагаемом устройстве накопление сияибки при развертывании функции за счет несоответствия длины участка h величине 2 может быть скомпенсировано соответствующим выбором коэффициентов С, d. Если функция задана .в равномерно расположенных узлах, величина промежуточного интервала h coust для всех участков аппроксимации, и на бхему 6 сравнения подается постоянное значение h, которое не меняется в процессе всей развертки функции.

Значение h в этом случае Йюжет не храниться в блоке памяти коэффициентов, а подается на схему б сравнения с внешних входов.

Функциональный преобразователь имет простую структуру и легко реализуется на современной элементной базе цифровой техники.

Изобретение может найти применение при построении различного рода автоматизированных систем управления и контроля, для формирования управляющих и корректирующих сигналов, в измерительных информационных система развертывающего типа, в станках с числовым программным управлением, а также в составе специализированных {Вычислителей для вычисления нелиней ных зависимостей.

Формула изобретения

Число-импульсный функциональный преобразователь по авт. св. 860071 отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет дополнительного воспроизведения функций в произвольных точках области определения, в него введена схема сравнения, первым входом соединенная с выходсмч блока памяти, BTopfJM г с потенциальными выходами разрядов счетчика приращений функции , а выходом - с третьим входом счетчика приращений функции и входом элемента задержки, выход которого соединен с входом сброса в О младших разрядов счетчика приращений функции.

Источники информсщии, принятые во внимание при экспертизе

1 Авторское свидетельство СССР 860071, кл. G Об F 15/31,12.03.80 (прототип).