Цифровой генератор функций

 

ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИЙ, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, первый счетчик, информационный выход которого подключен к первому адресному входу первого блока памяти, реверсивный счетчик и цифро-аналоговый преобразователь, вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика и является цифровым выходом генератора функций, а выход цифро-аналогового .преобразователя является аналоговым выходом генератора функций, отличаю щийс я тем что, с целью расширения класса генерируемых функций за счет кусочной аппроксимации сплайнами произвольного вида, он содержит второй счетчик, второй блок памяти и два элемента И, причем выход генератора импульсов подключен к информационному входу делителя частоты, выход делителя частоты подключен к входу первого счетчика и к первому входу первого элемента И, вьгход переполнения первого счетчика подключен к первому входу второго элемента И и к входу второго счетчика,выход вто-рого счетчика подключен к адресному входу второго блока памяти, выход первого блока памяти подключен к второму входу первого элемента И, первый выход второго блока памяти подключен к второму адресному входу первого блока памяти, второй и третий выходы второго блока памяти подключены соответственно к информационному и управляющему входам реверсивного счетчика, четвертый выход второго блока памяти подключен к управляющему входу делителя частоты , пятый выход второго блока памяти подключен к второму входу второго элемента И выходы первого и второго элементов И подключены соответственно к счетному и тактовому О5 входам реверсивного счетчика.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3 (5D

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3597182/ 1 8-24 (22) 30.05.83 (46) 15.08.84. Бюл. N! 30 (72) А.С.Брятов, С.А. Никищенков, С.Ф.Миронов и В.Н.Спиридонов (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. В.В.Куйбышева (53) 681.3(088.8) (56) 1. Смолов В.Б. Функциональные преобразователи информации, Л., Энергоиздат, 1981, с. 61,рис.3-6.

2. Авторское свидетельство СССР

N - 798893, кл. G 06 F 1/02, 1979. (54)(57) ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИЙ, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, первый счетчик, информационный выход которого подключен к первому адресному входу первого блока памяти, реверсивный счетчик и цифро-аналоговый преобразователь, вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика и является цифровым выходом генератора функций, а выход цифро-аналогового преобразователя является аналоговым выходом генератора функций, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью расширения класса генерируемых функций за счет кусочной аппроксимации сплайнами произвольного вида, он содержит второй счетчик, второй блок памяти и два элемента И, причем выход генератора импульсов подключен к информационному входу делителя частоты, выход делителя частоты подключен к входу первого счетчика и к первому входу первого элемента И, выход переполнения первого счетчика подключен к первому входу второго элемента И и к входу второго сметчика, выход ВТо рого счетчика подключен к адресному входу второго блока памяти, выход первого блока памяти подключен к второму входу первого элемента И, первый выход второго блока памяти g подключен к второму адресному входу первого блока памяти, второй и третий выходы второго блока памяти подключены соответственно к информационному и управляющему входам а реверсивного счетчика, четвертый выход второго блока памяти подключен к управляющему входу делителя частоты, пятый выход второго блока памяти подключен к второму входу второго элемента И выходы первого и второго элементов И подключены соответственно к счетному и тактовому входам реверсивного счетчика.

1108ч26

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной технике и преднъзначено для воспроизведения сложных функциональных зависимостей в системах программного движения ро- 5 ботов-манипуляторов.

Известен цифровой генератор функций, содержащий генератор опорной частоты, делитель частоты, счетчик аргумента, выходы которого подключены к входам коммутатора, выходы коммутатора подключены к первой группе входов блока логических элементов, который второй группой входов подключен к выходам делителя час тоты, и реверсивный счетчик, входы управления которого соединены с выходами блока управления направлением счета реверсивного счетчика, а выход реверсивного счетчика является выходом генератора функций (11.

Недостатком его является низкая точность воспроизведения, обусловлен«ая кусочно-линейной аппроксимацией функций. 25

Наиболее близким техническим решением к данному является цифровой ге«ератор функций, содержащий генератор импульсов, счетчик, подключенный выходом к адресному входу блока 30 памяти, первый выход которого подклю чен к первому входу блока вычитания, знаковый выход блока вычитания подключен к знаковому входу реверсивного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом делителя частоты, а выход счетчика — -с вторым входом блока вычитания и входом цифро-а«алогового преобразователя, а также дешифратор и умножитель, подключен- 40 ный первым входом к выходу генератора импульсов и счетному -..ходу счетчика, установочный вход счетчика соединен с вторым выходом блока памяти, входом дешифратора и управ- 4g ляющим входом делителя частоты, вход которого подключен к выходу умножителя, второй вход умножителя подключен к информационному выходу блока вычитания, информационный и так-ср товий входы реверсивного счетчика подключены соответственно к первому выходу блока памяти и выходу дешифратора 21.

Недостатком известного генератора функций является низкая функциональная возможность, так как он воспроизводит 1 ункцию методом кусочной аппроксимации только сплайнами первой степени, тогда как при решении ряда технических задач, например при управлении программным движением робота-манипулятора, требуется использование сплайнов более высоких степеней и различного вида (тригонометри ческие, логарифмические и т.п.).

Цель изобретения — расширение класса генерируемых функций за счет кусочной аппроксимации сплайнами произвольного вида.

Поставленная цель достигается тем что цифровой генератор функций, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, первый счетчик, информационный выход которого подключен к первому адресному входу первого блока памяти, реверсинный счетчик и цифро-аналоговый преооразователь, вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика и является цифровым выходом генератора функ. ций, а выход цифро †аналогово преобразователя является аналоговым выходом генератора функций, содержит второй счетчик, второй блок памяти и два элемента И, причем выход ге«ератора импульсов подключен к информационному входу делителя частоты, выход делителя частоты подключен к входу первого счетчика и к первому входу первого элемента И, выход переполнения первого счетчика подключен к первому входу второго элемента И и к входу второго счетчика, выход второго счетчика подключен к адресному входу второго блока памяти, выход первого блока памяти подключен к второму входу первого элемента И, первый выход второго блока памяти подключен к второму адресному входу первого блока памяти, второй и третий выходы второго блока памяти подключены соответстненно к информационному и управляющему входам реверсивного счетчика, четвертый выход второго блока памяти подключен к управляющему входу делителя. частоты, пятый выход второго блока памяти подключен к второму входу второго элемента И, выходы первого и второго элементов И подключены соответствен«о к счетному и тактовому входам реверсивного счетчика.

На фиг. 1 показана функциональная схема цифрового генератора функций;

«а фиг. 2о,<3,8 — временные диаграммы.

1108426 поясняющие его работу; на фиг. 3 программа для воспроизведения одной из возможных генерируемых функций и ее график.

Цифровой генератор функций содержит генератор импульсов 1, управляемый делитель частоты 2, счетчик 3, блок памяти 4, реверсивный счетчик

5, цифро-аналоговый преобразователь 6, счетчик 7, элементы И 8,9, 10 блок памяти 10, цифровой выход 11, аналоговый выход 12.

Цифровой генератор работает следующим образом.

Выходной код 1 счетчика 3 задает 15 номер шага программы и одновременно является адресом для блока памяти 4, хранящего программу вычисления функ ции. На соответствующих выходах блока 4 присутствуют код К коэффици- 20 ента деления делителя 2, логический уровень ("0" или "1") Pi управления направлением счета реверсивного счетчика 5, код А предустановки реверсивного счетчика 5, код hl адресуе- 25 мой из блока памяти 10 строки (номер выбранного сплайна), логический уровень ai, управления предустановки реверсивного счетчика 5.

Импульсы программируемой частоты поступают на счетный вход счетчика

7, который последовательно адресует столбцы блока памяти 10 и вызывает на его выходе и, следовательно, на входе элемента И 8 функциональную 35 последовательность нулей и единиц

Вн(унитарный код) из строки под ноMepoM "., (например, Rq, см. фиг.2о).

Уровень "1" или "0" на втором входе элемента И 8 соответственно разрешает40 или запрещает прохождение на выход элемента И 8 импульса, которым была обеспечена адресация этого уровня из блока памяти 10. На счетном входе реверсивного счетчика 5 формируется 45 импульсная последовательность (фиг.

2Ь), соответствующая функциональной последовательности S<. Таким образом, на шаге i программы на выходах 11 и 12 устройства соответственно в циф- Ы ровом и аналоговом виде формируется функция S, N = N- L (см., например, фиг. 2д, при PL = 1), у которой вид определен последовательностью

Бм, возрастание или убывание уров- 55 нем Р, а временной интервал (длительность участка с номером i) частотой f генератора импульсов 1, коэффициентом деления К делителя частоты 2 и числом столбцов с блока памяти 1О (см. фиг.3).

После считывания последнего

Ю столбца счетчик 7 сбрасывается в нулевое состояние, и импульс с его выхода переполнения увеличивает на единицу код на выходе счетчика 3, переводя блок памяти 4 на новый шаг программы и вызывая из него значения N, K, P А, а, определяющие следующий участок аппроксимирующей функции (фиг.3) и т.д. . Если при переходе на mar вызы— вается уровень а = 1, то он разрешает прохождение на выход элемента

И 9 импульса, который сформировался на выходе переполнения счетчика 7 и обеспечил переход программы на шаг

По переднему фронту импульса на входе разрешения предустановки реверсивного счетчика 5 последний предустанавливается в состояние А-, (фиг.3, i = 8) .

При а = 0 предустановки не происходит и А может иметь произвольное значение (на фиг. 3 произвольные значения величин отмечены х).

Таким образом, цифровой генератбр воспроизводит функцию, кусочно-аппроксимирующую заданную (например, соответствующую перемещению исполнительного механизма манипулятора по одной координате). На каждом участке приближение осуществляется сплайном (базисной функцией), у которого вид (полиномиальный: тригонометрический, логарифмический и т.д.), возрастаниеубывание и коэффициент масштабирования по оси времени (длительность участка) задаются программно, причем сплайн может быть выбран любым из конечного множества сплайнов, заранее записанных в соответствующие строки блока памяти 10 и выбираемых в процессе воспроизведения по номеру строки "1т. (фиг. 3) .

При выборе сплайна в процессе подготовки данных в качестве критерия точности приближения может быть использован как локальный (минимальный), так и интегральный критерий, поэтому генератор способен воспроизводить функции, приближающиеся к заданным либо по минимальному либо по интегральному критерию точности, либо с использованием их обоих на различных участках аппроксимации в соответствии с требованиями техно1108426

12 логического процесса программного движения механизма, что расширяет функциональные возможности предлагаемого генератора.

Таким образом, предлагаемый цифровой генератор функций воспроизводит ложную функцию с кусочной аппроксимацией ее сплайнами различного вида из конечного множества сллайнов,хранящегося в памяти генератора, может lp изменять состав этого множества вводом в него на место ранее записанных сплайнов новых, способных иметь практически любой вид, и следовательно, может использоваться как пробный многофункциональный генератор для определения семейства сплайнов, необходимых для воспроизведения функций управления перемещением исполнительного механизма манипулятора в конкретных условиях производства (например, для точечной сварки капота автомобиля или для процесса сборки агрегата).

1108426

3 P 0000f DD00001 DDDf 000f DDfD 161 f f f f Л r Ю т1 Ю f D f D fD D 00 а 010 000000000000

Фиг.2 юод, налуюмение

Л

Составитель В.Байков

Редактор О.Колесникова Техред Т.Наточка Корректор А.Тяско. 3аккз 5865/34 Тираж 699 Подписное

В 1!11П!11 ссударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1110 1 ), 1!осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5!

>lt и . I (,!l "Патент", г. ужгород, ул. Проектная,4

Ф 2 ю в р .. ) 1 1

Ag

c::

0

Л

0 ф ф ф

D a 1 л м

0 P

Ari.3 б

М