Число-импульсный функциональный преобразователь

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к asr. саид-вуР 860071 (22) Заявлено 280580 (21) 2932687/18-24

Р )М g+ з

G 06 F 15/31 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 3004.82. Бюллетень № 16

Дата опубликования описания 300482

tS3) УДК 681. 3 (088. 8) (72) Автор изобретения

A.Ã. Шевяков

j=

Рязанский радиотехнический институт, (7f) Заявителв (54 ) ЧИСЛО-ИМПУЛЬСНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

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.

f0

По основному авт. св. 9 860071, содержащий счетчик приращения функции, блок памяти, блок число-импуль-. сного умножения,два ключа, четыре элемента И, два триггера, четыре элемента HJIH, накапливающий сумматор, элемент задержки, причем выход дополнительного разряда блока памяти подключен к управляющим входам ключей, информационные входы которы< подключены соответственно к выходу блока число-импульсного умножения и .входу преобразователя, выходы ключей подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к выходу 25 первого элемента И, первый вход которого соединен с входом опорной частоты преобразователя, а второй — с выходом первого триггера, первый вход которого соединен с выходом втОрого 30 элемента И, первый и второй входы которого 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 счетчика приращения функции н 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 соединены 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 при; ращения функции, вторые-входы треть924715 (=Ч Еб;+Ъ;(Х-Х;ВХ -М;), (!) Ц

В свою очередь -й участок разбивается на К промежуточных интервалов одинаковой длины h„-=ьу„/К, а парабола (1) воспроизводится линейньфи отрез ками (2)

Ч.Ч, (с,а,,-ц.,у, (Щ

60 где значение функции у в точке х(, приращение аргумента на 3-ом промежуточном интервале;

Ьх=х-х .!

его и четвертого элементов И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго триггера, выходы третьего и четвертого элементов

ИЛИ подключены соответственно к входу второго триггера и второму входу счет-5 чика приращения функции.

Преобразователь позволяет воспроизводить функции с Г (х) )4 1 и имеет высокие точностные характеристики благодаря использованию аппроксима- !О ции второго порядка (1).

Однако известный преобразователь имеет ограниченные функциональные возможности — не позволяет воспроизводить функции, заданные в произвольных точках области определения.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет дополнительного воспроизведения функций в произвольных точках об-20 ласти определения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введена 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, выход которого соединен со входом сброса в О младших разрядов, счетчика функции.

На чертеже представлена блок-схема преобразователя.

Преобразователь содержит элемент

1 ИЛИ, триггер 2, элементы 3 и 4 И, элемент 5 ИЛИ, схему 6 сравнения, элемент 7 задержки, блок 8 число-импульсного умножения, накапливающий сумматор 9, блок 10 памяти, счетчик 4()

ll приращений функции, ключи 12 и 13, элемент 14 И, триггер 15, элемент И 16, элементы 17 и 18 ИЛИ.

В функциональном преобразователе формирование приращения ау функции у 45 по заданному приращению аргумента х осуществляется с использованием двух видов кусочной аппроксимации по оси у, На каждом из участков произвольной длины Функции у(х) заменяется парабо-5,! лой второго порядка

С; и d„ — коэффициенты постоянные на протяжении всего 1-го интервала; номер основного интервала неравномерного разбиения области у.

j.=Ent -номер промежуточного

h1. интервала аппроксимации.

В соответствии с выражением (2) величина приращения вычисляется по моделирующим зависимостям, которые для j-го промежуточного участка разбиения функции у имеют вид ах- N;

ksc Р, В)

l1!!! i 1

t!!

И = (».;, (4)

5 где и,= с ..а . !, 3 ъ

Ь, ы — приращения аргумента и функции, представленные числом импульсов;

N tq (Ñ.+6, ) - коэффициент, определяющий наклон воспроизводимой функции, когда ее первая производная d>/с1х 4 1;

Q "!Ì,= t. й;-)) — коэффициент, определя1, ющий наклон той же функции в области, где

dy/й„) 1; .% Ф

С,, d — коэффициенты, хранимые в блоке 10 памяти;

Ill — разрядность блока 8 число-импульсного умножения;

О, если

ds/decl

Р " " — состояние дополниl,если тельного старшего разряда блока памяти коэффициентов,.характеризующее величину производной функции.

Значение двоичного кода N>= С" +

Ф

+ j ° d . формируется путем сложения в накапливающем сумматоре 9 выходного кода. С; или d- блока 10 памяти коэффициента по импульсам j приходящим через элемент 7 задержки с выхода схемы 6 сравнения.

В предлагаемом устройстве распределение памяти организовано так, что в каждой ячейке блока памяти коэффициентов хранятся два кода С" и h

1 либо d „- и h „., причем часть разрядов, несущая информацию о С; или d., подается на накапливающий сумматор 9, а другая часть (где имеется h ) — на схему сравнения.

Управление выбором коэффициентов

С„-, h; и d;, h; осуществляется схемоь формирования адресных импульсов (блоки 1 "5) которая работает следующим образом.

924715

В исходном состоянии триггер 2 установлен в 1, счетчик 11 приращений функции обнулен, в накапливающий сумматор 9 занесен код Со, выбранный из блока 10 памяти по нулевому адресу а на схему сРавнения подается код hp Код СО = No обеспечивает начальный наклон функции, а

hp задает величину промежуточного шага на данном интервале аппроксимации (1-м) .

При завершении развертывания функ- 1О ции на первом промежуточном интервале, т.е.при поступлении на счетчик приращений .11 приращения b у=h»c выхода схемы 6 сравнения импульс сравнения

3=1 через схему И З,а затем ИЛИ 5 уве-35 личит содержймое старших разрядов (СЧЗ) счетчика 11 приращений функции на единицу» а через схему ИЛИ 1 по заднему фронту сбросит триггер

2 в 0 . 20

Из блока 10 памяти будут выбраны коэффициенты do h o и тем же импульсом j = 1 (через элемент 7 задержки) d прибавится к содержимому накапливающего сумматора 9, а младшие разряды (СЧ1) счетчика l l установятся в 0 . Так будет сформирован код N „ = Cp+d", а счетчик (СЧ1) совместно со схемой 6 сравнения подготовлен для работы на следующем промежуточном интервале д уо = h p.

При дальнейшем поступлении приращения у импульсы j co 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 dp с .содержимым сумматора 9 при переходе от одного промежуточного участка аппроксимации к другому,. В результате 4О на выходе сумматора 9 будет получен ступенчато-изменяющийся код N; через каждые Ь„ импульсов приращения функции у.

После окончания воспроизведения 45 функции на квадратичном интервале, т.е. при поступлении на вход счетчика ll приращений количества импульсов ьу = ьу; = h„ ° к, импульс переполнения i co счетчика СЧ2 через 5р схему И 4 и схему ИЛИ 5 изменяет состояние счетчика адреса СЧЗ, выби-. рая приращение нового наклона С",, а через схему ИЛИ снова установит триггер 2 в состояние 1 . 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 60 функционального преобразователя в двух режимах, выбор которых определяется состоянием Р, дополнительного разряда выходного кода блока 10 памяти. 65

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 N, на второй — число импульсов равйое п . При этом результат умножения z связан с

С и N> соотношением

2 = N.-n/2

3 (5)

Следует заметить, что N. представляет собой двоичный код чйсла, которое может принимать значения в пределах от 0 до 2 -1. Поэтому 2 всегда будет меньше и.

Предположим, что Р„ = О. В этом случае Р разрешает прохождение импульсов йриращения bx через ключ 13 и далее через элемент ИЛИ 18 на вход блока 8 число-импульсного умножения, на другие входы которого поступает

N с выхода накапливающего суммато3 ра 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 n = ьх, ! поэтому приращение функции Ьу будет меньше приращения аргумента дх, так как N /2 всегда меньше единицы.

Таким образом, при Р„= 0 устрой,) ством формируется приращение b у функции у (х), для которой dy/dx < 1.

В другом режиме, когда Р =1, ключи 12 и 13 заперты и импульсы приращения а х поступают через элемент

И 14 на первый установочный вход триггера 15, который предварительно установлен в 0 .

Первый импульс приращения 4 х переводит триггер 15 в состояние 1 .

Единичный потенциал триггера 15 разрешает через элемент И прохождение „ частоты Fp на элемент ИЛИ 18 и далее на вход блока 8 число-импульсного умножения. С выхода элемента И 16 импульсы частоты Fp через другой элемент ИЛИ 17 поступают на выход устройства и являются импульсами приращения функции by.

Первый же импульс, который появится с выхода блока 8 после импульса Ьх, установит триггер 15 по второму установочному входу в исходное состояние и прекратит подачу Fp на выход устройства. Описанный процесс повторяется для всех вновь приходящих импульсов приращения bx. При этом на выходе блока 8 число-импульсного умножения будет сформировано количество импульсов 2= bx.

924715

Учитывая соотношение (5), можно записать, что .г = hy N>/2, (6) так как в,рассматриваемом режиме на вход блока 8 число-импульсного умножения приходит количество импульсов, равное приращению функции ау. Заменив (б) . переменную z на д х, получим

ЬМ = — (tl и

Из выражения (7), которое анало- 10 гично (4), видно, что д/дх > 1, так как N всегда меньше 2

Таким образом, при P-, 0 устройство обеспечивает аппроксимацию участка функции с dy/dx < <1, а при Р;=1 — д аппроксимацию функции с dy/dx ) l.

Предлагаемый число-импульсный функциойальный преобразователь наряду с

Юэзможностью воспроизводить функции с f (х) g 1 обладает высокими точностными характеристиками и более широкими функциональными возможностями.

Способность устройства воспроизводить функции, заданные в произвольно расположенных узлах области их определения, в ряде случаев позволяет 2з существенно. сокращать объеьР блока памяти коэффициентов и получить при этом некоторое .преимущество по сравнению с равномерной аппроксимацией.

Особенно это касается воспроиэведе- 39 ния функций по экспериментально полученным данным (в частности при формировании траекторий движений рабочего инструмента, обучающегося работе манипулятора, которая на различ- 35 ных участках имеет ярко выраженный неравномерный характер кривизны). достоинством предлагаемого устройства является также то, что количество пр м уточных BHTGpBBJJoB разбиения не 40 усложняет устройство и зависит толь- . ко от выбора разряда и счетчика .приращения функции 11, с которого необходимо снимать импульсы

Следует отметить, что в предлагаемом устройстве накопление ошибки 45 при развертывании функции эа счет несоответствия длины участка h величине 2 может быть скомпенсировано соответствующим выбором коэффициентов C"; d, Если функция задана .в равномерно расположенных узлах, величина промежуточного интервала h

= coust для всех участков аппроксимации, и на схему 6 сравнения подается постоянное значение h которое не меняется в процессе всей развертки функции.

Значение h в этом случае может не храниться в блоке памяти коэффициентов, а подается на схему 6 сравнения с внешних входов.

Функциональный преобразователь имеет 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 системах развертывающего типа, в станках с числовым программным управлением, а также в составе специализированных вычислителей для вычисления нелинейных зависимостей.

Формула изобретения

Число-импульсный функциональный преобразователь .по авт. св..У 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 выходом блока памяти, вторим -, с потенциальными выходами младших разрядов счетчика приращений функции, а выходом - с третьим входом счетчика приращений функции и входом элемента задержки, выход которого соединен с входом сброса в 0 младших разрядов счетчика приращений функции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

У 860071, кл. Q 06 F 15/31,12.03.80 (прототип) .

Составитель А. Зорин

Редактор В. Пилипенко Техред И. Гайду Корректор А. Гриценко

Заказ 2820/67 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4