Устройство для восстановления непрерывных функций по дискретным отсчетам

СОЮЭ ССВЕТСНИХОВИЛЯРЧесиииРЕСПУблин 6 С 7/30 ЫЙ КОМИТЕТ СССР ОбРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОСУДАРСТВЕН ПО ДЕЛАМ ИЗ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Авторское свидетельство.СВ 698012, кл. С 06 С 7/30, 1978.2. Авторское свидетельство СССВ 627489, кл, С 06 С 7/30, 1978.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ ФУНКЦИЙ ПО ДИСКРЕТНЫМ ОТСЧЕТАМ, содержащее блок вычитания, два цифроаналоговых преобразователя и сдвигающий регистр, управ ляющий вход которого соединен с первым входом синхронизации .устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности восстановления непрерывных функций и расширения функциональных возможностей за счет одновременного формирования 801124338 А интерполированных и экстраполированных значений, устройство содержитсуммирующий блок и накапливающийсумматор, первая, вторая и третьягруппы разрядных выходов которогосоединены соответственно с первымвходом суммирующего блока, с входомпервого цифроаналогового преобразователя и с первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен синформационным входом устройства,выход блока вычитания соединен с информационным входом сдвигающего регистра, выход которого соединен с информационным входом накапливающегосумматора и с вторым входом суммирующего блока, вьмод которого соединен с входом второго цифроаналогового преобразователя, выходы первого ивторого цифроаналоговых преобразователей являются выходами устройства,а управляющий вход накапливающегосумматора соединен с вторым входомсинхронизации устройства.,технике и может быть использованодля. восстановления непрерывных функций по дискретным отсчетам. 5Известен линейный интерполяторзамкнутого типа, восстанавливающийнепрерывную функцию по дискретнымотсчетам. Он содержит входной цифроаналоговый преобразователь и замкну 1 Отый контур, образованный элементами,сравнения, блоком памяти с ключамизаписи-считывания, масштабирующим,блоком и интегратором 1.Недостаток этого устройства заключается в невысокой точности,обусловленной наличием аналоговыхинтеграторов, и в ограниченных функциональных возможностях, связанныхс тем, что схема интерполятора не 20позволяет получать одновременно иэкстраполированные значения функции,что бывает необходимо для качественной работы системы управления, которые он обслуживает. 25,Наиболее. близким к предлагаемому является устройство для восстановления непрерывных функций по дискретным отсчетам, содержащее цифроанало- говый блок умножения, два цифроаналоговых преобразователя, блок вычита" ния, регистр кода упрежденного зна" чения аргумента и два сдвигающих регистра, .один вход первого сдвигаю- щего регистра подключен к входу ор динат восстанавливаемой функции, второй вход соединен с входом синхронизации устройства, а выход соединен с входом первого цифроаналого-вого преобразователя, с одйим из входов блока вычитания и с входом второго сдвигающего регистра, выход которого соединен с другим входом блока вычитания, выход которого соединен с входом второго цифроаналогового 45 преобразователя, выход которого соединен с первым входом цифроаналогового блока умножения, второй и третий входы .этого блока соединены, соответственно, с выходом первого 50 цифроаналогового преобразователя и с выходом регистра кода упрежденного значения аргумента. Восстановление непрерывной функции осуществляется методом ступенчато-линейной экстра- ,55 поляцин. Это позволяет сформировать выходной сигнал практически без задержки относительно исходного сигна ла. В схеме устройства отсутствует аналоговый интегратор, следовательно, оно характеризуется меньшей величиной инструментальной погрешности 12.Однако такое устройство имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что процесс восстановления непрерывных функций, вторая производная которых не равна нулю, характеризуется появлением значитель- . ной методической составляющей погрешности. Это обусловлено экстраполяционным способом восстановления, методическая погрешность которого ,.в большинстве случаев больше соответствующей погрешности интерполяционного способа.Таким образом, выходной сигнал, формируемый в известном устройстве, характеризуется, с одной стороны, малой величиной времени задержки, а с другой стороны, низкой точностью восстановления. Наличие значительной погрешности не позволяет в большинстве случаев использовать этот сигнал для целей измерения и регистрации информации. Следовательно, известное устройство характеризуется низкой точностью и узкими функциональными возможностями.Цель изобретения - повышение точности восстановления и расширение функциональных возможностей устройства эа счет одновременного формирования интерполированных и экстраполированных значений.Указанная цель достигается тем, что устройство для восстановления непрерывных функций по дискретным отсчетам, содержащее блок вычитания, два цифроаналоговых преобразователя и сдвигающий регистр, управляющий вход которого соединен с первым входом синхронизации устройства, содержит суммирующий блок и накапливающий сумматор, первая, вторая и третья группы разрядных выходов которого соединены соответственно с первым входом суммирующего блока, с входом первого цифроаналогового преобразователя и с первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с информационным входом устройства, выход блока вычитания соединен,. с информационным входом сдвигающего регистра, выход которого соединен с информационным входом накапливающего сумматора и с вторым входом суммирующего блока, выход которого соединен с входом второго цифроаналогового преобразователя, выходь первого и второго цифроаналогового 5 преобразователей являются, выходами устройства, а управляющий вход накапливающего сумматора соединен с вторым входом синхронизации устройства. 1 ОНа фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип действия устройства. 15Устройство содержит блок вычитания 1, сдвигающий регистр 2, накапливающий сумматор 3, суммирующий блок 4 цифроаналоговые преобразователи 5 и 6. Позицией 7 обозначен 20 вход ординат восстанавливаемой функции устройства (информационный вход), позициями 8 и 9 обозначены, соответственно, первый и второй входы синхронизации устройства, позициями 10 25 и 11 - выходы устройства.Ординаты восстанавливаемой функции закодированы М-разрядным параллельным кодом, моменты поступления которого на вход 7 совпадают с момен-Зо тами поступления импульсов синхронизации на вход 8. Ординаты, соответствующие положительным значениям Функции, представлены в прямом коде, а ординаты, соответствующие отрицательным значениям функции, представлены в дополнительном коде. В сдвигающем регистре запоминается код разности. двух соседних ординат восстанавливаемой функции. Накапливающий 40 сумматор содержит в общем случае М+М разрядов, где М - число дополнительных разрядов, определяемое допустимой погрешностью аппроксимации отрезков прямых линий ступенчато- ломаной кривой. Обычно М определяется из уравнения 2 =К, где К - числоМтактов суммирования на интервале аппроксимации. Суммирование осуществляется в моменты поступления на вход 9 импульсов синхронизации, Частота этих импульсов должна быль в К раз больше частоты импульсов, поступающих на первый вход 8 синхронизации.Моменты поступления импульсов навходы 7 и 8 не должны совпадать. Накапливаемый сумматор имеет тригруппы выходов. Номера выходов вкаждой группе отсчитываются относительно старшего разряда. Первая,вторая и третья группы включают, соответственно, й, М и Ивыходовстарших разрядов йакапливающего сумматора, причем М,.4 Н+М, 1 =1,2,3.Выбор конкретных значений й и Йзависит от числа разрядов цифроаналоговых преобразователей, В предельном случае, когда й= йрй+М, аппроксимация отрезков прямых линий осуществляется наиболее точно (в этом случае отсутствует погрешность округления в блоке накапливающего сумматора). Значение М обычно равно М .На выходах второй группы накапливающего сумматора 3 формируютсякоды, соответствующие значениямфункции, восстановленной методомступенчато-линейной интерполяции.Эти коды преобразуются в блоке 5 ваналоговые сигналы, представленныев виде тока и напряжения.На выходе суммирующего блока 4формируются коды, соответствующиезначениям функции, восстановленнойметодом ступенчато.-линейной экстраполяции, а преобразователь 6 преобразует эти коды в соответствующиеаналоговые сигналы.Используемые в устройстве цифроаналоговые преобразователи предназначены для преобразования двоичныхкодов любого знака в двухполярныеаналоговые сигналы.Рассмотрим принцип действия устройства на примере формированияимпульсных переходных функций,Пусть М:М =М =К=8 М=З. В этом1 2 3случае накапливающий сумматор содержит 11 двоичных разрядов, Сигналы с выхода сдвигающего регистра 2 подаются на входы восьми мпадших разрядов накапливающего сумматора 3. Три групйы выходов накапливающего сумматора 3 объединяются в одну группу выходов (это справедливо только в рассматриваемом частном случае), снимаемых с восьми старших разрядов блока.В исходном состоянии накапливающий сумматор 3 и сдвигающий регистр 2 обнулены, поэтому по цепи обратной связи на первый вход блока вычитания 1 поступает код, равный нулю.11После того, как на вход 7 чстройства поступает параллельный код, соответствующий одиночному отсчету,амплитуда которого равна, например,восьми условным единицам, на выходеблока вычитания 1 появляется код раз.ности между входным кодом и кодомна выходе накапливающего сумматора3. В момент ъ поступления на вход8 импульса сийхронизации (Фиг.2 й)в сдвигающий регистр записываетсякод разности 00001000. Это значениекода разности сохраняется в блоке 2до момента 1поступления следующегоимпульса синхройизации на вход 8устройства.В моментпоступления на вход 9импульса синхронизации (фиг.2 б),код, .хранящийся в сдвигающем регистре, переписывается в накапливающийсумматор 3. На выходе этого блокаобразуется код 00000001. Таким образом, в блоке 3 происходит деление значения полученной разности на8, (а в общем случае на 2 ). ЭтоМобъясняется тем что входные сигналы подаются на восемь младших разрядов, а выходные сигналы снимаютсяс восьми старших разрядов блока накапливающего сумматора. С поступлением следующих импульсов синхронизации на вход 9 устройства значениекода накапливающего сумматора возрас"тает по линейному закойу. С выходаблока 3 значения кодов подаются нацифроаналоговый преобразователь 5,в котором происходит преобразованиепоследовательности кодов в возрастающий ступенчато-линейный аналоговыйсигнал. Так происходит формированиепервого участка импульсной переходной функции устройства по выходу 10.В момент Ф поступления восьмого импульса синхронизации на вход 9 амплитуда сигнала на выходе 10 достигает максимального значения, соответствуощего восьми единицам,В моментна вход 8 устройстваподается следующий импульс синхронизации. В этот момент на входе 7 устройства значение кода равно нулю, ана первый вход блока вычитания 1подается код, соответствующий восьми единицам. Следовательно, в сдвигающий регистр 2 записывается новоезначение кода разности равное восьмиединицам. Полученное значение разности сохраняется до момента 1 р, В мо 24338 50 где Ф,ФФ -То. 5 15 20 25 30 35 мент 1 г: содержимое блока накапливающего сумматора уменьшается на одну единицу, в момент, - на две единиггцы и т.д. В момент Ф накапливающий сумматор 3 обнуляется. Уменьшающиеся по линейному закону значения кодов преобразуются в блоке 5 в уменьшающийся по амплитуде ступенчато-линейный аналоговый сигнал. Так Формируется второй участок импульсной переходной функции устройства по выходу 10.В момент 1на двух входах блока вычитания значения кодов равны нулю, поэтому в блоке 2 записываетс:. нулевое значение разности. Следовательно, вся схема возвратилась в исходное состояние.Таким образом, на выходе 10 устройства Формируется .импульсная пере хадная функция (Фиг.2 В), имеющая вид равнобедренного треугольника, стороны которого образованы методом ступенчатой аппроксимации отрезков прямых. Длительность по основанию этого треугольника равна 2 Т , гдео ф Тр - период следования импульсов синхронизации по входу 8. Высота треугольника пропорциональна значению входного кода устройства. Следовательно, при периодическом поступлении на вход 7 устройства кодов дискретных отсчетов на выходе цифроаналогового преобразователя 5 сигнал восстанавливается методом ступенча-, то-линейной интерполяции дискретных отсчетов. Рассмотрим методику восстановления сигнала на выходе 11 устройства.На выходе сумматора 4 образуется текущая сумма значений кодов, снимаемых с выходов блока накапливающего сумматора 3 и сдвигающего регистра 2. На отрезке р,1 1 эта сумма1 р гоизменяется от значения +8 до значения +16, а на отрезке 1 гр,р - от значения 0 до значения 8. Йа выходе цифроаналогового преобразователя 6 формируется импульсная переходная функция, изображенная на фиг.2 ,Анализ показывает, что эта функция получена методом ступенчатой аппроксимации импульсной переходной функции линейного экстраполятора вида18(1+1 Т 1 для О(1(Тр,Следовательно, на выходе цифроаналогового греобразователя бвосстановление непрерывной функции осущестяется методом ступенчато-линейной5 экстраполяции.П инципиальное отличие предлагаермого устройства отизвестных заключается в более высокой точности восстановления сигнала методом ступенчато-линейной интерполяции на двыхо е О 10.Наличие двух выходов в предлагаемом устройстве расширяет его функциональные воэможности. Например,15 сигнал с вс выхода 11 можно использовать в качестве сигнала обратной связи в замкнутых импульсных системах. Из" вестно,что наличие экстраполятора в системе йозволяет улучшить ее динамические характеристики. Сигнал, снимаемый с выхода 10, восстановлен ме тодом интерполяции, поэтому имеет за. держку относительно исходного сигнала, однако методическая составляющая погрешности, обусловленная переходом от метода экстраполяции к методу интерполяции уменьшается при этом в 8 раз. Этот сигнал можно использовать для целей регистрации информации на различных носителях.Технико-экономический эффект от использования изобретения заключает"я в повышении точности восстановления непрерывных функций и расширении функциональных возможностей устройства.