Устройство для дискретной записи и воспроизведения функций

Союз, СоветсннкСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл. О 06 Р 3/00 Гооударствеииый комитет СССР по долаи изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Всесоюзный научно-исследовательский институтаналитического приборостроения(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСКРЕТНОЙ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ФУНКЦИЙИзобретение относится к вычислительной и преобразовательной технике и может быть использовано для записи и воспроизведения электрических сигналов, характеризующих физические процессы в различнык автоматизированных системах управления технологическими процессами.Известны устройства аппроксимации и последующего воспооизведения функциональных зависимостей, в основу которых положена теория приближения функций Я.1 пНедостаток этого устройства - низкая уцнверсальность.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство,15 осуществляющее автоматическое вычисление угловых коэффициентов на участках аппроксимируемой функции с неизвестной предварительной информацией о ее виде, в которой подлежащий дискретной записи сигнал квантуется по уровню с постоянным шагом квантования, а вычисляемые угловые коэффициенты на каждом шагу квантования заносятся в блок памяти для дальнейшего использования при воспроизведении функции, для чего устройство включает в себя дифференциальный усилитель, цифроаналоговые. преобразователи, схемы сравнения, счетчики, генератор опорной частоты, переключатели, логические элементы и блок памяти 21.К недостаткам известного устройства следует отнести невысокую точность, обусловленную наличием аналоговык дифференциального усилителя и схем сравнения, а также неполнуЮ адаптацию дискретной записи функции входного сигнала, так как величиной шага квантования необходимо задаваться предварительно (т.е.все-таки необходимы ориентировочные сведения о форме сигнала) и в процессе записи не предусмотрено изменение величины шага квантования в зависимости от формы сигнала. Заведомое уменьшение шага квантования позволяет повысить точность преобразования, но приво." дит к получению избыточной информации от отдельных участков функциональной5симации; , - опорная частота;Ь = йх - йх.) - прирапение функции ца одном дискретном участке;К = - ,ь - угловой коэффициент функции;ЬйЬт.ьс, )) - формируемая ступенчатая функция с угловым коэффициентом К, К) К,Вход устройства 1, через который вводится сигнал Х (1), подлежащий аппроксимации, соединен с входом аналогоцифрового преобразователя 2, предназначенного для получения в режиме "Запись" текущих числовых значений М к входного сигнала Х (О, а также знака и величины приращений + Яна дискретных участках, Перевод устройства из режима работы Запись в режим работы "Воспроизведение" осуществляется через первый, второй, третий и четвертый переключатели 3 - 6 соответственно (на фиг, 2 положение переключателей 3 - 6 соответствует режиму "Запись" ). Выход последовательного кода и знака приращения аналого-цифрового преобразователя 2 соединен с входами реверсивного счетчика 7 и триггера 8 знака, а выход параллельного кода соединен через первый переключатель 3 с входом " -сумматора 9, выход которого соединен с первым входом элемента 10 сравнения, второй вход элемента 10 сравнения соединен через первый переключатель 3 с вводом 11 значения максимально допустимой погрешности Ь Хо . Реверсивный счетчик 7 и триггер 8 знака объединены в узле счетчика 12 приращения, а сумматор 9 и элемент 10 сравнения - в узле 13 сравнения, Счетчик 12 приращения предназначен для подсчета абсолютного зна чения приращения Ь Я . и фиксации его знака. Выход параллельного кода аналогоцифрового преобразователя 2 соединен через первый переключатель 3 с входом параллельной записи кода результирующего счетчика 14.Счетный вход счетчика 15 цикла соединен с выходом генератора 16 опорной частоТы, выход которого соединен также с первым входом делителя 17 частоты, выход которого соединен с счетным входои результирующего счетчика 14 и с первым выходом 18 устройства, Выход результирующего счетчика 14 соединен с входом " + " сумматора 9, второй вход узла 13 сравнения с вторым выходом 19 устройства и с входом цифроаналогового преобразователя 20, выход которого соединен с третьим выходом 21 устройства, 12914 6 Второй акоп целителя7 састоты черезпервый коммутатор 22 и второй переключатель 4 соединен в режиме Запись свыходом счетчика 15 цикла, а в режиме"Воспроизведение - с первым выходомблоке 23 памяти, первый вход которогосоединен с выходом счетчика 15 цикла,третий вход делителя 17 частоты и входуправления реверсом результирующегосчетчика 14 через второй коммутатор 24 5 1055 результирующим счетчиком 14. В этом случае сигнал с выхода узла 13 сравнения, поступающий на управляющие входы коммутаторов 22 и 24 и блока 23 памяи третий переключатель 5 в режиме Запись" соединены с выходом счетчика 12, приращения, а в режиме "Воспроизведение" - с вторым выходом блока 23 па мяти, соответствующий второму выкодупервый вход блока 23 памяти соединен с выходом счетчика 12 приращения. Выход параллельного кода аналого-цифрового преобразователя 2 соединен с третьим 20 входом блока 23 памяти, а соответствующий третьему входу третий выкоп блока 23 памяти в режиме "Воспроизведение через первый переключателль 3 соединен с входом параллельной записи результи рующего счетчика 14 и с входом " - "сумматора 9 - первый вход узла 13 сравнения. Узел 13 сравнения предназначен для формирования в режиме Запись"при условиийх);-М(х).1ЬКач., упрв ляюшего сигнала на разрешение считывания с параллельного выхода аналого- цифрового преобразователя 2 через первый переключатель 3 параллельного кода текущих числовых значений на вход параллельной записи результирующего счетчи-ка 14; на открытие первого и второго коммутаторов 22 и 24 для считывания с выходов счетчиков 15 и 12 цикла и приращения через второй и третий переклю чатели 4 и 5 на второй и третий входыделителя 1 7 частоты числовых значений координат Ьь и Ьй соответственно на запись блок 23 памяти числовых значений координат Ь 1 , Ь Й;, Й х ф, соот ветственно через его первый, второй итретий входы; на установку в "0" счетчиков 12 и 15 приращения и цикла через время, необкодимое для записи их показаний в блок 23 памяти. В режиме 50 Воспроизведение" узел 13 сравнениясрабатывает при условии Йх, - Йх,= 0 т. е. равенства значений координаты Йк ф, хранимой в блоке 23 памяти, иа1текущего значения Ч х ф, формируемоготи, разрешает считывание цэ последнего через второй и третий переключатели 5 и 4 на второй ц третий входы делителя 1.7 частоты и ца первый вход узла 13 СРаВНОЦЦЯ КООРДЦЦатЫ СЛЕДУтОЩЕГО ДЦСКРЕ- тцзирОВанцОГО 5 частка . т (т, т1 т (1 т т )т х;,+11 соотвествекио. С этой целью выход узла 13 через четвертый переклю т- тель 6 соединен с управляющим входом результирующего счетчика 4. через элемент 25 задержки с управпяюцими входами счетчиков 12 и 15 црцоащеня ццИКЛа, а таКжЕ С уцраВЛНЮщткдИ ВХОдаь 11первого ц второго коммутаторов 22 ц24 и блока 23 памяти непосредственноС первого выхода 18 устройства счптывается последовательность импульсовЛМ (,с частотой следования 1-".проф" ..ПОРЦЦтоцаЛЬНО СКОРОСтп ИЗМЕРЕНИЯ фУЦКЦИПпаом дискретном Уастке. С выхода 71 9 устройства считываются псловыезначения Й( всспроцэводцмой функции,С ВЫ.ода 21 уСТ 001 СТВа СтИТЫваЕТСяКВаНТОВацОЕ ЗцатЕНПЕ тт р 1) ВОСПрОПЭ/ 1.ЪВодимой функции , (.). 13Г абота устройства осупествляетсяследующим образом,Режт; записи. Б режиме дчскретцойЗаГИГИ фуГНИ 808 ГтЮтатЭЛт 3, 65 стана Вливется г пол Ожеццц 5 казанном О0 ф 1 аВ соответствц с задаПОД мактсцМать.ЦО ДОПУСТтМСй ЦОГРЕЩПОСтЯО аПРОКСЦМН.=.цци 6 Хотт Ол узле 13 срагцепця устацав-.лиВается ре:.Им Обеспечцйаоьий 8 ГО сра- ДБбатывацие при условии достпжетця ра:.1;.Ос-.ти числовых значений на его входах(т) Й 7,Л 1 у.ТНК КаК НВИЭВЕСТ.на форма кри лой аппроксимируемой функции, то В делителе 17 частоты устанавли"(вается гюбое начальное эпачецце угловогокоэффициента Е (например ЕО),.Подлежащий аппроксимации сгггаХ;) постУпает со Входа 1 устройстВП ВаналоГО-цфртвой преобразователь 2 гтеего аналоговое значение преобразуетсяЧистОВОй Эцвцватецт тьДДтОВРЕЦЕтР1С ВЫХОда ГЭНЕратсра 16 ОПТ;рОй ЧастотЬтНа СЧЕТПЫй ВХОт, СЧЕттцка . 5 ЦИКЛа И ттв.ВЬтй ВХод делцтзля 17 ЧВСТОТЬт Поотуае 11последовательость, импульсов с гастев ойслщования О . С Выхода делцт ели 1 6частоть последовательность импульсов стВСТОтой1( ПОСтуттаЕТ Гта СЧЕттЬтдьход результируощего счетчика 14 на 55Выходе которого формируется эачениеступенчатой фугцгции Я(цО , подаваем 08на второй вход узла 1 3 сравнения, на п 8 рвый вхО КотороГО "Эрез переяй пе)Окпотатель 3 поступает текуцее числовоеЗцачЕНИО тт ВХОдцОй фуцКЦИИ, 3( МОМЕНтувремеи 1. , когда числовое значениеЦ т фуцаЦц равно И )щ" т (а абСОПЮТдфцая разность между числовым значениемСтуПЕПЧОТОй ф 50 НСЦИИ 5 Х) т) И Й Х ДОСТИгает предельно допустцмого значения,тк 0110, В С ЕтЧЦКЕ 12 ПРИРаЩЕНПЯсфоРМПРУетсЯ псло О, т 1 = т тт т - т,а в счетчике 15 цикла число 6 Е= ;,- б,экВивал 8 нтное БрОменному интервахут.т - т, В момент г,т срабатывает узел1 3 сравнения, в результате чего происходит открытие первого и второго коммутаторов 22 ц 24 и загись в делитель 17частоты с Выходов счет пков 15 и 12цикла ц приращения значений Ь 11 ит; (,. , Что соответствует установке нового коэффициента деления Е =,пефрезапись в счетчик 14 с параллельноговыхода аналого-цифрового преобразователя2 через первый переключатель 3 числового значения И ут вместо сформированного ранее теку.цего значения ступенчатой функции БЯО , запись в блок 23 памяти с параллельного вЫхОДа аналОГОцифрового преобразователя 2 и с выходовс етчиков 1 2 и 15 координат первогогппРОксцмиРОВацно 0 Участка М т ЬЙД 1 соответственно установка в "Офсчетчпгов 12 и 15 приращения и циклачерез элемент задержки 25 - подготовка счетчиков 1 2 и 15 к формированиюцсловых значений .Координат следующегоучастка.С момента , до с результирующийстеттик 14 заполняется импульсами счастотой следования 1;ОКи с соответСТВ 5 ющей крутизной на втором входе узла 1 3 сравцеця формируется значениеСуПЕтатой Ф 1".ц, Х), ПрИ дОСТИ .чт;ту - ",; т, е, гтрц условиитт ,В гр бацын:; в : узел 13 сравнения в Оеэультатет,его в делитель 17 частоты переписывается зцачец:.; коэффициента деления.: тт- + - ,.; Олок памяти записываюттт Ь"а которо:о опреелется формой кривойца предыдущем (.,-1) -ом участке аппрокСгМцруЕМт й фуи"ццИ ц ПССтояНПОЕ СраВНЕНИЕ ЗцаЧЕНЦй,т(У И МК) ПОЗВОЛЯЮТавтоматически опрепелять гьболее опти712,1 9млльн ым способом координл ты узловыхточек аппроксимируемой функции.Режим воспроизведения. Переключатели 3 - 6 устанавливаются в положения,указанные на фиг, 2 пунктиром. В узле13 сравнения устанавливается режим,обеспечивающий его срабатывание приусловии равенства на его входах мгновенного значения воспроизводимой функцииМ х и узлового значения И ххрани-;мого в блоке 23 памяти. В этом режимеработы аналого-цифровой преобразовательи счетчики 12 и 15 приращения и циклане участвуют, а результирующий счетчик14 работает только в режиме послецовательного счета (параллельныйвход блокирован) .С начального момента о воспроиэведения функциональной зависимости в делителе 1 7 частоты с первых двух входовблока памяти 23 устанавливается коэффициент деления= - , а с третьегоЛЙ 1д Ввыхода блока 23 памяти на первый входузла 13 сравнения через первый переключатель 3 поступает числовое значение 25Й ординаты первой узловой точки, после чего на выходах 19 и 21 устройстваформируются значения числовых И , ианалоговых Х хк Ц эквивалентов воспроизводимой функции Кс крутизной, ЗОпропорциональной (о К. При движе/нии равенства Я- Й х числовых значений на входах узла 13 сравнения, последний срабатывает и с выходов блока 23памяти через переключатели 4 и 5 и 55коммутаторы 22 и 24 в делителе 17 часчастоты устанавливается следующее знай йъчение коэффициента деления К=2а на первый вход узла 13 сравнения стретьего выхода блока 23 памяти посту- ф. пает. соответствующее значению Кзначение М х ординаты второй узловой точ=ки ит, д.Изменяя частоту 1 о генератора 16опорной частоты, можно измерять времяразвертки воспроизводимой функциональной зависимости.Таким образом, задаваясь лишь однимпараметром - максимально допустимойпогрешностью аппроксимации Ь К а я 4без наличия предварительной информациио виде аппроксимируемой функциональнойзависимости, предлагаемое устройствопозволяет осуществлять оптимальное разбиение функции на линейные участки, т. е 555при заданной точности представить ееминимальным количеством дискретныхзначений,Г 1 ысок . м г о л. с ф, преобразования "иредоляетс я т.м,то операции сравнения, запоминания, формирования числовых эна - .;ений угловых коэффициентов осуществляются элементами дискретной вычислительной техники и суммарная погрешность зависит лишь от прециэионности аналогоцифровоа"о преобразователя и от стабильности генератора опорной частоты, совре-. менный технический уровень которых достаточно высок. Формула и э о б р е т е н и я Устройство для дискретной записи ивоспроизведения функций, содержащее.блок памяти, счетчик цикла, счетчикприращеиия и результирующий счетчик,узел сравнения, переключатель, цифроаналоговый преобразователь, элемент эадержки, генератор опорной частоты, выход которого соединен со счетным входок счетчика цикла и первым входомделителя частоты, выход которого соединен со счетным входом результирующего счетчика и первым выходом устройства,. выход результирующего счетчикасоединен со входом цифроаналогового преобразователя, с первым входом узласравнения и выходом устройства, выходцифроаналогового преобразователя соединен с третьим выходок устройства,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что сцелью повышения точности, устройствасодержит аналого-цифровой преобразова-,тель, вход которого соединен со входомустройства, выходы последовательногои параллельного кодов аналого-цифровога преобразователя соединены со счетным входом счетчика приращения и спервым входом блока памяти соответственно, первый вход узла сравнения ивход параллельной записи результирующего счетчика через первый переключатель соединены с параллельным выходоманалого-цифрового преобразователя и спервым выходом блока памяти, второй итретий входы делителя частоты соединены соответственно с выходами первогои второго коммутаторов, первые входыкоторых подключены соответственно через второй. и третий переключатели с выходами счетчиков цикла и приращения,а также со вторым и третьим выходамиблока памяти, второй и третий, входы которого соединены соответственно с вы7.29 ,ходами счетчиков цикла и приращениявыход узна сравнния соединен с управляющими входами коммутаторов и блокапамяти непосредственно, через четвертьюпереключатель с управляющим входомрезультирующего счетчика и через элемэнт задержки - с управляющими входами счетчиков цикла и приращения. 1) Источники информации,принятые во внимание нри экспертизе 1. Алексеев Г, И. воспроизведение функций средствами цифроаналоговой вычислительной техники. Минск, 1975,с, 111-155. 2. Авторское свидетельство СССРСоставитель Н, ПалееваРедактор Т, Киселева Техред Э, фечо Корректор М. ПожоЗаказ 3618/14 Тираж 751 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент,. г. Ужгород, ул. Проектная, 4