Экстраполятор

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскими Социалистических Республик(22) Заявлено 181278 (21) 2697088/18-24 31) М. Кл.з .С 06 С 7/30 с присоединением заявки Мо 53)УДК 681.3Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(23) ПриоритетОпубликовано 150383. Бюллетень М 10 Дата опубликования описани я 15.033 3 аявитель(54) ЭКСТРАПОЛЯТОР Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в специализированных вычислительных машинах и в корректирующих устройствах систем управления.Известны экстраполяторы, вырабатывающие упрежденные значения некоторой изменяющейся во времени функции на основе ее предыдущих значений.Известен экстраполятор, содержащий два последовательнд соединенных интегратора, выходы которых через масштабирующие блоки связаны с входами двух сумматоров, при этом выход одного из сумматоров связан с входом другого через блок задержки 1 1,Недостатком этого экстраполятора является относительно низкая точность и ограниченный динамический диапазон, что обусловлено как частотными характеристиками существующих блоков запаздыванйя, так и техническими трудностями, связанными с получением чистого запаздывания в широком диапазоне изменения переменной.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является экстраполятор, содержащий первый,второй и третий запоминающие блоки,входы которых соединены с выходамипервого, второго и третьего ключей,два сумматора, инвертор, интегратор,три коммутатора и генератор-распределитель тактовых импульсов, выходыкоторого соединены с.управляющимивходами соответствующих ключей исоответствующих коммутаторов, приэтом входы всех ключей соединены свходом экстраполятора, первый, второй и третий входы первого коммутатора соединены соответственно с выходами первого и третьего запомина"ющих блоков, первый, второй и третий входы второго коммутатора соединены соответственно с выходами второго, третьего и первого запоминающих блоков, первый, второй и третийвходы третьего коммутатора соединены соответственно с выходами третьего,первого и второго запоминающихблоков, первые выходы коммутаторовобъединены и через инвертор соединены с первым входом интегратора, соединенным через первый блок переменныхкоэффициентов с первым входомпервого сумматора, вторые входы коммутаторов объединены и соединенысвторыми входами первого сумматораи интегратора, третьи выходы коммутаторов объединены и соединены через второй блок переменных коэффициентов с третьим входом первого сумматора, выходы первого сумматора иинтегратора соединенЫ соответственно с первым и вторым входами второгосумматора, выход которого являетсявыходом экстраполятора, входы блоковпеременных коэффициентов соединеныс выходами блока управления 2. 510 Недостатком известного экстраполятора является невысокая точность при Цель изобретения - повышение точности путем увеличения числа каналов экстраполяции, что обеспечивает формирование упрежденного значения экстраполируемой функции из большего числа ее текущих дискретных соседних значений. 20 Поставленная цель достигается тем,что в экстраполятор, содержащий первый, второй и,третий ключи, информационные входы которых соединены свходом экстраполятора, а выходы соединены соответственно с входами первого, второго и третьего запоминающих блоков, выход каждого запоминаю 25 30 щего блока соединен с соответствующим входом первого, второго и третьегокоммутаторов, управляющие входы ключей и коммутаторов соединены с соответствующими выходами генераторараспределителя тактовых импульсов,соответствующие выходы коммутаторовобъединены, блок управления, выходыкоторого соединены с управляющимивходами первого и второго блоков переменных коэффициентов, выходы которых соединены с первым и вторым входами первого сумматора, первый инвертор,интегратор, первый вход которого соединен с входом первого блока переменных коэффициентов, выходыпервого сумматора и интегратора соединены с входами второго сумматора,35 40 выход которого является выходом экстраполятора, введены четвертый ключ,четвертый запоминающий блок, четвертый коммутатор, второй инвертор итретий и четвертый блоки переменных 50 коэффициентов, причем коммутаторы выполнены четырехканальными, информационный вход четвертого ключа соединен с входом экстраполятора, его. 55 управляющий вход соединен с соответствующим выходом генератора-распределителя тактовых импульсов, а выходчерез четвертый запоминающий блок подключен к соответствующим входам первого, второго и третьего 60 коммутатора и к одному из входов четвертого коммутатора, остальные входы которого соединены соответственно экстраполяции сигналов, изменяющихсяна интервале экстраполяции по сложному закону, отличному от линейного. с выходами первого, второго и третье. го запоминающих блоков, выходы четвертого коммутатора с первого по четвертый соединены с соответствующими объединенными выходами первого, второго и третьего коммутатора, первые выходы коммутаторов соединеныо с входом первого блока переменных коэффциентов, вторые входы коммутаторов подключены через первый инвертор к входу второго блока переменных коэффициентов, третьи выходы коммутаторов через последовательно соединенные второй инвертор и третий блок переменных коэффициентов подключены к третьему входу сумматора, четвертые выходы коммутаторов через четвертый блок переменных коэффициентов подключены к четвертому входу сумматора, второй вход интегратораподключен к входу второго блока переменных коэффициентов, управляющие входы третьего и четвертого блоков переменных коэффициентов соединены с соответствующими выходами блока управления, управляющий вход четвертого коммутатора подключен к соответствующему выходу генератора-распределителя тактовых импульсов.Повышение точности работы экстраполятора достигается за счет того, что упрежденное значение экстраполируемой входной функции формируется из четырех ее текущих дискретных соседних значений, что позволяет исключить методическую погрешность при определении упрежденных значений функций, изменяющихся на интервале экстраполяции по,линейному или квадратичному закону, а при изменении входной функции по более сложному закону ошибки экстраполяции соизмерима с среднеквадратичной ошибкой аппроксимации входной функции на интервале экстраполяции полиномом второй степени.В предлагаемом экстраполяторе осуществляется также выработка упрежденных значений входной функции с упреждением на одну, две, три и более точек за счет введения в экстра-, полятор блоков переменных коэффициентов, соответствующее переключение которых позволяет изменять весовые коэффициенты суммирования дискретных составляющих входного сигнала и тем самым получать различное по значению упреждение.Кроме того, повышение точности и расширение динамического диапазе. - на работы предлагаемого экстраполя тора достнгается за счет применения при выработке упрежденного сигнала исключительно линейных операций (инВертирование, интегрирование, суммирование и запоминание). осущест вляемых соответствующими линейными1005092аналоговыми блоками, точность рабо- щих промежутков времени, и сохраняты которых достаточно нысокая и на ются постоянными по амплитуде в тесегодня составляет 0,01-0,05. чение четырех тактов работы экстраНа чертеже представлена блок- полятора. С выходов запоминающих схема экстраполятора. блоков 2 дискретные значения входЭкстраполятор содержит ключи 1 - 5 ного сигнала поступают на входы ком, запоминающие блоки 2 - 21, мутаторов 3, которые на каждом таккоммутаторы 3 - 34, блоки перемен- те работы экстраполятора поочередно ных коэффициентов 4 - 44 , суммациклически включаются и осуществлятор 5, инверторы 61 и б, интеграют коммутацию выходов запоминающих тор 7, сумматор 8, блок упранле блоков 2, подключая их поочередно ния 9 и генератор-распределитель 10 к четырем выходным каналам. Совместтактовых импульсов. ная работа ключей 1 и коммутаторов 3Вход экстраполятора через клю- организована таким образом, что на чи 1 - 14 соединен с входами запоми- каждом такте работу устройства в нающих блоков 2 - 24 . Выходы запоми выходные каналы коммутаторов 3 поснающих блоков 2 - 24 соединены с тупают четыре соседних дискретных соответствующими входами коммутато- значения входного сигнала, зафиксиров 31 - 34 таким образом, что на рованных запоминающими блоками 2 в каждом такте работы устройства к вы- последующие моменты времени, т.е. ходам коммутаторов 31 - 34,.объеди значения О(с), 0(,; ), 0(1; ) и ненным н четыре автономных канала, 0(с. ) соответственно (где 1 = 11-э1 поочередно циклически подключаются 2,3;и - номер такта работы экстра- выходы запоминающих блоков 2 - 2. . полятора), который на следующем такПервЫе, вторые, третьи и четвертые . те работы экстраполятора заменяются выходы коммутаторов. 31 - 31 образу новой последовательностью О(с+), ют соответственно первый (Р), вто- О(с ), О(с .) и О(с), сдвинурой (В), третий (С) и четвертый (Р) той относительно предыдущей послеканалы. Первый канал через блок пе- довательности на одно дискретное ременных коэффициентов 4 соединен значение н сторону вытеснения более с первым входом сумматора 5, второй раннего дискретного значения входноканал через последовательно соединен- го сигнала и т.п, Это достигается30ные инвертор б и нторой блок пере- тем, что на каждом такте работы устменных коэфФициентов 42 соединен ройстна циклически последовательно с нторым входом сумматора 5, третий сбрасывают ключ 1 и коммутатор 33 Р канал через последовательно соединен- на следующем такте - ключ 1 и ком-ные инвертор 6,2 и третий блок пере мутатор 3 , далее - ключ 1 и комУ менных коэффициентов 4 соединен с мутатор З и т.д. При этом, для пред- третьим входом сумматора 5, четвер- отвращения внесения помех в выходные ,тый канал через четвертый блок пере- каналы коммутаторов 3 ключи 1 сбра-менных коэффициентов 44 соединен сывают с упреждением на некоторое с четвертым входом сумматора 5. Од время Ь 1 , достаточное для передановременно вход блока 4 и выход чи мгновенного значения входного инвертора б соединены с входами ин- сигнала на вход соответствующего тегратора 7, а выходы сумматора 5 запоминающего блока 2, по отношению и интегратора 7 соединены с входами к моменту включения соответствующего сумматора 8. Управляющие входы бло коммутатора 3. Таким образом, в выков переменных коэффициентов 4 - 44 ходные каналы коммутаторов 3 посту- соединены с выходами блока управле- пают квантованные по уровню, причем ния 9. Управляющие входы ключей 1 - амплитуда каждого уровня пропорциои коммутаторов 31 - 34 соединены нальна мгновенным значениям входнос соответствующими выходами генера-. госигнала в моменты взятия отсчетов, тора-распределителя 10 тактовых им- т.е. подачи входного сигнала на пульсов. входы запоминающих блоков 3, и сдвиЭкстраполятор работает следующим нутые относительно друг .друга на образом. один такт ступенчатые сигналы. ВыВходной сигнал 0(й) поступает од- ходы коммутаторов 3 объединены в ченовременно на сигнальные входы всех 55 тыре автономных канала. Сигнал из ключей 1, которые поочередно цикли- первого канала поступает на вход блочески открываются в начале каждого ка переменных коэффциентов 4 , умно- такта работы устройства на короткие жается на весовой коэффциент М и промежутки времени ь, достаточные поступает на первый вход сумматора 5для передачи мгновенного значения 60 Сигнал из второго канала поступает входного сигнала на входы запоми- на вход инвертора б, инвертируется, нающих блоков 2, где мгновенные зна- далее поступает на вход второго блочения входного сигнала запоминают- ка переменных коэФФициентов 4, умся, образуя последовательность егоиожается на весовой коэффициейт И дискретных значений для равноотстоя. я и поступает на второй вход суммато 1005092текущее значение экстраполируемой входнойвеличины;число точек упреждения( 11 = 0,1,2,3 щ)упрежденное значениеэкстраполируемой функции. 40 45 Значения весовых коэффициентов М - М 4 , с которыми осуществляется суммирование сигналов, поступающих на вход сумматора 5, при выработке дискретной составляющей упрежденного сигнала задаются с помощью блока управления 9 в соответствии со следующими расчетными соотношенира 5. Сигнал иэ третьего канала поступает на вход второго иннертора б,инвертируется, далее поступает натретий блок переменных коэффициентов 4 з, умножается на весовой коэффициейт МЗ и поступает на третий 5вход сумматора 5, Сигнал из четвертого канала поступает на вход четвертого блока переменных коэффициентон 44, умножается на весовой коэффициент М 4 и поступает на четвертый 10вход сумматора 5. Одновременно сигнал из первого канала и с выходаинвертора 6 поступает на входы интегратора 7, на выходе которого вырабатывается непрерывная составляющая 15упрежденного сигнала, в то времякак на выходе сумматора 5 вырабатывается дискретная составляющая упрежденного сигнала. Г выхода сумматора 5 и интегратора 7 соответственно дискретная и непрерывная составляющие упрежденного сигнала поступают на входы сумматора 8, где суммируются, образуя непрерывный выходнойупрежденный сигнал. Наличие блоковпеременных коэффициентов 4 - 4,управляемых от блока управления 9,позволяет изменять значения весовыхкоэфФициентов М - М 4 и тем самымосуществлять экстраполяцию на одну,две и более точек вперед,Работой всего устройства управляет генератор - распределитель 10тактовых импульсов, с выхода которого импульсы малой длительности поступают на управляющие входы ключей 1, обеспечивая поочередное циклическое срабатывание одного ключа 1 (открывание) н начале каждого такта, и импульсы длительностью Н,один такт поступают поочередно на управляющие входы коммутаторов 3, также обеспечивая их поочередное циклическое включение, коммутацию и передачу сигналов с выходов запоминающих блоков 2 на выходные каналы коммутаторов 3. На каждом такте работы устройстна управляющие сигналы от генератора-распределителя тактовых импульсов 10 поступают на управляющие входы одного из ключей 1 и на один из коммутаторов 3.Последовательность обработки входного сигнала при прохождении его от входа устройства к выходным каналам коммутаторов 3 принедена в таблице, которая составлена в предположении, что номер такта 1 совпадает с индексом момента текущего времении на 1-ом такте срабатывают ключ 1, включенный в цепь запоминающего блока 2, и коммутатор 3,Работа экстраполятора без учета переходных процессов (н квазистационарном режиме) может быть описана выражением0( ).) +1=1 ями при экстраполяции с требуемым упреждением 11:5 Ч + 2111 + 1920/ 50 + 13 д - 320 5+ 17 11 + 3 20Р51+ 911+ 14 20Таким образом, предлагаемый экстраполятор позноляет с высокой точностью формировать упрежденные значения функции, изменяющейся по сложному закону..ЗБ - Г( с ) Г(с. ) Гс) 1+Ь 1+а Г(с, ) Сигнал на выходахзапоминающих блоковпервый второй третий . четвертый (А) (Б) (С) (О) Г(с. ) Г(с ) Г(с ) Г(с, ) Г(с ) Г(с+1) Г(с)12 1005092 Продолжение таблицы Такт, 9 Сигнал на выходахзапоминающиблоков Канал(В) ЗБ Г( с 4) ЗБ - Г(с. ) Х М 6 Г( с,+) ЗБ - Г( с. )М 2ЗБ - Г(с ) 20 Формула изобретения Экстраполятор, содержащий первый,второй и третий ключи, информационные входы которых соединены с входом экстраполятора, а выходы соеди 25нены соответственно с входами первого, второго и третьего запоминающих блоков, выход каждого запоминающего блока соединен с соответствующим входом первого, второго и третье- ЗОго коммутаторов, управляющие входыключей и коммутаторов соединены ссоответствующими выходами генератора-распределителя тактовых импульсов,соответствующие выходы коммутаторов 35объединены, блок управления, выходыкоторого соединены с управляющимивходами первого и второго блоков переменных коэффициентов, выходы которых соединены с первым и вторым вхо Одами первого сумматора, первый инвертор, интегратор, первый вход которого соединен с входом первогоблока переменных коэффициентов, выходы первого сумматора и интегратора 45соединены с входами второго сумматора, выход которого является выходомэкстраполятора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности за счет увеличениячислаканалов экстраполяции, он содержит,четвертый ключ, четвертый запоминающий блок, четвертый .коммутатор,второй инвертор и третий и четвертыйблоки переменных коэффициентов, причем коммутаторы выполнены четырех-55канальными, информационный вход четвертого ключа соединен с входом экетраполятора, его управляющий входсоединен с соответствующим выходомгенератора-распределителя тактовых Щ:импульсов, а выход через четвертый второй третий четвертый запоминающий блок подключен к соответствующим входам первого, второгои третьего коммутаторов и к одномуиз входов четвертого коммутатора,остальные входы которого соединенысоответственно с выходами первого,второго и третьего запоминающих блоков, выходы четвертого коммутаторас первого по четвертый соединеныс соответствующими объединенными выходами первого, второго и третьегокоммутаторов, первые выходы коммутаторов соединены с входом первого.блока переменных коэффициентов, вторые входы коммутаторов подключенычерез первый инвертор к входу второго блока переменных коэффициентов,третьи выходы коммутаторов через последовательно соединенные второй инвертор и третий блок переменных коэффициентов подключены к третьемувходу сумматора, четвертые выходыкоммутаторов через четвертый блокпеременных коэффициентов подключенык четвертому входу сумматора, второйвход интегратора подключен к входувторого блока переменных коэффициентов, управляющие входы третьего ичетвертого блоков переменных коэффициентов соединены с соответствующимивыходами блока управления, управляющий вход четвертого коммутатора подключен к соответствующему выходугенератора-распределителя тактовыхимпульсов. Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 251947., кл. 6 06 С 7/30, 1968.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2726887,кл. С 06 С 7/30, 08.12,78 (прототип)1005092 Составитель И.Шелиповатор К.Волощук Техред Т.фанта Корректор О. Билак одписноССР Зака д, 4 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 03/ббВНИИПИпо113035 Т осударс лам изо Москва, аж 704енного комитета етений и открыт -35, Раушская н