Цифровой кубический интерполятор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<>849227 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 11.1179 (21) 2839031/18-24 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Опубликовано 230781, Бюллетень № 27

Дата опубликования описания 230781 (51)М. Кл.з

G 06 F 15/34

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621 503. .55 (088.8) I

В.И.Куля, В ° A.Áóðoâ и В.Г.Кутас а с4

e, н (Главный научно-исследовательский и информ ционйо"н" ""-. .. =;".,ji

«» аычнслкнеланый панно.Госплана украннсксй ССр (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ КУБИЧЕСКИЙ ИНТЕРПОЛЯТОР

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к интерполяторам, и может быть использовано в системах автоматичес5 кого управления.

Известен параболический интерполятор аналогового типа, содержащий два управляемых генератора тока, два интегрирующих конденсатора, входной ключ и ключ обратной связи, два запоминающих конденсатора, усилитель напряжения, повторитель смещения и два дополнительных управляемых генератора тока (1).

Недостатком интерполятора является низкая точность интерполяции.

Известен также линейно-круговой интерполятор, содержащий устройство ввода данных, постоянное запоминающее устройство, блок задания скорости, решающий блок, выполненный на четырех двоичных умножителях, устройство управления, четыре двоичных умножителя и два сумматора (2).

Однако этот интерполятор также имеет низкую точность интерполяции.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому . эффекту является вычислительное устройство, выполняющее функции интерполятора, содержащее цифровой блок памяти, адресный управляющий блок, блок ввода, сумматор, блок управления, адресные счетчики и регистры (3).

Недостаток известного устройства состоит в том, что оно восстанавливает сигналы, для которых третья производная не равна нулю, с методологической погрешностью, не позволяет повысить точность и надежность работы устройства.

Цель изобретения — повышение точности интерполятора и расширение функциональных возможностей цифрового кубического интерполятора.

Поставленная цель достигается тем, что в интерполятор, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, задатчик кодов и блЬк сдвиговых регистров, второй вход которого подключен к второму выходу синхрони-. затора, соединенного третьим, четвертым и пятым выходами с первыми входами соответственно накапливающе- го сумматора, блока возведения в куб и блока возведения в квадрат, выход которого подключен к первому входу первого комбинационного сумматора, введены второй комбинационный сумма849227 тор, последовательно соединенные третий комбинационный сумматор и преобразователь кода, а также комбинационный блок, первый, второй и третий выходы которого подключены к вторым входам соответственно накапливающего сумматора, блока возведения в куб и блока возведения в квадрат, а входы — к выходам блока сдвиговых регистров, соединенного одним из выходов с первым входом второго комбинационного сумматора, выход которого подключен к выходу интерполятора, а второй вход — к выходу и pIIoro комбинацнонного сумматора, соединенного вторым входом с выходом преобразователя кодов, а входы третьего комбинационного сумматора подключены к выходам накапливающего сумматора и блока возведения .в куб.

Кроме того, комбинационный блок содержит последовательно соединенные первый вычитатель, четвертый, пятый и шестой комбинационные сумматоры, последовательно соединенные второй, третий и четвертый вычитатели и последовательно соединенные пятый вычитатель и седьмой комбинационный сумматор, выход которого подключен к второму входу шестого комбинационного сумматора, а второй вход — к вторым входам четвертого и пятого комбинационных сумматоров и первому входу шестого.вычитателя, соединенного выходом с вторым входом четвер-. того вычитателя, а вторым входом— с выходом пятого вычитателя, входы первого, второго и пятого вычитателей соединены с соответствующими входами блока, выходы шестого комбийационного сумматора, третьего и четвертого вычитателя соединены соответственно с первым, третьим и вторым выходами блока, а второй вход третьего вычитателя подключен к выходу первого вычитателя.

На фиг.1 изображена схема кубического интерполятора; на фиг.2 схема комбинационного блока °

Цифровой кубический интерполятор содержит задатчик 1 кодов, блок 2 сдвиговых регистров, синхронизатор

3, блок 4 возведения в куб, накапливающий сумматор 5, блок 6 возведения в квадрат, первый комбинационый сумматор 7, комбинационный блок 8, трстий комбинационный сумматор 9, преобразователь 10 кода, второй комбинационный сумматор 11 и выход

12 интерполятора.

Комбинационный блок 8 (фиг. 2) содержит первый вычитатель 13, четвертый комбинационный сумматор

14, третий 15, второй 16 и шестой

17 вычитатели., седьмой 18, пятый 19 и шестой 20 комбинационные сумматоры и пятый 21 и четвертый 22 вычитатели.

Интерполятор работает следующим образом.

Формула вычисления значения функции между интерполяционными узлами . может быть записана в следующем виде: к где f — значение функции в момент

1 времени е „ (О к=0,),2...2 " — номер позиции между интерполяционными узлами, в которой производится вычисление значения функции f

q (df -df, ) („f "df,,)

Ь=df -дй с=2дй +2(дй, +bf )+(д f „+дй.3) .

Значение процесса в интерполяци20 онных узлах от задатчика 1 поступает на вход блока 2 (т.е. значение поступает на вход первого регистра и далее по мере пбступления новых значений продвигается во второй, третий и

25 четвертый регистры). Кодовые комбинации с выхода блока 2 подаются на входы блока 8, т.е. на входы вычитателей 13, 16 и 21, на выходах которых образуются соответственно вели- . чины df1, df и df 3 . На выходе вычитателя 22 получается выражение о, на выходе вычитателя 15 разность Ь . Для получения величины с выхода сумматора 19 подается на вход сумматора 20 со сдвигом на один разряд в сторону старших разрядов.

На выходе сумматора 20 образуется величина, соответствующая c . В силу того, что по мере удаления от интерполяционного узла в точке ., к

40 узлу в точке tо,увеличение k производится постепенно, †.о процедура умножения значения с íà k организована на сумматоре 5, на вход которого подаются кодовые комбинации с вы45 хода сумматоРа 20.

Умножение Ь на k в третьем члене г фоРмулы для 1„ производится в блоке

6 работающем в соответствии с соотI г ношением Ьк = Hbgk+ I). Блок 6 выполk= нен, например, из двух последовательно соединенных накапливающих сумматоров.

Для умножения в Hà k используется блок 4, в котороч реализуется соотношение г

55 ok =2(1г+Р+3 + +(k — 1) + +(1+2+

+k — 1) ) e+ek

Я

Блок 4 выполнен, например, из двух цепочек накапливающих сумматоров, в каждой иэ которых содержится по

60 три последовательно соединенных накапливающих сумматора, регистров и двух комбинационных сумматоров, соединенных соответствующим образом.

"3 г

Деление величин а!, Ьк, ck на

2 2 + и 2 " . -с . твс тственно !

849227 производится при подаче зтих величин на входы сумматоров 9 и 7 путем сдвига в сторону младших разрядов на (Зло+1), (2е+1) и (п +1) разрядов.

Деление на три второго и четвертого членов формулы для F„ ïðoèçâîдится преобразователем 10. .Согласование прохождения информации через узлы интерполятора обеспечивается синхронизатором 3 (генератор тактовых импульсов).

Сложение вычисленных выражений осуществляется сумматорами 7, и 11, а результат получается на выходе интерполятора 12.

Изобретение позволяет с высокой точностью интерполировать функции третьего порядка, что расширяет область применения и функциональные возможности интерполятора. Кроме того, изобретение позволяет произвести интерполяцию функции за один такт работы, что позволяет повысить быстродействие интерполятора и применять его в системах реально-, го времени и АСУ, системах отображения информации, цифровых синтезаторах речи, при моделировании сложных объектов.

Формула изобретения

Цифровой кубический интерполятор, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, задатчик кодов и блок сдвиговых регистров, второй вход которого подключен к второму выходу синхронизатора, соединенного третьим, четвертым и пятым выходами с первыми входами соответственно накапливающего сумматора, блока возведения в куб и блока возведения в квадрат, выход которого подключен к первому входу первого комбинационного сумматора, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй комбинационный сумматор, последовательно соединенные третий комбинационный сумматор и преобразоватепь кода, а также комбинационный блок, первый, второй и третий выходы которого подключены к вторым входам соответстнс.нно накапливающего сумматора, блока возведения в куб и блока возведения в квадрат, а входы — к выходам блока сдвиговых регистров, соединенного одним из выходов с первым входом второго комбинационного сумматора, выход которого подключен к выходу интерполятора, а второй вход — к выходу первого комбинационного сумматора, соединенного вторым входом с.

|0 выходом.преобразователя кодов, а входы третьего комбинационного сумматора подключены к выходам накапливающего сумматора и блока возведения в куб.

15 2. Интерполятор по.п.1, о т л ич а ю шийся тем, что комбинационный блок содержит последователь- но соединенные первый вычитатель, четвертый, пятый и шестой комбинационные сумматоры, последовательно соединенные второй, третий и четвертый вычитатели и последовательно соединенные пятый вычитатель и седьмой комбинационный сумматор, выход, которого подключен к второму входу шестого комбинационного сумматора, а второй вход — к втбрым входам чет-. вертого и пятого комбинационных сумматоров и первому входу шестого вычитателя, соединенного выходом с вто-.

ЗО рым входом четвертого вычитателя, а вторым входом — с выходом пятого вычитателя, входы первого, второго и пятого вычитателей соединены с соответствующими входами блока, выходы

35 шестого комбинационного сумматора, третьего и четвертого вычитателей соединены соответственно с первым, третьим и вторым выходами блока, а второй вход третьего вычитателя

4р подключен к выходу первого вычитателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

45 1. ° Авторское свидетельство СССР

Р 437098, кл. G F 7/30, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9 302722, кл. G 06 F 7/30, 1969.

3. Патент США Р 3846625, кл G 06 F 1/02, 1974 (прототип).