Цифровой интегратор
О П И С А Н И.,g., ИЗОБРЕТЕНИЯ, 467-298
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Зависимое от авт. свиде;е,.ьства №
Заявлено 22Х.1972 (№ 1787768/18-24) с присоединением заявки ¹
Приоритет
Опубликовано 21.Х1.1973. Бюллетень № 46
Дата опубликования описания 7.VI.1974
М. Кл. 6 06f 1/02
Государственный номитет
Совета Министров СССР по делам изобретений н отнрытий
УДК 681.32(088.8) Авторы изобретения
А. В. Каляев и 3. В. 1Ыпилевский
Заявитель
Таганрогский радиотехнический институт
ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРАТОР
Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для создания детерминированно-вероятностных цифровых интегрирующих машин и од нородных цифровых интегрирующих структур, для цифрового моделирования различных объектов, а также в системах автоматического регулирования и управления.
Известны детерминированные цифровые интеграторы, выполняющие интегрирование по
Риману, которые содержат блок квантованной функции, вход которого соединен со входом интегратора, а выход подключен к блоку детерминированного приращения интеграла, соединенного с другим входом интегратора.
Их недостатком является невысокая точность и низкое быстродействие.
Известны вероятностные интеграторы, выполняющие интегрирование по Риману, в основе которых лежит метод статистических испытаний (Монте-Карло). Для получения высокой точности работы такие интеграторы требуют реализации очень большого числа статистических испытаний, что резко снижает их б ы стр оде йств ие.
Целью настоящего изобретения является повышение точности и скорости интегрирования.
В предлагаемом изобретении эта цель достигается путем перехода к комбинированному, детерминированно-вероятностному преобразованию информации в интеграторе и ее детерминировапно - вероятностному представлению на его входе и выходе.
5 Помимо известных — блока формирования квантованного значения подынтегральной функции и блока формирования приращения интеграла на основании квантованного значения подынтегральной функции, в предлагае10 мый детерминированно-вероятностный цифровой интегратор входят блок вероятностно-статистического формирования полного значения подынтегральной функции, блок формирования вероятностного потока одиночных прира15 щений интеграла по остатку квантования подынтегральной функции и, наконец, блок формирования полного значения приращения интеграла.
Итак, предлагаемый детерминированпо-ве20 роятностный цифровой интегратор, выполняющий операцию интегрирования по Риману, отличается от известных тем, что информация в Heì представлена и обрабатывается не в детерминированной и не в вероятностной, а в
25 комбинированной, детерминированно-вероятностной форме. Основные части подынтегральной функции и интеграла представлены в таком интеграторе в детерминированной, цифровой форме и вычисляются детерминированным
30 методом на основе простейшей формулы пря407298 х(( z (x, q) = ) g (x) dx.
xg
Подынтегральная переменная и интеграл в детерминированно-вероятностном интеграторе представлены в виде суммы квантованных 15 частей z(x) и у(х) и соответствующих остатков квантования
О, (z (х)) и 0„(g (х)):
z (х) = г (х) + 0 (z (х));
20 у(х) = д(х)+0„(д(х)).
Квантованные части z(x) и у(х) используются в детерминированной, цифровой форме, а остатки 0(г(х)1 и O(g(x)) отображаются ве- 25 (1) (2) у (х,) = у (х >) + 7 у (х,); (3) / г 1 вфп(у(хД+лу (kjj
»=1
"(®= О, если (j) ig(x,)+Ьу, (L), »= (4) О < I» (j) (max у, Ьг = max уЬх;
f f 1
signing " q„(j), если р, (j)(Ьу q„(k) »=1 »=I (5) J 4® = 6, если р,(j) ) Ьу, (, (Й) Q u.,(j) (maxО (у(х)); Ьг, = maxО,(у(х)) Ьх тегратор поступают приращения подынтегральной функции, представленные в детерминированной, цифровой форме. Выход блока 1 связан со входами блоков 2 и 4. Вторым вхо30 дом блока 2 является входной канал интегратора, по которому поступают приращения переменной интегрирования. Выход блока 2 связан с одним из входов блока 3. Второй вход блока 3 связан с выходом блока 5. Выход
35 блока 3 является выходом детерминированного канала детерминированно-вероятностного интегратора. Вход вероятностного канала интегратора, по которому поступают вероятностные единичные приращения, связан со входа40 ми блоков 4 и 5. На другие входы этих блоков подаются случайные величины с равномерным законом распределения. Выход блока 4 является выходом вероятностного канала детерминированно-вероятностного интегратора.
45 На вход цифрового интегратора информация поступает по трем каналам в виде величин Vx и Vg(x;), представленных в детерминированной цифровой форме, и вероятностного потока ед|иничных приращений т1у;(j). моугольников, а корректирующие, небольшие части указанных величин, служащие для уточнения вычислений, представлены вероятностными импульсными потоками и вычисляются с помощью простых вероятностных и статистических операций.
Предлагаемый детерминированно-вероятностный интегратор вычисляет приращение интеграла Римана:
Здесь p(j) pi(j) — случайные величины с равномерными законами распределения.
На чертеже изображена структурная схема детерминированно-вероятностного цифрового интегратора, выполняющего операцию интегрирования по Риману в соответствии с приведенным алгоритмом, Она состоит из блока 1 формирования квантованного значения подынтегральной функции (блок квантованной функции), блока 2 формирования приращения интеграла по квантованному значению подынтегральной функции (блок детерминированного приращения интеграла), блока 3 формирования полного значения приращения интеграла (блок фромирования полного приращения интеграла), блока 4 формирования полного значения подынтегральной функции (блок полной функции) и блока 5 формирования вероятностного потока единичных приращений интеграла по остагку квантования подынтегральной функции (блок вероятностных приращений интеграла).
Вход блока 1 является входом детерминированного канала интегратора. По нему в инроятностными импульсными потоками приращений:
0 (z(х)) - „(j); О Еу(х)) — Z (/), таким образом, что
0„(г (х)) =«X („(j)
М
0„(у (x)) = Ь у,",, q (./).
С учетом представления переменных в виде основных квантованных величин и остатков, и:-ображаемых вероятностными импульсными потоками приращений, в основу построения алгоритма детерминированно-вероятностного интегратора, выполняющего операцию интегрирования по Риману, кладется следующий алгоритм:
С7z (xi i) = у(х,) 7х;
Л с„7 z (х(, q) 7 z„(xi+() Л z, g "r(< (j); (=1
1 i, если Ä(j) )g(x,)+Ьу, >, т;у (>)
»=I
407298
5
Приращение подынтегральной функции
Vg(x;) поступает на вход блока 1, в котором суммируется с предыдущим значением подьштегральной функции у(х; 1), хранящимся в этом блоке, в результате чего образуется величина подынтегральной функции у (х;) в
i-той точке интегрирования.
Образовавшаяся величина у(х,) поступает на вход блока 2. На второй вход блока 2 подается приращение переменной интегрирования Vx. В блоке 2 величины у(х;) и Vx перемножаются, в результате чего получается «детерминированная» часть приращения интеграла Vzz(x; i).
Приращение Vzg (х,+,) направляется на один из входов блока 3. На второй вход блока
3 подается вероятностный поток приращений
q,(j), который суммируется в блоке 3 и формирует «вероятностное» приращение интеграла Vz,(х,+ ). Полученная «вероятностная» величина приращения интеграла Vz„(x„ <) суммируясь затеyI в блоке 3 с «детерминированным» приращением интеграла Vzg (xi 1), образует полное приращение интеграла
Vz(x;+<), поступающее на выход детерминированного канала, детерминированно-вероятностного интегратора.
На вход блока 4 поступают вероятностный поток приращений 1„,. (i) и величина у(х,) с выхода блока 1. Кроме того, на вход блока 4 подается случайная величина u(i). Величина у(х;) помещается в блок 4 и суммируется с потоком приращений т@,. (i). В каждом j-том такте результат суммирования сравнивается со случайной величиной p(j). Если сумма, образовавшаяся в блоке 4, по модулю больше случайной величины p,(J), то после сравнения блок 4 выдает на выходе положительную или отрицательную единицу в зависимости от знаN ка суммы (у(х;)+Ау Х т „,, 1)1. В остальных
3=1 случаях на выходе выдается нуль. Образованный таким образом вероятностный импульсный поток „(i) изображает остаток интеграла z(x;) и выдается на выходе «вероятностного» канала детерминировапно-вероятностного интегр атор а.
11а вход блока 5 подаются вероятностный поток 1„, (j), а также случайная величина
p>(i). Поток т1„, (j) суммируется в блоке 5 и образовавшаяся величина сравнивается в каждом j-то.я такте со случайной величиной
p;(j). Если образовавшаяся сумма больше по модулю, чем p>(j), то после сравнения блок 5 выдает на выходе единицу, знак которой совпадает со знаком сравниваемой суммы, В остальных случаях на выходе выдается нуль.
Образующийся таким образом вероятностный и,шульсный поток поступает на вход блока 3.
Предмет изобретения
Цифровой интегратор, содержащий блок формирования квантованной функции, вход которого соединен с первым входом интегратора, а выход подключен к первому входу блока формирования детерминированного приращения интеграла, второй вход которого соединен со вторым входом интегратора, отл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности работы интегратора, он содержит блоки формирования полной функции, вероятностного приращения интеграла и блок формирования полного приращения интеграла„ выход которого соединен с первым выходом интегратора, первый вход блока формирования полного приращения интеграла соединен с выходом блока формирования детерминированного приращения интеграла, а второй вход соединен с выходом блока формирования вероятностных приращений интеграла, вход которого подключен к третьему входу интегратора и к первому входу блока формирования полной функции, второй вход которого соединен с выходом блока формирования квантованнсй функции. а выход подключен ко второ, у выходу интегратора.
407298
Составитель В. Сечина
Техред Л. Богданова
Корректор T. Гревцова
Редактор Б. Нанкина
Типография, пр. Сапунова, 2
Заказ 1824/5 Изд. № 1248 Тираж 635 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
Москва, jK-35, Раушская наб., д. 4!5
