Устройство для дискретной записи и воспроизведения функций

 

Союз, Советсннв

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 742914

4 (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 1 0.10.77 (2! ) 2533768/1 8-24 с присоединением заявки J%— (23) Приоритет—

Опубликовано 25,06.80. Бюллетень М 23

Дата опубликования описания 28.06.80 (5I) NL. Кл.

О 06 Р 3/00

Гооударстввииый комитет

СССР по долаи изобретений и открытий (53) УДК 681.14 (088.8) Б. Г. Кадук, С, И. Рудковский и Р, Т. Франко (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский институт аналитического приборостроения

{7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСКРЕТНОЙ ЗАПИСИ

И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ФУНКЦИЙ

Изобретение относится к вычислительной и преобразовательной технике и может быть использовано для записи и воспроизведения электрических сигналов, характеризующих физические процессы в различных автоматизированных системах управления технологическими процессами.

Известны устройства аппроксимации и последующего воспооизведения функциональных зависимостей, в основу которых положена теория приближения функций Я.

1О

Недостаток этого устройства — низкая уциверсальность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, 15 осуществляющее автоматическое вычисление угловых коэффициентов на участках аппроксимируемой функции с неизвестной предварительной информацией о ее виде, в которой подлежащий дискретной записи сигнал квантуется по уровню с постоянным шагом квантбвания, а вычисляемые угловые коэффициенты на каждом шагу квантования заносятся в блок памяти для дальнейшего использования при âîñпроизведении функции, для чего устройство включает в себя дифференциальный усилитель, цифроаналоговые. преобразователи, схемы сравнения, счетчики, генератор опорной частоты, переключатели, логические элементы и блок памяти t 2 .

К недостаткам известного устройства следует отнести невысокую точность, обусловленную наличием аналоговых дифференциального усилителя и схем сравнения, а также неполнуЮ адаптацию дискретной записи функции входного сигнала, так как величиной шага квантования необходимо задаваться предварительно (т.е. все-таки необходимы ориентировочные сведения о форме сигнала) и в процессе записи не предусмотрено изменение величины шага квантования в зависимости от формы сигнала. Заведомое уменьшение шага квантования позволяет повысить точность преобразования, но приво" дит к получению избыточной информации от отдельных участков функциональной

»S

Ц

3 742 зависимости, что приводит к неоправдан= ному увеличению оборудования

Нел, иэобрете;!и = повышение то!ности.

Поставленная цель достигается тем, что устроиство для дискретной записи и воспроизведения функций,, содержащее блок памяти, счетчик цикла, счетчик при= ращения и результирующий счетчик, узел сравнения„переключатель, цифроаналоговый преобразователь, элемент задержки, Генератор опорной частоты, выход которого соединен со счетным входом счетчи4 ка цикла и первым входом делителя час тоты, выход которого соединен со счетным входом результирующего счетчика и первым выходом устройства, выход результирующего счетчика соединен со входом цифроаналогового преобразователя, с первым входом узла сравнения и выходом устройства, выход цифроаналогового преобразователя соединен с третьим выходом устройства, содержит аналого-цифровой преобразователь, вход которого соедичен со входом устройства, выходы последовательного и параллельного кодов аналогоцифрового преобразователя соединены со счетным входом счетчика приращения и с первым входом блока памяти соответственно,, первый вход узла сравнения и вход параллельной записи результирующего счетчика через первый переключатель соединены с параллельным выходом аналого-цифрового преобразователя и с первым выходом блока памяти, второй и третий входы делителя частоты соединены соответственно с выходами .первого n вoтrоoрpоo!г о o кKоoмMмMу тrEа!тrоoрpоoв, первые входы которых подключены соответственно через второй и третий переключатели с выходами счетчиков цикла и приращения, а также со вторым и третьим выходами блока памяти,. второй и третий входы которого соединены соответственно с выхо-:дами счетчиков циклов и приращения, вы== ход узла сравнения соединен с управляющими входами коммутаторов и блока памяти непосредственно, через четвертый переключатель с управляющим входом результирующего счетчика и через эле--. мент aàäåðèêè — с управляющими входа-=ми счетчиков цикла и риращения.

Предварительно задавшись максимально допустимой погрешностью or апцрок== симации Ь 7 g q, одновременно с аналого-цифровым преобразованием входного аналогового сигнала Х (t) в числовой код Й g» дополнительно формируется ступенчатая функция Б(х)о с любым начальным угловым коэффициентом "о во временном интервале 1о - . ».1, пока выполяется условие!5(х)„- Nxl 46 Уш,у.

При увеличении разности до значения Я -Я„)) (!,)(„ в блоке памяти фиксируются координаты первого дискретизированного участка: мгновенное числовое значение Й <, входного сигнала, эйачение временного интервала (цикла)

ht,= (. -to и соответствующее ему приращение Л Й, = Й к,— N y, функции. Далее, на втором участке, начиная с момента используя предыдущую вычислительную информацию об угловом коэффициенлй, те К- g,, формируется ступен ча i ая функция Я ()()» с угловым коэффициентом Kq в течение временного интервала пока выполняется условие ((х),— Qz, (g)(g, . При увеличении разности до значения („1,- Я,l )ig)(aq в блоке памяти фиксируются координаты следующего второго дискретиэированного участка х„ 2.= -t» а и = N. М „,.

На третьем участке, начиная с момента т-, формируется ступенчатая функция

Я(y ) с угловым коэффициентом и т. д. ай

6 lt

На фиг. 1 представлен график, поясняющий принцип работы; на фиг. 2 - блоксхема устройства.

Устройство содержит вход 1, аналогоцифровой преобразователь 2, переключате г ли 3 - 6, реверсивный счетчик 7, триггер 8 знака приращения, сумматор 9, элемент 10, сравнения, вход 11 устройсгиба, счетчик 1 2 приращения, узел 1 3 сравнения, результирующий счетчик 14, счетчик 15 цикла, генератор 16 опорной частоты, делитель 17 частоты, первый выход 18 устройства, второй выход 19 устройства, цифроаналоговый преобразователь 20," третий выход 21 устройства, первый коммутатор 22, блок 2Э памяти второй коммутатор 24,.элемент 25 задержки, На фиг. 1 обозначено Х К) - анало» говое значение входной аппроксимирующей функции; N y — числовое значение входногo; )(н (Ц вЂ” аналововое значение воспроизведения функции; г,х - числовое значение воспроизводи 1 мой функции;6Ц= 1 у,= t!-t(i.-<) - шаг дискритизации (время цикла); 6Хдл».g.— максимально допустимая погрешность аппрок.

5 симации; f, — опорная частота; = ) х „ - N X „ . >) — прира пение функции на одном дискретном участке;

К = —,ь — угловой коэффициент функции;

hÉ

hei. — формируемая ступенчатая функция с угловым коэффициентом

Кф у К ° ° ° ф К а

Вход устройства 1, через который вводится сигнал ) (), подлежащий аппроксимации, -соединен с входом аналогоцифрового преобразователя 2, предназначенного для получения в режиме "Запись текущих числовых значений N x входного сигнала Х (О, а также знака и величины приращений «+ Я ь на дискретных участках. Перевод устройства из режима работы Запись в режим работы "Воспроизведение" осуществляется через первый, второй, третий и четвертый переключатели 3 — 6 соответственно (на фиг. 2 положение переключателей 3 — 6 соответствует режиму "Запись" ). Выход последовательного кода и знака приращения аналого-цифрового преобразователя 2 соединен с входами реверсивного счетчика 7 и триггера 8 знака, а выход параллельного кода соединен через первый переключатель 3 с входом — сумматора 9, выход которого соединен с первым входом элемента 10 сравнения, второй вход элемента 10 сравнения соединен через первый переключатель 3 с вводом 11 значения максимально допустимой погрешности Д )(ц и. Реверсивный счетчик 7 и триггер 8 знака объединены в узле счетчика 12 приращения, а сумматор 9 и элемент 10 сравнения — в узле 13 сравнения. Счетчик 12 приращения предназначен для подсчета абсолютного зна» чения приращения Ь Я . и фиксации его знака. Выход параллельного кода аналогоцифрового преобразователя 2 соединен через первый переключатель 3 с входом параллельной записи кода результирующего счетчика 14.

Счетный вход счетчика 15 цикла соединен с выходом генератора 1 6 опорной частоты, выход которого соединен также с первым входом делителя 17 частоты, выход которого соединен с счетным входои результирующего счетчика 14 и с первым выходом 18 устройства, Выход результирующего счетчика 14 соединен с входом " + " сумматора 9, второй вход узла 13 сравнения с вторым выходом 19 устройства и с входом цифроаналогового преобразователя 20, выход которого соединен с третьим выходом 21 устройства.

$2914 6

Второй вко", делителя 7 лстогы через первый коммугагор 22 и второй переключатель 4 соединен в режиме Запись с выходом счетчика 15 цикла, а в режиме

"Воспроизведение - с первым выходом блоке 23 памяти, первый вход которого соединен с выходом счетчика 15 цикла, третий вход делителя 17 частоты и вход управления реверсом результирующего счетчика 14 через второй коммутатор 24

1О

55 результирующим счетчиком 14. В этом случае сигнал с выхода узла 13 сравнения, поступающий на управляющие входы коммутаторов 22 и 24 и блока 23 памяи третий переключатель 5 в режиме Запись" соединены с выходом счетчика 12, приращения, а в режиме "Воспроизведение" — с вторым выходом блока 23 па15 мяти, соответствующий второму выкоду первый вход блока 23 памяти соединен с выходом счетчика 12 приращения. Выход параллельного кода аналого-цифрового преобразователя 2 соединен с третьим

20 входом блока 23 памяти, а соответствующий третьему входу третий выкод блока

23 памяти в режиме Воспроизведение через первый переключателль 3 соединен с входом параллельной записи результи25 рующего счетчика 14 и с входом " - " сумматора 9 — первый вход узла 13 сравнения. Узел 13 сравнения предназначен для формирования в режиме Запись при условии Ы(х);-N „)„(> Ь)(<д о управ30 ляюшего сигнала на разрешение считывания с параллельного выхода аналого- цифрового преобразователя 2 через первый переключатель 3 параллельного zona текущих числовых значений на вход параллельной записи результирующего счетчика 14; на открытие первого и второго коммутаторов 22 и 24 для считывания с выходов счетчиков 15 и 12 цикла и приращения через второй и третий переклю40 чатели 4 и 5 на второй и третий входы делителя 1 7 частоты числовых значений координат i и Ьй соответственно на запись блок 23 памяти числовых значений координат b,t,,Qt4, Ng соот45 ветственно через его первый, второй и третий входы; на установку в 0" счетчиков 12 и 15 приращения и цикла через время, необкодимое для записи их показаний в блок 23 памяти. B режиме

50 Воспроизведение" узел 13 сравнения

I срабатывает при условии Nx — Йх, = P т. е. равенства значений координаты

Й»„, хранимой в блоке 23 памяти, и

i, I текущего значения <Ч к „, формируемого

/42 9 1 4 ти, раэре?пает считывание ?(э последнего через второй и третий переклю ?атели 5 и 4 на второй и третий входы делителя

17 частоты и па первый вход узла 13 срав?(Спич Koopg?IIIQTH ст(ед5>?0(пего диск, е»тизированного 5 ?астка > т((. t H),f r?I> Я((> () т N x, ;. (? со0 TIçB TcTBBêío (этОЙ целью Bi>IKO n уэлд 1. 3 через четвертый переклю->Q= тель 6 соединен с управляющим входом результирующего счетчика 4. через элемент 25 задержки с управляющими входа(,(и счетчиков 12 и 15 прцоащен((я и цикла, а также с управляющими входами первого ц второго коммутаторов 22 ц

24 и блока 23 памяти непосредственно, С первого выхода 18 устройства считывается последовательность импульсов (, тт Lffi с частотой следования = 1„-, †., . про"д (. порццональной скорости измерения Ц5тнт?ип па L - -ÎM дискретном у?астке. С выходg 70

1 9 ycrpof(CTBQ Счц? IBQ?oreÿ >II>0(goat>te

ЭНПЧЕНИЯ Йt(BOCnPO(iaBOgffMoft фУПК((Ит,.

C ВЫ> Ода 2 1 5 crpoйства c IHTI>IBQOTcH

КВВНТОВаНПОЕ ЭППЧЕППЕ;-т;,Р (т ) ВОСПРОЦЗУ I )

ВОДИ? (ОД (>ytf trot(I tf > (+)

Г абота устройства 005«ftecTB(fstercH следующим образом, Реж?т>;(записи. Б режиме дчскретпой

>Q>(tfC(f фу(?(<ц??И ПЕОЕ>((тЮ>(ател?т 3 . 6

5 ñTBI?Q (?лив(потся в пот(ожепца(указаlшОМ - f(f

110 фиГ.

В соответствии с BQgQI?(toit максцМаль=

II0 Доп? СтттМОй 101 1ЕПП(00 (ЧЯО F! (JIJPOI(C?IIHQ=»"

t!t?t / оп О.т? узле 13 сра(??Ir-ti!(f? устапав= лиВается g:2.".((M> Об(?спечцйа(ощий et 0 сра-,(з батЫВанне рИ УСЛОВИИ дОСтцжЕ (Ия раС>(тОС-. ти числОВЫХ ЗНВЧЕНИй На ЕГО вХОдах (?() Я с(.((у, ТНК КаК НЕИЗВЕСТ1.

На фОРМа КР?тпой аППРОКСИМИРУЕМОй ФУНКции, то в делителе 1 7 частоты устанавли--.-"(? вается л(бое па (a (i.«oe эпа tet(?Ie угловot о коэфф!(циента K (н(?пример I;o-. 1),.

ПодЛЕжащИй QtitipOKCB?r(QI(t(H СИГI>ал

K (I) поступает со Входа 1 устройстВЛ B аналого-цифровой ftp806pQ>308QTQ?Ib 2„ его аналоговое значение преобразуется (. чцс?ловой эквивалент t .: . Одт(овретие (?;(т

f 1

Выхода Генератора 1 6 ot>opI(OÄ частоты

HQ счетный ВКОд счlет>(fftrQ . 5 циIсла и пеп.

ВЫтй ВХОД дэлцтэля 1 т ча ТOr т HOCTJ>tf .O t

ПОСЛЕдОВатЕЛЬНОСтЬ ИМПУЛЬСОВ С ГВСта (Ст?т.

ctifIgoBBHHft f o . C Выхода делцт ели 1 6

>IQCTOTt,I ПОСЛЕДОГ ат ЕЛЬ(? Сотт, ??М(тУЛЬСОВ

-?а сто? Ой ° 1(ПОСTуттаэт HQ СЧЕтт(ттц

Вхтзд результирующего 0 ter>I?IKB 14„на 55

Выходе которого формируется з?(ачение ступенчатой фу(по(пи Я(ц О, подаваемое на второй вход узла 13 сравнения, на первы(? вход которого через первый перокпот(атель 3 поступает текущее числовое эпа ?енш? (;(„- Входной фушсциц, K моменту времени ). f, когда числовое значение

Ц х ф5>lпацц (i равно И т(» И }с f > а абсолют=

1? (? я p Bat? oc T I-. ме жд 5 (и сл О ВЫ м э ца (е и ие м ступенчатой фушсции 5(х)q и Й х(достигает предельно допустимого значения т/ ,» ., (.?т(са, в с ?етчцке 12 приращения сформ?(руется п(сло а т 1 = (т x > — (>(, >

Q B счетчике 15 цикл" число И1= (.,-й б, ЭКВЦВВЛЕНТНОЕ BPeMBIII?OcH5> !?НrePBBI(5> (.О (т . В момент t.f срабатывает узел

1 3 сравнения, в результате чего происходит открытие первого и второго коммутаторов 22 и 24 и за(шсь в делитель 17 частоты с выходов счет it?KoB 15 и 12 цикла ц приращеш(я значений Ь ((и

/; Д ., что соответствует установке нового коэффициента деления K = „ ле(т( резапись в счетчик 14 с параллельного выхода аналого-цифрового преобразователя

2 через первый перекл(очатель 3 числового значения И у(вместо сформированпсаго ранее теку.пего значения ступенчатой функции Б(МЗО, запись в блок 23 памяти с параллельного вЫхОДа аналОГОцифрового преобразователя 2 и с выходов с (етчиков 1 2 и 15 координат первого

QtIHPoKcttMHP0BQ tH0t О Участка М g 1 > 6 Й 1 >

>>j 1, соответственно устQIIOBKQ B "О" сче "1(IKoa 12 и 15 приращения и цикла через элемент задержки 25 - подготовка счетчиков 1 2 и 15 к формированию н(словых зпачепий .координат следующего участка.

С MOMBI(TQ 01 до "f результирующий ф

Ст?ЕТЧИК 14 ЭаПОЛНЯЕТСЛ И?т(пульсаМИ С частотой следования - . ° К (и с соответс?Вующей крутизной на втором входе уз-!!а 13 ср((впе(?пя формируется значение

r (,: ПЕПт!ат ON, (т,-(?т;,1((?1,g (. ), Прн дОСТИ: (!f;l*, у =- .",,-., т. е. прп условии

ttf „, t.t >т,,; " вновь сРабатыв». †: узел 13 сравнения, В результате

-,его в делитель 1 7 частоты переписывается a?IQче(п.: . коэффициента деления (> тт(.

+ —, а ..; Олок памяти записываютеа Ь«

::;-: КООРД?(. атЫ (тт,-,, Д,-,, t.g ВТОРОГО ., Частка и т, д:

Форь(??:OBQ(tи= ступенчатой функции т, II ,.(х, „1(B ка?кцо». 1 -ом участке с поС? 0?(I?tt >IM "; Глтаэ т ."т(КОЭффИНПЕНТОМ ВЕЛИЧИ - а которо: о определ fercf: формой кривой па предыдущем (>.-1) -ом участке аппрокСИМИРУЕМой(фУКЦ?(И Ц ПССтОЯ(нтОЕ СРаВНЕНИЕ Зт(аЧЕН?((т (

Режим воспроизведения. Переключатели 3 - 6 устанавливаются в положения, указанные на фиг. 2 пунктиром. В узле

13 сравнения устанавливается режим, обеспечивающий его срабатывание при условии равенства на его вкодвх мгновенного значения воспроизводимой функции

М xL и узлового значения N > „ ., храни-; мого в блоке 23 памяти. В этом режиме работы аналого-цифровой преобразователь и счетчики 12 и 15 приращения и цикла не участвуют, а результирующий счетчик

14 работает только в режиме послецова- д тельного счета (параллельный вход блокирован) .

С начального момента о воспроиэве+ дения функциональной зависимости в делителе 1 7 частоты с первых двух входов блока памяти 23 устанавливается коэффициент деления g = —, а с третьего

КМ д 4i выхода блока 23 памяти на первый вход узла 13 сравнения через первый переключатель 3 поступает числовое значение 25

Я. ординаты первой узловой точки, посх, ле чего на выходах 19 и 21 устройства формируются значения числозык Ц, и аналоговых X <к (4) эквивалентов воспроизводимой функции X (t) с крутизной, пропорциональной f o g . При gBBRe=

/ нии равенства Я - N g числовых значений на входах узла 13 сравнения, последний срабатывает и с выходов блока 23 памяти через переключатели 4 и 5 и З коммутаторы 22 и 24 B делителе 17 часчастоты устанавливается следующее знай йъ чение коэффициента деления

8 на первый вход узла 13 сравнения с третьего выхода блока 23 памяти поступает. соответствующее значению К> значение N ординаты второй узловой тон=-. к ки ит. д.

Изменяя частоту fo генератора 16 опорной частоты, можно измерять время развертки воспроизводимой функциона и ной зависимости.

Таким образом, задаваясь лишь одним параметром - максимально допустимой погрешностью аппроксимации,Ь, Х clpg g,, 4 без наличия предварительной информации о виде аппроксимируемой функциональной зависимости, предлагаемое устройство позволяет осуществлять оптимальное разбиение функции на линейные участки, т. е >

55 при заданной точности представить ее минимальным количеством дискретных значений.

fh K.ок:. м г о л. . I i. преобразования иределяетс я м,::то операции сравнен":të, запоминания, формирования числовых эна-;е iHA угловык коэффициентов осуществляются элементами дискретной вычислительной техники и суммарная погрешность зависит лишь от прециэионности аналогоцифровоа"о преобразователя и от стабильности генератора опорной частоты, совре-. менный технический уровень которых достаточно высок.

Формул а и э о б р е т е н и я

Устройства для дискретной записи .и

=:îñпроиэведения функций, содержащее. блок памяти, счетчик цикла, счетчик приращеиия и результирующий счетчик, узел сравнения, переключатель, цифроаналоговый преобразователь, элемент эа» держки, генератор опорной частоты, выход которого соединен со счетным входом счетчика цикла и первым входом делителя частоты, выход которого соединен со счетным входом результирующего счетчика и первым выходом устройства. выход результирующего счетчика соединен со вкодом цифроаналогового преобразователя, с первым входом узла сравнения и выходом устройства, выход цифроаналогового преобразователя соединен с третьим выходом устройства, отличающееся тем,чтос целью повышения точности, устройства содержит аналого-цифровой преобразова-. тель, вход которого соединен со входом устройства, выходы последовательного и параллельного кодов аналого-цифровога преобразователя соединены со счетным входом счетчика приращения и с первым входом блока памяти соответст венно, первый вход узла сравнения и вход параллельной записи результирующего счетчика через первый переключатель соединены с параллельным выходом аналого-цифрового преобразователя и с первым выходом блока памяти, второй и третий входы делителя частоты соедине ны соответственно с выходами первого и второго коммутаторов первые входы которых подюпочены соответственно через второй. и третий переключатели с выходами счетчиков цикла и приращения, а также со вторым и третьим выходами блока памяти, второй и третий, входы которого соединены соответственно с вы7429) Ъ ходами счетчиков цикла и приращения„ выход узна сравнения соедин H с управляющими входами коммутаторов и блока памяти непосредственно, через четвертью переключатель с управляющим входом результирующего счетчика и через элемэнт задержки — с управляющими входами счетчиков цикла и приращения.

} 2

Источники информации, принятые во внимание цри экспертизе

1. Алексеев Г. И. воспроизведение функций средствами цифроаналоговой вычислительной техники. Минск, 1975, с. 1 1 1-155.

2. Авторское свидетельство СССР

N. 478333, кл. G 06 F 3/00, 1975.

74 29.l -4

Составитель Н. Палеева

Редактор Т. Киселева Техред Э. Фечо Корректор M. Пожо

Заказ 3618/14 Тираж 751 Подписное

UHHHFIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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