Устройство для адаптивной дискретизации

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОУСКОМУ СВ ЮТИЛЬСТВУ

Союз Севетскик

Социалистических

Республик

« 851416 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 121179 (21) 2869203/18-24 с присоединением заявки Ие

- (23) Приоритет .Опубликовано 300781, Бюллетень Н9 -28

Датаопубликованияописания 3007,81 (я)м, к .

G 06. G 7/02

4 ефяарстаекнм4 квинтет

СССР яе яеааи взебретекм4 к еткрмти4 (53) УДК 681. 333 (.088.8) 1

) В.A.Белоьмтцев, A.A.Áóðáà, В.A.Êåðíîæèöêèé, З.Г.Бочарова, Л.С.Бородина и В.M.Þðo÷êèé

P2) Авторы изобретения (71) 3аявитель . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОЙ ДИСКРЕТИЗАЦИИ

z<

z< х - х, Х2 Xi

Хп

30 илн А„ + B

У У

У2 У

У У„

+С2+О 2

Изобретение относится к технике дискретизации случайных полей и может быть использовано в Прикладных инженерных задачах измерения (анализа) случайных полей с целью сокращения объема исходных данных для ,тепловых, прочНостных и других расчетов.

Известен адаптивный дискретизатор, обеспечивающий достаточный диапазон измерения такта измерений при высокой точности 11.

Однако этот адаптивный дискретизатор не позволяет осуществлять дискретизацию случайных полей.

Наиболее близким к предлагаемому .является адаптивный временной дискретизатор, содержащий блок передачи выходных координат выборки, блок памяти, блок сравнения, измерительный элемент, блок управления f2) .

Недостаток такого устройства заключается в невозможности адаптивной дискретизации двух-, трех- и более мерных случайных полей.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей устройства путем адаптивной дискретизации случайных полей. Пусть имеет место случайное поле, участок которого изображен на фиг ° 1. Значения случайного параметра как функции координат х и у до адаптивной дискретиза:ции измеряются во всех обозначенных точках. Однако для воспроизведения этого случайного поля не всегда целесообразно измерять его во. всех

10 точках, так как оно может иметь незначительную степень изменчивости первых производных в основе принципа адаптивной дискретизации трехмерного случайного поля (в координатах х, у, 15 z) может быть положена аппроксимация участка случайного поля уравнением плоскости по трем точкам с последующим прогнозированием на четвертую и пятую точки. Прогнозируемые значе20 ния случайного поля вычитаются из действительных величин в соответствующих точках и получившееся расхождение b сравнивается с допустимым

hy . Уравнение плоскости, проходя ей через три точки, будет иметь вид

851416 где А - (у - y,)(g - z,) (у - у )(zy - z ); (2i

8 * (х - х J(z - z ) (х - х )5z - z ); (3) л) (уЗ (х - х„) (у - у ); (4)

D.- хл1(у - y„)(zq - гл) (у - y )(- )1 + ул Г(2 хл)(z3 ) (- х„) (z - z„)j + + гл Ox - x> (у - у„) (х - x„) (уз - y.„)j (5)

Здесь x, x и х — соответственно л абсциссы первой, второй и третьей точек, 3$ у„, у и у — ординаты соответственно первой, второй и третьей точек, и z — аппликаты соответственно первой, второй и третьей точек.

Учитывая выражение (1), можно записать формулу для прогнозирования значения параметра z„ в i-той точке 25 через вычисленные коэффициенты А, .8, С, 0 и координаты i-ой точки и у (6)

Укаэанная цель достигается тем, что в устройство для адаптивной дискретизации, содержащее блок памяти, информационная группа входов. которого является входом устройства, блок управления, вход которого соединен с выходом блока сравнения, выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами блока памяти и блока передачи выходных координат, введены блок нрогноэа 40 блок вычитания, блок аппроксимации, группа входов которого соединена с первой группой выходов блока памяти, вторая группа выходов которого подключена к информационному входу 45 блока передачи выходных координат, третья группа выходов блока памяти соединена с первыми группами входов блока прогноза и блока вычитания, вторая группа входов которого подклю- щ чена к выходу блока прогноза, вторая группа входов которого соединена с выходом блока аппроксимации.

Укаэанная цель достигается также тем,что блок аппроксимации содержит первую группу из шести блоков вычита55 ния, вторую группу иэ трех блоков вычитания, блок инверторов, первую группу иэ шести блоков умножения, ВтОрую группу из трех блОКОВ умнОжения и два сумматора, входы блоков ЙО вычитания первой группы являются группой входов блока аппроксимации, выходом которого является выход второго сумматора, выход первого блока вычитания первой группы под- . 45 ключен к первым входам первого и шестого блоков умножения первой группы, второй вход первого и первый вход .третьего блоков умножения первой группы объединены и подключены к выходу второго блока вычитания первой группы, выход третьего блока вычитания соединен с первыми входами второго и пятого блоков умножения первой группы, выход четвертого блока вычитания первой группы соединен со вторым входом второго и с первым входом четвертого блоков умножения первой группы, выход пятого блока вычитания первой группы подключен ко вторым входам третьего и пятого блоков умножения первой группы, выход шестого блока вычитания первой группы соединен со вторыми входами четвертого и шестого блоков умножения первой группы, первые входы блоков вычитания второй группы подключены к выходам соответствующих нечетных блоков умножения первой группы, вторые входы блоков вычитания второй группы соединены с выходами соответствукхцих четных блоков умножения первой группы, выходы блоков вычитания через соответствующие инверторы подключены к первым входам соответствующих блоков умножения второй группы, вторые входы которых соединены соответственно с первыми входами шестого, первого и второго блоков вычитания первой группы, выходы первого и второго блоков умножения второй группы соединены соответственно с первыми и вторыми входами первого сумматора, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом третьего блока умножения второй группы, а также тем, что блок прогноза содержит два блока умножения, сумматор инвертор и блок деления, выход которого является выходом блока прогноза, входы первого блока умножения соединены соответственно с первыми входами первой группы и второй группы входов блока прогноза, вторые входы первой и второй группы входов блока прогноза подключены соответственно ко входам второго Длока умножения, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого блока умножения и к четвертому входу второй группы входов блока прогноза третий вход которого через инвертор соединен с первым входом блока деления, второй вход которого подключен к выходу сумматора. Блок аппроксимации служит для вычисления коэффициента аппроксимирующего выражения (1) в соответствии с формулами (2), (3), (4) и (5).

Блок прогноза осуществляет прогнозирование значений параметра на последующие точки случайного поля по фор-

851416

50 муле (6). Блок вычитания позволяет оценить разность между прогнозируеьыми и действительными значениями. параметров случайного поля. Устройство управления необходимо для выдачи управлякщих команд в зависимости от сигналов с блока сравнения.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока аппроксимации; на фиг..3 — структурная схема блока прогноза; на фиг. 4 — участок слу-. чайного поля.

Предлагаемое устройство для адаптивной дискретизации случайных полей содержит блок 1 памяти, информационная группа входов которого является входом устройства, первая группа выходов подключена к первой группе входов блока 2 аппроксимации,. а второй выход соединен с первым входом ,блока 3 передачи выходных координат. 20 Выходы блока 2 соединены с первым входом блока 4 прогноза, подключенно.го своим выходом к первому входу блока 5 вычитания, а вторым входом к третьей группе выходов блока 1 памяти, второй вход блока 5 соединен с третьей группой выходов блока 1 памяти, а выход через блок 6 сравнения соединен со входом блока 7 управления.

Первый выход блока 7 соединен со вторым входом блока 2 аппроксимации, второй выход — co второй группой входов блока 1 памяти, а третий — со вторым входом блока 3, выход которого является выходом устройства, блок 2 аппроксимации и блок 4 прогноза являются нестандартными, поэтому ниже приводится их структурное исполнение и принцип работы.

Блок 2 аппроксимации, представленный на фиг. 4, сбдержит первую 40. группу 8 блоков вычитания, входы которой подключены ко второму выходу блока 1 памяти (фиг.3), а выходы через первую группу 9 блоков умножения — ко входам второй группы 10 45 блоков вычитания. Выходы группы 10 соединены с первым входом блока 4 прогноза, а также через группу 11 инверторов с первыми входами второй группы 12 блоков умножения, вторые входы которой подключены к первому выходу блока 1 памяти (фиг.3). Выходы пЕрвого н третьего блоков проиэведения группы 12 соединены соответственно с.первым и вторым входами первого сумматора 13, выход которого подключен к первому входу второго сумматора 14. Второй вход этого сумматора соединен с выходом второго блока произведения группы 12, а выход — с первым входом блока 4 прогна. ) за (фиг. 3) .

Блок 2 аппроксимации работает следующим образом.

Абсциссы, ординаты и алпликаты первой, второй и третьей точек посту-. 5 лают с блока 1 памяти (фиг.2) на входы первой группы 8 блоков вычитания.

Здесь осуществляется вычисление разностей формул (2), (3), (4) и (5).

Эти величины подаются на входы первой группы 9 блоков произведения, где определяются попарные произведения круглых скобок формул (2), (3), (4). Эти значения поступают на входы второй группы 10 блоков вычитания, в которой вычисляются коэффициенты

А, В и С в соответствии с формулами (2), (3) и (4). Величины этих коэф1фициентов поступают на первый вход " блока 4-прогноза (фиг.2), а также на входы группы инверторов. Инверторы необходимы для изменения знаков коэффициентов А, В и С на противоположные свободного члена О, в формуле (1) фактически заключены коэффициенты А, В и С, но со знаком минус.

Эти коэффициенты с обратным знаком подаются на первые входы второй группы 12 блоков произведения, .на вторые входы которой поступают с блока 1 памяти абсцисса х, ордината

1 у„ и аппликата г„ первой точки. В группе 12 вычисляются три слагаемых формулы (5).

Первое и второе слагаемые формулы (5)засылаются соответственно на первый и второй входы первого сумматора 13, где вычисляется их сумма, которая подается на первый вход второго сумматора 14. На второй вход этого сумматора поступает со второго блока произведения группы 12 третье слагаемое формулы (5), которое суммируется в блоке 14 с суммой двух первых слагаемых. Таким образом, с выхода блока 14 подается к выходу блока 2 на первый вход блока 4 прогно-. за (фиг.2) значение свободного чдена 0 аппроксимирукщего выражения (6)

Блок 4 прогноза, представленный на фиг.5, содержит первый блок 15 умножения и второй блок 16 умножения, первые входы которых подключены к выходу блока 2 аппроксимации, а вторые входы — к третьему входу .блока 1 памяти (фнг.2). Выходы блокав 15 и

16 соединены соответственно со вторым и первым входами сумматора 17.

Третий вход сумматора подключен к выходу блока 2 аппроксимации (фиг.3), а выход сумматора 17 соединен с первым входом блока 18 деления. Второй вход блока 18 через инвертор 19 подключен к выходу блока 2 аппроксимации, а выход блока 18 деления соединен с первым входом блока 5 вычитания (фиг.2).

Блок 4 прогноза работает следующим образом.

Коэффициенты А и В, вычисленные в блоке 2-аппроксимации, подаются на первые входы первого блока 15 и второго блока 16, на вторые входы которых поступают с блока 1 памяти зна851416 чения абсциссы х и ордината у„" i -той точки ° В блоках 15 и 16 оцениваются первые два слагаемых числителя формулы (6) описания, засылаемые на первый а второй входы сумматора 17, На третий вход сумматора с блока 2 аппроксимации подается вычисленный там коэффициент D. В сумматоре 17 вычисляется величина числителя формулы (6), которая засылается на первый вход блока 18 деления. На второй вход блока 18 через инвертор 19 подается величина С с блока 2 аппроксимации (инвертор позволяет получить величину -С вЂ” знаменатель формулы (6), блок 19 деления определяет прогнозируемое значение параметра z в соответствии с формулой (2) описания, которое поступает на первый вход блока 5 вычитания. устройство для адаптивной дискретизации случайных полей работает следующим образом.

В блок 1 памяти со входа устройства подаются абсциссы, ординаты и аппликаты трехмерного случайного поля, С блока 1 памяти поступает координата трех первых точек на первые входы блока 2 аппроксимации и блока 3 (проекции этих точек 01, Ь1 и 02 изображены на фиг.1), блок 1 аппроксимации определяет коэффициенты выражения (1) в соответствии с формулами (2), (3), (4) и (5). Полученные коэффициенты с блока 2 засылаются на первый вход 4 прогноза, на второй вход которого подаются с блока 1 памяти значения абсцисс и ординат последующих двух точек (Ь 2 и Q 3) . Блок 4 осуществляет прогнозирования случайного параметра .z на эти две точки. Результаты прогноза направляются на первый вход блока 5 вычитанйя, на второй вход которого подаются действительные значения параметра гд . Блок 5 оценивает разность 6, между действительными и прогнозируеьыми значениями. Эта разность поступает на первый вход блока 6 сравнения, где сравнивается с допустимой погрешностью аппроксимации L3 . В данной ситуации возможны четыре варианта.

Если для первой и второй прогноэируемых точек 6 4 55, то блок 6 сравнения подает сигнал на блок 7 .управления, который дает команду на блок 1 памяти для засылки коорди- нат последующих точек на блок 4 прогноза для последующей экстраполяции и блок 5 вычитания.

Если -для первой прогнозируемой точки Й . 6,Ъ, а для второй 5.7ЬЬ, то блок 6 сравнения дает сигнал устройству 7 управления, который подготавливает к работе блок 2 аппроксимации, дает команду блоку 1 памяти на засылку координат последующих точек в блок 2 аппроксимации и в блок 3, а также команду на блок 3 для выдачи

1. Устройство для адаптивной дискретизации, содержащее блок памяти, И информационная группа входов которого является входом устройства, блок управления,.вход которого соединен с выхоцом блока сравнения, и выходы блока управления соединены соответ@» ственно с управляющими входами блока памяти и блока передачи выходных координат, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет адап g тивной.дискретизации случайных полей

t0

35 на выход устройства координат второй прогнозируемой точки.

Если для первой прогноэируемой точки ь д.б, а для второй ь лб, то порядок работы тот же, что и ири варианте 2, только на выход устройства с блока 3 выдаются координаты первОй прогнозируемой точки.

Если для первой и второй прогнозируемых точек Ь ьб, то порядок работы тот же, что и при варианте. 2, только на выход устройства с блока

3 выдаются координаты обеих прогнозируемых точек. (Значения координат первых трех опорных точек а 1, Ь1 и

О2 выдаются на вход устройства с блока 3 выборки при любом варианте).

Таким образом, осуществляется аппроксимация с прогнозированием (экстраполяцией) всей первой полосы вплоть до точки am (фиг.1). Затем те же операции произ. водятся .с другими полосами, до и-ой включительно. Адаптив- ная дискретизация трехмерного случайного поля в кординатах х, у, z закончится в точке nm. Следовательно, в результате работы предлагаемого устройства на его выходе будут фор- " мироваться- значения координат (абсцисс, ординат и аппликат) только тех точек случайного поля, которые необходимы для его воспроизведения с заданной точностью. Все остальные .точки иэ дальнейших расчетов автоматически исключаются.

Следует отметить, что устройство позволяет оперировать с трехмерным случайным полем. В принципе можно создать устройство для адаптивной дискретизации случайных полей большей размерности, однако здесь будет отсутствовать наглядность, поскольку аппроксимацию и экстрополяцию нужно будет проводить с помощью уравнений гиперплоскости.

Положительный эффект предлагаемого устройства заключается в том, что оно позволяет осуществлять адаптивную дискретизацию случайных трехмерных полей и тем самым существенно снижать объем информации для дальнейших расчетов.

Формула изобретения

851416

10 в устройство введены блОк прогноза, блок вычитания, блок аппроксимации, группа входов которого соединена с первой группой выходов блока паМяти, вторая группа выходов которого подключена к информационному входу блока передачи выходных координат, третья группа выходов блока памяти соединена с первыми группами входов блока прогноза и блока вычитания, вторая группа входов которого подключена к выходу блока прогноза, вторая группа входов которого соединена с выходом блока аппроксимации.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок аппроксимации содержит первую группу из шести блоков .вычитания, вторую группу из трех блоков вычитания, блок инверторов, первую группу из шести блоков умножения, вторую группу из трех блоков умножения и два суммато1 ра, входы блоков вычитания первой группы являются группой входов блока аппроксимации, выходом которого является выход второго сумматора, выход первого блока вычитания первой группы подключен к первым входам первого и шестого блоков умножения первой группы, второй вход первого и первый вход третьего блоков умножения первой группы объединены и подключены к выходу второго блока вычита ния первой группы, выход третьего блока вычитания соединен с первым входом второго и пятого блоков умножения первой группы, выход четвертого блока вычитания первой группы соединен с вторым входом второго и с первым входом четвертого блоков умножения первой группы, выход пятого блока вычитания первой группы подключен ко вторым входам третьего и пятого блоков умножения первой группы, выход шестого блока вычитания первой группы соединен со вторыми входами четвертого и шестого блоков умноженияпервой группы, первые входы блоков вычитания второй группы подключены к выходам соответствующих

45 нечетных блоков умножения первой группы, вторые входы блоков вычитания второй группы соединены с выходами соответствукщих четных блоков умножения первой группы, выходы блока вычитания второй группы через соответствующие инверторы подключены к первым входам соответствующих блоков умножения второй группы, вторые входы которых соединены соответственно с первыми входами шестого, первого и второго блоков вычитания первой группы, выходы первого и второго блоков умножения второй группы соеди,нейы соответственно с первым и вторым входами первого сумматора, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом третьего блока умножения второй группы.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок прогноза содержит два блока умножения, сумматор, инвертор и блок делення, выход которого является выходом блока прогноза, входы первого блока умножения соединены соответственно с. первыми входами первой группы и второй группы входов блока прогноза, вторые входы первой и второй группы входов блоков прогноза подключены соответственно ко входам второго блока умножения, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого блока умножения и к четвертому входу второй группы входов блока прогноза, третий вход которого через инвертор соединен с первым входом блока деления, второй вход которого подключен к выходу сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9474935, кл . Н 03 К 13/16, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

9394800, кл. G 06 G 7/02, 1972 (прототип).

851416 /

Составитель В. Новинский

Редактор Н.Безродная Текред А. Савка Корректор B. Синицкая

Закаэ 6361/70 Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытиЯ

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

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