Линейный интерполятор

 

ЛИНЕЙНЫЙ ИНТЕРПОЛЯТОР, содержащий цифроаналоговый преобразователь , вход которого является входом интерполятора, а выход соединен с первым входом сумматора, выход которого соответственно через первый и второй ключи соединен с входами первого и второго запоминающих элементов , выходы которых соответственно через третий и четвертый ключи соединены с информационным входом интегратора , выход которого, являющийся выходом интерполятора, соединен с вторым входом сумматора, и счетный триггер , первый выход которого соединен с управляющими входами первого и четвертого ключей, а второй выход - с управляющими входами второго и третьего ключей, отличающийся тем, что, с целью обеспечения заданной точности путем адаптации интерполятора к изменяющимся характеристикам входного сигнала, интерполятор содержит генератор тактовых импульсов , четыре счетчика, регистр времени наблюдения, регистр времени интерполяции , буферный регистр, регистр заданной погрешности, два компаратора , центрирующий блок, дифференциатор , арифметический блок и блок умножения , при этом выход генератора тактовых импульсов соединен со счетными входами первого и.второго счетчиков , выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго компараторов, второй вход первого компаратора соединен с выходом регистра времени наблюдения и с первым входом блока умножения , второй вход второго компаратора соединен с выходом регистра времени интерполяции и с входом регулирования коэффициента передачи интегратора , выход первого компаратора (Л соединен с входами обнуления первого третьего и четвертого счетчиков и с входом записи буферного регистра, выход цифроаналогового преобразователя через центрирующий блок соеди- 5 нен со счетным входом третьего счетчика и через дифференциатор - со счетным входом четвертого счетчика, выходы третьего и четвертого, счетчиков и регистра заданной погрешности соединены с соответствующими входам арифметического блока, выход которого соединен с вторыг входом блока умножения, выход которого соединен с информационным входом буферного регистра, выход которого соединен с информационным входом регистра времени интерполядии, выход второго компаратора соединен с входом счетного триггера, с входом обнуления второго счетчика и с входом записи регистра времени интерполяции.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 6 06 6 7 30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3526024/18-24 (22) 21.12.82 (46) 23.02.84. Бюл. 9 7 (72) P.Í.Êàðèìîâ, A.A.Áoëütttàêoâ, В.Г.Доломанов и В.М.Третьяков (71) Саратовский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 681.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 628500, кл. Cj 06 Cj 7/30, 1973.

2. Авторск- е свидетельство СССР

Р 698012, кл. 4 06 Cj 7/30, 1978 (прототип). (56) (57) tHHEAHEJA ИНТЕРПОЛЯТОР, содержащий цифроаналоговый преобразователь, вход которого является входом интерполятора, а выход соединен с первым входом сумматора, выход которого соответственно через первый и второй ключи соединен с входами первого и второго запоминакщих элементов, выходы которых соответственно через третий и четвертый ключи соединены с информационным входом интегратора, выход которого, являющийся выходом интерполятора, соединен с вторым входом сумматора, и счетный триггер, первый выход которого соединен с управляющими входами первого и четвертого ключей, а второй выход — с управляющими входами второго и третье. го ключей, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью обеспечения заданной точности путем адаптации интерполятора к изменяющимся характеристикам входного сигнала, интерполятор содержит генератор тактовых импульсов, четыре счетчика, регистр времени наблюдения, регистр времени интер„„SU„„A поляции, буферный регистр, регистр заданной погрешности, два компаратора, центрирующий блок, дифференциатор, арифметический блок и блок умножения, при этом выход генератора тактовых импульсов соединен со счетными входами первого и.второго счетчиков, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго компараторов, второй вход первого компаратора соединен с выходом регистра времени наблюдения и с первым входом блока умножения, второй вход второго компаратора соединен с выходом регистра времени интерполяции и с входом регулирования коэффициента передачи инте- щ гратора, выход первого компаратора соединен с входами обнуления первог третьего и четвертого счетчиков и с входом записи буферного регистра, выход цифроаналогового преобразователя через центрирующий блок соеди- .Я нен со счетным входом третьего счетчика и через дифференциатор — co счетным входом четвертого счетчика, выходы третьего и четвертого. счетчиков и реги"тра заданной погрешности соединены с соответствукщими входам> арифметического блока, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, выход которого соединен с информационным входом буферного регистра, выход которого соединен с информационным входом регистра времени интерполяции, выход второго компаратора соединен с входом счетного триггера, с входом обнуления второго счетчика и с входом записи регистра времени интерполяции.

1075276

Изобретение относи вся к вычислительной технике и может быть применено в области автоматизированных систем управления технологическими процессами и информационно-измерительных систем.

Известен линейный интерполятор, использующий отрицательную обратную связь для компенсации на каждом шаге ошибок интегрирования, накопленных на предыдущем шаге, и содержащий последовательно соединенные цифроаналоговый т реобразователь, сумматор, ключ, аналоговое запоминакщее устройство, блок умножения с подключенными к его управляющим входам блоком 15 задания и интегратором, выход которого подключен к другому входу сумматора (11 .

Недостатком этого интерполятора является низкая точность воспроизве- 2р дения функции внутри интервала интерполяции, связанная с тем, что процесс запоминания приращения функции в аналоговом запоминающем устройстве происходит одновременно 25 с процессом интегрирования этого приращения интегратором.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является линейный интерполятор, в котором разделены процессы запоминания приращения функции в аналоговом эапоминакщем устройстве с процедурой его интегрирования. Интерполятор состоит из входного цифроаналогового преобразователя, интегратора, двух запоминаю-, щих элементов, каждый иэ которых через ключи соединен с выходом сумматора и с входом интегратора, и блока задания интервалов, выходы которого соединены с входами ключей L2>. 4О

Однако в устройстве неизвестна точность интерполяции при произвольном входном сигнале.

Целью изобретения является обеспечение заданной точности путем адап 45 тации интерполятора к изменяющимся характеристикам входного сигнала.

Цель достигается тем, что линейный интерполятор, содержащий цифроаналоговый преобразователь, вход которого является входом интерполятора, а выход соединен с первым входом сумматора, выход которого соответственно через первый и второй ключи соединен с входами первого и второго запоминающих элементов, вы-. ходы которых соответственно через третий и четвертый ключи соединены с информационным входом интегратора, выход которого, являющийся выходом 60 интерполятора, соединен с вторым входом сумматора, и счетный триггер, первый выход которого соединен с управляющими входами первого и четвертого ключей, а второй выход — с управлякщими входами второго и третьего ключей, содержит генератор тактовых импульсов, четыре счетчика, регистр времени наблюдения, регистр времени интерполяции, буферный регистр, регистр заданной погрешности, два компаратора, центрирующий блок, дифференциатор, арифметический блок и блок умножения, при этом выход генератора тактовых импульсов соединен со счетными входами первого и второго счетчиков, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго компараторов, второй вход .первого компаратора соединен с выходом регистра времени наблюдения и с первым входом блока умножения, второй вход второго компаратора соединен с выходом регистра времени интерполяции и с входом регулирования коэффициента передачи интегратора, выход первого компаратора соединен с входами обнуления первого, третьего и четвертого счетчиков и с входом записи буферного регистра, выход цифроаналогового преобразователя через центрирукщий блок соединен со счетным вхо= дом третьего счетчика и через дифференциатор — со счетным входом четвертого счетчика, выходы третьего и четвертого счетчиков и регистра заданной погрешности соединены с соответствующими входами арифметического блока, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, выход которого соединен с информационным входом буферного регистра, выход которого соединен с информационным входом регистра времени интерполяции, выход второго компаратора соединен с входом счетного триггера, с входом обнуления второго счетчика и с входом записи регистра времени интерполяции.

Схема линейного интерполятора представлена на чертеже.

Он содержит цифроаналоговый преобразователь 1, сумматор 2, ключи 3-6. эапоминакщие элементы 7 и 8, интегратор 9, регистр 10 времени интерполяции, компаратор 11, счетный триггер 12, счетчик 13, генератор 14 тактовых импульсов, регистр 15 времени наблюдения, счетчик 16, компаратор 17, буферный регистр 18г Ре гистр 1 9 заданной погрешности, центрирующий блок 20, дифференциатор 21, счетчики 22 и 23, арифметрический блок 24, блок 25 умножения. Позицией 26 обозначен вход устройства, 27-29 — установочные входы регистров.

Интерполятор работает следующим образом.

По заданной среднеквадратической погрешности, занесенной в регистр 1 9, по найденным характеристи1075276 кам сигнала (число нулей интерполируемой функции и ее производной) через время наблюдения Т рассчитывается время интерполяции Т, которое заносится в регистр 10.

В регистр 10 вводится начальное значение времени интерполяции Т, в регистр 15 - значение времени наблюдения Т .

Существует два независимых рабочих цикла, один с периодом T — для гюлучения времени интерполяции Т; второй с периодом Т - для обработки очередного значения интерполируемой функции, при этом Т(< Т>.

Последний цикл начинается с того, что в интеграторе 9 устанавливается значение постоянной времени интегрирования, равное времени интерполяции Т. На вход цифроаналогового преобразователя 1 поступают в цифровом коде значения интерполируемой функции.

Ключи 3 — 6 замыкаются так, что, например, в каждый четный интервал времени замкнуты ключи 3 и 6, а в каждый нечетный — ключи 4 и 5. С выхода цифроаналогового преобразователя 1 ступенчатое напряжение поступает на первый вход сумматора 2, по второму входу которого пбдается напряжение обратной связи с выхода интегратора 9. Нанряжение с выхода сумматора 2 в четные интервалы времени через замкнутый ключ 3 поступает на вход запоминающего элемента 7 и в течение этого интервала времени запоминается в нем с обратным знаком. В этот же интервал времени интегратор 9 интегрирует напряжение, поступающее на его вход через замкнутый ключ 6 с выхода запоминающего элемента 8, которое запоминается в нем в четные интервалы

° времени. К моменту окончания четного интервала времени в запоминающем элементе 7 содержится величина напряжения, равная приращению интерполируемой функции ° Затем происходит размыкание ключей 3, 6 и замыкание ключей 4 и 5.

В нечетные интервалы времени напряжение с выхода сумматора 2 через ключ 4 поступает на вход запоминающего элемента 8, и в течение этого интервала времени интегратор 9 интегрирует напряжение, поступающее на

его вход через замкнутый ключ 5 с находа элемента 7. С выхода интегратора 9 снимаются значения интерпелирующей функции в аналоговой форме.

Работой ключей 3 — 5 управляет триггер 12. Компаратор ll сравнивает значение содержимого регистра 10 и текущее значение счетчика 13 и в момент их совпадения вырабатывает управляющий импульс, перебрасывающий триггер .12 в новое положение.

В результате обеспечивается описанная выше последовательность размыкания ключей.

Рабочий цикл по расчету времени интерполяции начинается с того, что с выхода цифроаналогового преобразователя 1 значения функции поступают

10,на центрирующий блок 20. С выхода центрирующего блока 20 значения интерполируемой функции подаются на счетчик 23 и через дифференциатор 21 на счетчик 22, на которых

15 производится отсчет числа пересече-. ний функции и ее производной своего среднего уровня.

Компаратор 17 сравнивает значение регистра 15 времени наблюдения и текущее значение счетчика 16 и в моОтличительной особенностью устрой50 ства является то, что оно производит интерполяцию с гарантируемой точностью при минимуме априорной информации об интерполируемой функции путем использования характеристик нулей функции и ее производной. Это позволяет иопсльэовать устройство для работы в реальном масштабе времени в информационно-измерительных системах и автоматизированных системах управления технологическими процес: сами, Это определяет технико-экономический эффект от использования изобретения.

45 мент их совпадения вырабатывает управлякщий импульс, в результате содержимое счетчиков 22 и 23 переносится в арифметический блок 24, и счетчики сбрасываются в нулевое состояние. В арифметическом блоке 24 вычисляется квадратный корень отношения значения погрешности интерполяции, содержащейся в регистре 19, и произведения значений счетчиков 22 и 23. С выхода арифметического блока 24 полученное значение поступает на вход блока 25 умножения, с выхода которого рассчитанное значение времени интерполяции Т заносится в буферный регистр 18. По разрешающему сигналу компаратора ll оно переписывается в регистр 10.

В результате работы устройства на его выходе формируется кусочнолинейное напряжение, которое интерполирует значения воспроизводимой функции времени с заданной точностью.

Арифметический блок 24 и блок 25 умножения могут быть реализованы как микропрограммные автоматы или с использованием существукщих программируемых калькуляторов.

1075276

Составитель Г.Осипов

Редактор Н.Пушненкова Техред T.Ìàòî÷êà Корректор Г.Решетник

Заказ 503/43 Тираж б99 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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