Устройство для преобразования координат объекта
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 031080 (21) 2989671/18-24 (Я 1) М. Кд.З с присоединением заявки ¹â€”
G 06 F 15/20
G 06 F 7/548
Государственный комитет
СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет—
Опубликовано 150882. Бюллетень № 30 153) УДК 681. 325 (088. 8 ) Дата опубликования описания 150882 (72) Авторы изобретения
А.В.Гусев, В.В.Прокопенко и В.Н.Ахмет в
1Ыж ;;:" чо яс .
91MgQ";;-" (71) Заявитель (54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ
ОБЬЕКТА
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в специализированных вычислительных средствах,информационно-измерительных систем и радиоэлектронных устройствах.
При решении ряда задач управления и измерения возникает необходимость моделирования взаимного перемещения объектов с последующим пересчетом координат одного подвижного объекта относительного другого подвижного объекта, например в счетно-решающих устройствах тренажеров. Определение полярных координат подвижного объекта относительно другого сводится к нахождению текущей дальности 0 (отрезок А Р<) и текущего угла ос (угол
)q А В„), где А — точка местоположения объекта A через время t, В„ точка местоположения объекта В через время t. В начальный момент с точкой состояния объекта А связана нек<.торая неподвижная система координат начало которой совпадает с точкой А.
Местоположение объекта В на плоскости относительно точки стояния объекта A задается начальными полярными координатами дальности 00 (отрезок AB) и угла с(.о между осью о,g и отрезком АВ.
При этом скорости и направления перемещения объектов А и В выражаются через векторы VA и V> в плоскости >tо .
5 Для решение задачи первоначально векторы ЧА и Ч раскладываются на ортоВ го нал ь ные сост авляющи е с последующим . вычитанием их координат
1 Ц =Чр ° в { и о(В-ЧД - s i и Ф А
1О V„=V> .,-VA. cos A где V и V — ортогональные составляющие результирующего вектора скорости.
Далее производится интегрирование составляющих ре ультирующего вектора скорости за+время t
hg= J" V dt, hg dt (2), где д и hq приращение координат объекта В относительно объекта A. Одновременно с разложением векторов V и V производится разложение начальной дальности 0 на координатные оси о ) и о „=2) Bind о, И1=1ЗоСОс4 о (Ь)
25 .Оторые су,",ируются с координата, д и ьН, т.е. в результате получаей вы .ажения
Оо з i n ст 4. 3 (V„- i и с(в - V„s i и (1д) 4 t, i1 = 0 с о s yQ (V ° с о в ф — VA - с o s о{д) d t, ЗО . (4) 951317 представляющие собой координаты объекта В относительно объекта A в прямоугольных координатах, которые в дальнейшем преобразуются в полярные с(. а r c t g -, (5) 5
D - (+и х (6)
Т Таким образом, решение задач .производится в три этапа: разложение векторов Vg,V) и дистанции D на ортогоi0 нальные составляющие с последующим вычитанием векторов VA u VB в соответствии с формулой (1); интегрирование ортогональных составляющих результирующего вектора скорости и суммирование с составляющими дистан ции Оо в соответствии с формулой (4); по полученным прямоугольным составляющим определяются полярные координаты объекта В относительно объекта A 20 с помощью формул (5) и (6). Следовательно реализовать укаэанную задачу моделирования взаимного перемещения объектов с последующим пересчетом координат одного подвижного объекта относительно другого подвижного объекта можно с помощью вычислительных устройств, осуществляющих прямое и обратное преобразования координат, а также интегрирование. 30
Известно аналоговое электромеханическое счетно-решающее устройство, с помощью которого реализуется поставленная задача (1).
Это устройство имеет ряд недостатков, присущих электромеханическим устройствам: значительные габариты, вес и электропотребление, невысокая надежность, а также большие кинематические и динамические ошибки. 40
Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для преобразования координат объекта, содержащее блок вычисления полярных координат, блок разложения 45 векторов, первый и второй выходы ко-. торого подключены соответственно к первому и второму входам первого сумматора, знаковый выход которого соединен с первым управляющим входом блока разложения векторов, третий вы ход которого подключен к первому входу второго сумматора, и генератор импульсов, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входами тактовых импульсов, синусного кода и косинусного кода блоКа вычисления полярных координат и блока разложения векторов, информационные„входы которого являются входами устройства. с по щью данного устрой- бо ства можно реализовать прямое и обратное преобразования координат для вычисления координат объекта (управления (3),(5),(б)). Устройство реализует число-импульсный способ преобра- 6S эования координат. Оно характеризуется простотой схемного решения, высокой точностью вычисления, малыми габаритами (21. .Однако с помощью этого устройства нельзя реализовать задачу моделирования взаимного перемещения объектов.
Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет определения относительных координат двух перемещающихся объектов.
Указанноя цель достигается тем, что в известное устройство дополнительно введены первый и второй интеграторы, информационные входы которых подключены к выходам первого и второго сумматоров соответственно, четвертый выход блока разложения векторов соединен с вторым входом второго сумматора, знаковый выход которого подключен к второму управляющему входу блока разложения векторов,пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с входами начальной установки первого и второго интеграторов, выхОды которых подклю- чены к информационным входам блока вычисления полярных координат, выходы которого являются выходами устройства.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 — функциональная схема блока разложения векторов; на фиг. 3 — функциональная схема блока управления, входящая в блок разложения векторов; на фиг.4 — функциональная схема интегратора; на фиг.5функциональная схема блока вычисления полярных координат; на фиг.б геометрический чертеж решаемой задачир на фиг.7 — временные диаграммы работы блока разложения векторов.
Устройство содержит блок 1 разложения векторов, осуществляющий выработку текущих значений ортогональных составляющих дистанции D векторов скорости VA и Ч в виде число.-импульсВ ных кодов, который состоит иэ блока
2 умножения, схем 3-5 сравнения (выполненных на реверсивных счетчиках), блоков б и 7 управления, сумматоры 8 и 9 (выполненные на реверсивных счетчиках), интеграторы 10 и 11 для интегрирования составляющих результирующего вектора скорости, состоящие из блока 12 приращения (выполненного на управляемых делителях частоты), блока
13 управления и накопителя 14 (выполненного на реверсивных счетчиках), блок 15 вычисления полярных координат, состоящий иэ блока 16 умножения (выполненного на управляемых делителях частоты), блока 17 сдвига, элемента ИЛИ 18, компаратора 19, сумматоров 20 и 21; генератор 22 импульсов для генерирования тактовой частоты синусного и косииусного число-импульсных кодов. Блок 2 выполнен на управ951317
25 ляемых делителях 23 частоты, кроме того, блок 1 включает элементы ИЛИ
24 и И 25. Блок 6 управления выполнен на элементах 2И-ИЛИ 26.
Работа устройства производится в три этапа. Входные переменные скорос- 5 ти объекта A VA, объекта В V и дальв ности 0 в виде параллельных двоичных кодов поступают на информационные входы блока 2 умножения, входящего в состав блока.1 разложения векторов 10 (фиг.2), где производится умножение кодов, VA,"VB u Do на синусный и косинусный число-импульсные коды, подаваемые с выходов генератора 22 на функциональные входы 27 и 28 блуа 2 умножения. Ва выходах 29-34, блока 2 умножения получаем число-импульсные последовательности ортогональных составляющих переменных V,,V и О
VAy = VA ° s i и („Т
Чд ) =М, . co s d Tт, Чв = Чо ° с о ь d иТТт
VS =Vii cosd T, Оо» = Оо . 5 t n g >T>
0 =Do. co54и Тт где <,„ — число ймпульсон, равное значению аргументами
Т вЂ” период следования тактовых импульсов.
Тактовые импульсы fz постоянной частоты с выхода генератора 22 посту- 30
I пают н занисимости от значения (и-1)—
ых разрядов полярных углов а(д ° о(в на суммирующий или вычитающий вход схем 3 и 4 сравнения, функцию которых выполняют ренерсные двоичные 35 счетчики, н которые в начальный момент времени заносятся коды от 1 до (n-2)-ro разряда углов соответственно o(,A и (й, при этом выходы .35 и 36 запрета с (и+1,)-ых разрядов схем 3 и 4()
4 сравнения, где и — число разрядов, ранное 90, углов dA, a(p и Фо. Через промежуток времени TdA = 4А . (фиг. 76), что соотнетствует моменту перехода (n+1)-ro разряда схемы 3 сравнения 45 с нуля в единицу, блок 2 умножения запрещает прохождению число-импульсного кода V> - s i n d Tт . В результате полученный число-импульсный код VA
" sin d д (кривая ОА, фиг.7,ц) с выхода 27 блока 2 умножения поступает через блок 6 управления, выполненный на элементах 2И-ИЛИ 26 (фиг.3), на суммирующий или вычитающий входы сумматора 8 в зависимости от значения (n-1)-ro разряда угла < А, а также от знака знакового выхода 37 сумматора 8. Одновременно на выходы сумматора 8 выхода 30 блока 2 умножения поступает число-импульсный код.
VS. siи „ т, запрет прохождения кото- 60 рого определяет схема 4 сравнения.
Момент перехода (и+1)-го разряда схемы 4 равен Td8=";90 -с В) ° Т. (фиг.7,Т), т.е. соответствует обратному коду угла +ii„ следовательно, на суммиру- 65 ющий нли нычитающий входы сумматора
8 в зависимости от значения (и-1)-го разряда угла3, а также от знака знакового выхода 37 поступает число-импульсный код Н - siи
V результирующего вектора скорости уравнения (1), знак которой вырабатывается на выходе 37 знакового разряда сумматора 8. Вторая ортогональная составляющая V результирующего вектора скорости образуется н сумматоре
9 аналогично сказанному, где участвуют схема 4 сравнения и блок 2 умножения, с выходов 29, 32 которого число-импульсные коды Чд. cos,V>cosd Т.
<риные ВС и ОА, (фиг.7ц,g) поступают на входы сумматора 9 н зависимости от значений и и (n-1)-ых разрядов углов,р(д и (8, поступающих на блок 7 управления через элементы
2И-ИЛИ 26. Таким образом, решается ураннение системы (1) V =V s i ng -VA s i nd>, Ч =ЧЭ сО so(g Чд со 5 О °
Кроме того, одновременно с реализацией уравнений системы (1) происходит разложение начальной дальности Dв на ортогональные составляющие Do. s n go=
=Do и Оо. cosgо=ОО в виде число-импульсных кодов, полученные на выходах
33 и 34 блока 2 умножения, н котором участвует схема сравнения 5, причем знаком ортогональной составляющей Do на выходе 39 является (n 1) -ый разряд угла с(о, а знак ортогональной составляющей 00i вырабатывается на выходе 40 элемента 26. На этом заканчивается первый этап решения задачи, в котором участвуют блок 1 разложения векторов (блок умножения
2, блоки 6 и 7 управления, схемы 3-5 сравнения), сумматоры 8 и 9 и генератор 22.
Второй этап решения задачи начинается с того, что полученные число-импульсные коды Оо и 0 запиСываются соответственно в интеграторы 10 и 11, т.е. число-импульсный код Ооь. поступающий на вход 41 начальной установки интегратора 10 (фиг.4), записывается через блок 13 управления на суммирующий нли нычитающий входы накопителя
14 в зависимости от знака кода Оо, поступающего на вход 42 интегратора 10, один раз, при вычислении управлений системы (1). Аналогично записываются
951317 код D в интегратор 11. Ортогональная составляющая V результатирующего вектора скоростй в виде параллельного кода поступает на информационный вход 43 блока 12 приращения, ин". тегратора 10. Тактовые импульсы с 5 фиксированной частотой повторения, представляющие собой приращение независимой переменной, поступают на тактовый вход 44 блока 12 приращения.
Импульсы переполнения блока 12 при- 10 ращения являются выходной величиной приращения координаты и поступают через блок 13 на суммирующий или вычитающий входы накопителя 14 в зависимости от поступающего на вход 45 знака ортогональной составляющей У4, а также от знакового выхода 46 накопителя 14. В результате через промежуток времени t на выходе накопителя
14 получаем выражение
5Dos (do4 f Чв s п,(э-\/ s псевд) dt, знаки которого вырабатываются на выходе 46 накопителя 14. Аналогично с интегратора 11 получаем выражение
g =2) соус(+J (v cad -чА co5ola)dt.
На этом заканчивается второй этап решения задачи, в котором участвуют интеграторы 10 и 11. 30
Третий этап решения задачи начинается с того, что полученные проекции и «) в виде параллельного двоичного кода поступают на информационные входы 47 и 48 блока 15 (фиг.5), а именно на его блок 17 сдвига, где происходит сдвиг переменных и влево до появления старшей значащей единицы в старшем разряде, наибольшей из входных переменных и н причем число сдвигов переменных и 4О одинаково. Далее сдвинутые коды переменных и g поступают на группы входов 49 и 50 ((< и «)„ ) блока 16 умножения блока 1Ь, где производится умножение указанных кодов на си- 45 нусный и косинусный число-импульсные ,коды, подаваемые с выходов генерато-. ра 22 на функциональные входы 51 и
52 блока 16. На выходах 53 и 54 блока 16 умножения получаем число-им- 5й пульсные коды ф Sin d T> и
t05oL Т, которые через элемент ИЛИ, 18 поступают на вход 55 сравнения компаратора 19, функцию которого выполняет вычитающий счетчик, в который заносится в начальный момент число, равное величине ) . Через время Т после начала счета при выполнении условия компаратор 19 устанавливается в нулевое положение и на его выходе 56 ,вырабатывается сигнал, поступающий 65 на входы остановки счета сумматора
20 и сумматора 21, на вход 57 которого поступает от генератора 22 фик-. сированная частота fp. Таким образом, на выходе сумматора 21 за время сче- та Т накапливается число импульсов („=/Т„/Тт, равное углу Нт =arctg<, ОдФ. новремейно на выходах 58 и 59 блока
16 вырабатываются число-импульсные коды g cos ot,Т. H ч) соь,Ф. Т. г ступающие на входы сумматора 20, функцию которого выполняет реверсныа двоичный счетчик, куда в начальный момент заносится величина, равная причем код произведения соэ Ы T подается на счетный вход вычитания, а код произведения q pj s o(T — на счетный вход сложения. Прй поступлении сигнала остановки счета с выхода
52 компаратора 19 на вход остановки счета сумматора 20 на разрядных выходах последнего получаем величину
coso(T> + fi sind „Т равную значению исковой дальности
0Т. Максимальное значение угла, который может накапливать сумматор 21, 90 . Ha этому заканчивается третий этап задачи, в котором участвует блок
15 (блок 17 сдвига, блок 16 умножения, элемент ИЛИ 18, компаратор 19, сумматоры 20 и 21) и генератор 22.
Введение в устройство первого и второго интеграторов и наличие указанных связей между блоками по сравнению с прототипом расширяет функциональные возможности путем моделирования взаимного перемещения объектов, что позволяет применять предлагаемое устройство в качестве вычислителя в тренажерах для обучения операторов радиолокационных станций.
Формула изобретения
Устройство для преобразования координат объекта, содержащее блок вычисления полярных координат, блок разложения векторов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам первого сумматора, знаковый выход которого соединен с первым управляющим входом блока разложения векторов, третий выход которого подключен к первому входу второго сумматора, и генератор импульсов, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входами тактовых импульсов, синусного кода и косинусного кода блока вычисления полярных координат и блока разложения векторов, информационные входы которого являются входами устройства, о т л ич а,ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения относительных координат двух перемещающихся объек951317
10 г тов, в него введены первый и второй интеграторы, информационные входы которых подключены к выходам первого и второго сумматоров соответствен.но, четвертый выхбд блока разложения векторов соединен с вторым входом 5 второго сумматора, знаковый выход которого подключен к второму управляющему входу блока. разложения векторов пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с входами на- О чальной установки первого и второго интеграторов, выходы которых подключены к информационным входам блока вычисления полярных координат, выходы которого являются выходами устройства.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Поляков В.E. Тренажеры н имитаторы ВМФ. Техническое описание, 1969, с.47-81.
2. Авторское свидетельство СССР
9 726534, кл. G 06 F 15/20, 1971 (прототип).
951317
Составитель A.ßèöêoâ
Редактор К.Волощук Техред Т.Фанта
Корректор О.Билак
Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4
Заказ 5951/56 Тираж 731 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д.4/5
