Устройство для адаптивной дискретизации

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Сееетскик Социалистических Республик(22) Заявлено 121579 (21) 2869203/18-24 (51)М, КЛ. с присоединением заявки Иф. (23) Приоритет С 06, О 7/02 4 мсуаарствекнм 4 кеактет СССР вв аеааи взобретекм 4 к еткрмти 4(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОЙ ДИСКРЕТИЗАЦИИ х - х, х - х 1 30 или А + 8,У У Уе У У У+Сг+ 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 2 З . 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 местослучайное поле, участок которогоизображен на фиг.1. Значения случайного параметракак функции координат х и у до адаптивной дискретиза:ции измеряются во всех обозначенныхточках. Однако для воспроизведенияэтого случайного поля не всегда целесообразно измерять его во. всех 10 точках, так как оно может иметь незначительную степень изменчивостипервых производных в основе принципаадаптивной дискретизации трехмерногослучайного поля (в координатах х, у, 15 ) может быть положена аппроксимацияучастка случайного поля уравнениемплоскости по трем точкам с последующим прогнозированием на четвертую ипятую точки. Прогнозируемые значе ния случайного поля вычитаются издействительных величин в соответствующих точках и получившееся расхождение Ь сравнивается с допустимамЬ . Уравнение плоскости, проходяей 2 через три точки, будет иметь вид( х ) ( у у )3 ( 5 ЭЗдесь х , х и х- соответстве н нол фабсциссы первой,второй и третьейточек,15у, у и у - ординаты соответственно первой,второй и третьейточек,г,и- аппликаты соответственно первой, 20второй и третьейточек.Учитывая выражение (1), можно записать формулу для прогнозированиязначения параметрав -той точке 25через вычисленные коэффициенты А,(6)30Укаэанная 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 Я 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 вычита 55 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- . 65 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 умноженияпервой группы, выход четвертого блокавычитания 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 соответствукщих четных блоков умножения первой группы, выходы блоков вычитаниячерез 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 прогнозатретий вход которого через инвертор соединен с первым входом блока деления, второй вход которого подключен к выходусумматора. Блок аппроксимации служитдля 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 формуле (6). Блок. вычитания позволяетоценить разность между прогнозируемми и действительными значениями.параметров случайного поля. Устройство управления необходимо для выдачи управляющих команд в зависимостиот сигналов с блока сравнения.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока аппроксимации; нафигЗ - структурная схема блокапрогноза; на Фиг. 4 - участок слу-. 1 Очайного поля.Предлагаемое устройство для адаптивной дискретизации случайных полейсодержит блок 1 памяти, информационная группа входов которого являетсявходом устройства, первая группа выходов подключена к первой группевходов блока 2 аппроксимации,. а второй выход соединен с первым входом,блока 3 передачи выходных координат. 20Выходы блока 2 соединены с первымвходом блока 4 прогноза, подключенно.го своим выходом к первому входу блока 5 вычитания, а вторым входом ктретьей группе выходов блока 1 памяти, второй вход блока 5 соединен стретьей группой выходов блока 1 памя"ти, а выход через блок 6 сравнениясоединен со входом блока 7 управления,Первый выход блока 7 соединен со вторым входом блока 2 аппроксимации,второй выход - со второй группойвходов блока 1 памяти, а третий - совторым входом блока 3, выход которогоявляется выходом устройства, блок 2аппроксимации и блок 4 прогнозаявляются 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 выходублока 1 памяти (фиг.З), а выходы через первую группу 9 блоков умножения - ко входам второйгруппы 10 45блоков вычитания. Выходы группы 10соединены с первым входом блока 4прогноза, а также через группу 11инверторов с первыми входами второйгруппы 12 блоков умножения, вторыевходы которой подключены к первомувыходу блока 1 памяти (фиг.З). Выходы пЕрвого н третьего блоков проиэведения группы 12 соединены соответственно с,первым и вторым входами первого сумматора 13, выход которого ээподключен к первому входу второгосумматора 14. Второй вход этого сумматора соединен с выходом второго блока произведения группы 12, а выход - с первым входом блока 4 прогно Щза (фиг.З).Блок 2 аппроксимации работает сле. дующим образом.Абсциссы, ординаты и аппликаты первой, второй и третьей точек посту-. д пают с блока 1 памяти (Фиг.2) на входы первой группы 8 блоков вычитания.Здесь осуществляется вычислениеразностей 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 входывторой группы 10 блоков вычитания,в которой вычисляются коэффициентыА, В и С в соответствии.с формулами(2), (3) и (4). Величины этих коэф 1 фициентов поступают на первый вход "блока 4 прогноза (фиг.2), а такжена входы группы инверторов. Инверторы необходимы для изменения знаковкоэффициентов 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 знакомподаются на первые входы второйгруппы 12 блоков произведения, .навторые входы которой поступают с блока 1 памяти абсцисса х , ордината1 фу и аппликатаг первой точки. Вгруппе 12 вычисляются три слагаемыхФормулы (5).Первое и второе слагаемые формулы (5)засылаются соответственно напервый и второй входы первого сумматора 13, где вычисляется их сумма,которая подается на первый вход второго сумматора 14, На второй входэтого сумматора поступает со второгоблока произведения группы 12 третьеслагаемое 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 О аппроксимирукщего выражения (6)Блок 4 прогноза, представленныйна фиг.5, содержит первый блок 15умножения и второй блок 16 умножения,первые входы которых подключены квыходу блока 2 аппроксимации, а вторые входы - к третьему входу .блока 1памяти (Фнг.2). Выходы блоков 15 и16 соединены соответственно со вторым и первым входами сумматора 17.Третий вход сумматора подключен квыходу блока 2 аппроксимации (фиг.З),а выход сумматора 17 соединен с первым входом блока 18 деления. Второйвход блока 18 через инвертор 19подключен 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, вычисленныев блоке 2.аппроксимации, подаются напервые входы первого блока 15 и второго блока 16, на вторые входы которых поступают с блока 1 памяти значения абсциссы х и ордината у" 1-той точкиВ блоках 15 и 16 оцениваются первые два слагаемых числителя Формулы (6) оцисания, засылаемые на первый в второй входы сумматора 17, На третий вход сумматора с блока 2 аппроксимации подается вычисленный там коэффициент О. 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 - знаменатель формулы (6), блок 19 деления определяет прогнозируемое значение параметра г 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, Ь 1 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 О 3), Блок 4 осуществляет прогнозирования случайногопараметра .г на эти две точки. Результаты прогноза направляются на первый вход блока 5 вычитанйя, на второй вход которого подаются действительные значения параметра г 8 . Блок 5 оценивает разность д между действительными и прогнозируеьыми значениями. Эта разность поступает на первый вход блока 6 сравнения, гдесравнивается с допустимой погрешностью аппроксимации ЬЭ . В данной ситуации возможны четыре варианта.Если для первой и второй прогноэируемых точек Ь с до, 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 д , Ьо, а для второй 7 ЬЬ, 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 выдачи1. Устройство для адаптивной дискретизации, содержащее блок памяти, 5 информационная группа входов которого является входом устройства, блокуправления, вход которого соединенс выхоДом блока сравнения, и выходыблока управления соединены соответц ственно с управляющими входами блока памяти и блока передачи выходныхкоординат, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет адап тивной.дискретизации случайных полей 5 10 15 20 25 ЗО 35 на выход устройства координат второйпрогнозируемой точки.Если для первой прогноэируемой точки ьд б, а для второй ьдд, топорядок работы тот же, что и при варианте 2, только на выход устройства с блока 3 выдаются координатыпервбй прогнозируемой точки,Если для первой и второй прогнозируемых точек Ьдб, то порядокработы тот же, что и при варианте 2,только на выход устройства с блока3 выдаются координаты обеих прогнозируемых точек, (Значения координатпервых трех опорных точек а 1, Ь 1 иО 2 выдаются на вход устройства сблока 3 выборки при любом варианте).Таким образом, осуществляется аппроксимация с прогнозированием (экстраполяцией) всей первой полосы вплотьдо точки ащ (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, г закончится в точке пв, Следовательно,в результате работы предлагаемогоустройства на его выходе будут формироваться значения координат (абсцисс, ординат и аппликат) толькотех точек случайного поля, которыенеобходимы для его воспроизведенияс заданной точностью. Все остальные.точки иэ дальнейших расчетов автоматически исключаются.Следует отметить, что устройствопозволяет оперировать с трехмернымслучайным полем, В принципе можносоздать устройство для адаптивнойдискретизации случайных полей большей размерности, однако здесь будет отсутствовать наглядность, поскольку аппроксимацию и экстрополяцию нужно будет проводить с помощьюуравнений 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 изобретенияв 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, вто" рая 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 сумматора, 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 первогои 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.13 Филиал ППП "Патентф, г. Ужтороси, ул. Проектная,70 Тираж 74 НИИПИ Государственного по делам иэобретений и 5, Москва, Ж, Раушск Подписнотета СССРрытияаб., д. 4/5