CN113114123B - 非线性曲线的拟合装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种非线性曲线的拟合装置及方法，所述拟合装置包括运算放大电路A_n、运算放大电路B_n、运算放大电路C_n和取最值电路D；所述运算放大电路A_n的输入端与输入模拟信号的输出端连接，所述运算放大电路B_n的输入端与预设电压V_{ref_n}的输出端连接，所述运算放大电路A_n和所述运算放大电路B_n的输出端与所述运算放大电路C_n的输入端连接，所述运算放大电路C_n的输出端与所述取最值电路D的输入端连接；所述取最值电路D的输出端输出拟合后的模拟信号。本申请通过纯模拟电路的方式，实现对单调递增或者单调递减非线性曲线的分段线性化拟合；电路简单，成本低，精度高。

Description

非线性曲线的拟合装置及方法

技术领域

本申请涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种非线性曲线的拟合装置及方法。

背景技术

目前常用非线性曲线拟合方法有软件查表线性插值法和软件多项式拟合法。软件查表线性插值法，实现比较简单；为了有较高的拟合精度，需要采用高阶多项式实现拟合，软件算法复杂，占用较多存储资源。

以上两种方法均是通过软件方式进行拟合，均需要先进行AD采样，然后通过单片机、DSP或者FPGA等具备计算能力的数字处理芯片处理，再进行DA变换。实现电路复杂，成本较高，且需要软硬件结合。在一些要求低成本，或者对单板大小有限制的场合，使用以上方法就显得过于复杂。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种非线性曲线的拟合装置及方法，以解决现有非线性曲线拟合方法不合适要求低成本或者对单板大小有限制的场合的问题。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本申请的一个方面，提供一种非线性曲线的拟合装置，所述拟合装置包括运算放大电路A_n、运算放大电路B_n、运算放大电路C_n和取最值电路D；

所述运算放大电路A_n的输入端与输入模拟信号的输出端连接，所述运算放大电路B_n的输入端与预设电压V_{ref_n}的输出端连接，所述运算放大电路A_n和所述运算放大电路B_n的输出端与所述运算放大电路C_n的输入端连接，所述运算放大电路C_n的输出端与所述取最值电路D的输入端连接；所述取最值电路D的输出端输出拟合后的模拟信号。

根据本申请的另一个方面，提供一种非线性曲线的拟合方法，所述方法包括：

运算放大电路A_n产生分段拟合曲线y_n＝f_n(x)的斜率a_n；

运算放大电路B_n产生分段拟合曲线y_n＝f_n(x)的截距b_n；

运算放大电路C_n用于将所述运算放大电路A_n的输出结果a_n*x和所述运算放大电路B_n的输出结果b_n进行加和；

取最值电路D对多段拟合曲线取最大值或者最小值。

本申请实施例提供的非线性曲线的拟合装置及方法，通过纯模拟电路的方式，实现对单调递增或者单调递减非线性曲线的分段线性化拟合；电路简单，成本低，精度高。

附图说明

图1为本申请实施例提供的非线性曲线的拟合装置示意图；

图2-图3为本申请实施例提供的分段曲线斜率递增的非线性曲线示意图；

图4-图5为本申请实施例提供的分段曲线斜率递减的非线性曲线示意图；

图6-图11为本申请实施例提供的非线性曲线的拟合装置的具体示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

实施例1：

如图1所示，本申请第一实施例提供一种非线性曲线的拟合装置，所述拟合装置包括运算放大电路A_n、运算放大电路B_n、运算放大电路C_n和取最值电路D；

所述运算放大电路A_n的输入端与输入模拟信号的输出端连接，所述运算放大电路B_n的输入端与预设电压V_{ref_n}的输出端连接，所述运算放大电路A_n和所述运算放大电路B_n的输出端与所述运算放大电路C_n的输入端连接，所述运算放大电路C_n的输出端与所述取最值电路D的输入端连接；所述取最值电路D的输出端输出拟合后的模拟信号。

在本示例中，所述运算放大电路A_n用于产生分段拟合曲线y_n＝f_n(x)的斜率a_n，所述运算放大电路B_n用于产生分段拟合曲线y_n＝f_n(x)的截距b_n，所述运算放大电路C_n用于将所述运算放大电路A_n的输出结果a_n*x和所述运算放大电路B_n的输出结果b_n进行加和，所述取最值电路D用于对多段拟合曲线取最大值或者最小值。

在本示例中，所述运算放大电路A_n是同向比例放大电路、反向比例放大电路、电阻分压电路中的一种。

在本示例中，所述运算放大电路B_n是同向比例放大电路、反向比例放大电路、电阻分压电路中的一种。

在本示例中，所述运算放大电路C_n是同向运算加法电路、反向运算加法电路、运算减法电路中的一种。

在本示例中，所述取最值电路D是取最大值电路或者取最小值电路。

在本示例中，所述取最值电路D由单向导通器件构成，或者由片选逻辑芯片和***电路构成。单向导通器件包括二极管。

在本示例中，预设电压V_{ref_1}、V_{ref_2}、V_{ref_3}、.....、V_{ref_n}可以是不同预设电压，也可以是相同的预设电压。

在本示例中，n为大于或等于1的整数。

分段拟合后，每段拟合曲线的函数表达式如下：

y₁＝f₁(x)＝a₁*x+b₃，x＜X₁

y₂＝f₂(x)＝a₂*x+b₂，X₁≤x＜X₂

y₃＝f₃(x)＝a₃*x+b₃，X₂≤x＜X₃

……

y_n＝f_n(x)＝a_n*x+b_n，X_n-1≤x＜X_n

如果单调曲线y_n＝f_n(x)分段后的线性函数斜率a_n单调递增，即a_n＞a_n-1＞……＞a2＞a1，其曲线表现为图2、图3所示。此类单调递增或者单调递减非线性曲线可以采用如附图6、图8、图10所示的具体实施例电路实现曲线y_n＝f_n(x)拟合，取最值电路D为取最大值电路。

图6中，运算放大电路A₁的同相输入端与输入模拟信号X连接，反相输入端通过电阻接地；运算放大电路B₁的同相输入端接地，反相输入端通过电阻与预设电压V_{ref_1}连接；运算放大电路A₁和运算放大电路B₁的输出端与运算放大电路C₁的同相输入端连接，运算放大电路C₁的反相输入端通过电阻接地；运算放大电路C₁的输出端与二极管的阳极连接，二极管的阴极输出拟合后的模拟信号f(x)。图6中，其他的运算放大电路与此类似，在此不作赘述。

图8中，运算放大电路A₁的同相输入端接地，反相输入端通过电阻与输入模拟信号X连接；运算放大电路B₁的同相输入端与预设电压V_{ref_1}连接，反相输入端通过电阻接地；运算放大电路A₁和运算放大电路B₁的输出端与运算放大电路C₁的反相输入端连接，运算放大电路C₁的同相输入端接地；运算放大电路C₁的输出端与二极管的阳极连接，二极管的阴极输出拟合后的模拟信号f(x)。图8中，其他的运算放大电路与此类似，在此不作赘述。

图10中，运算放大电路A₁的同相输入端接地，反相输入端通过电阻与输入模拟信号X连接；运算放大电路B₁的同相输入端与预设电压V_{ref_1}连接，反相输入端通过电阻接地；运算放大电路A₁的输出端与运算放大电路C₁的反相输入端连接，运算放大电路B₁的输出端与运算放大电路C₁的同相输入端连接；运算放大电路C₁的输出端与二极管的阳极连接，二极管的阴极输出拟合后的模拟信号f(x)。图10中，其他的运算放大电路与此类似，在此不作赘述。

如果单调曲线y_n＝f_n(x)分段后的线性函数斜率a_n单调递减，即a_n＜a_n-1＜……＜a2＜a1，其曲线表现为图4、图5所示。此类单调递增或者单调递减非线性曲线可以采用如附图7、图9、图11所示的具体实施例电路实现曲线y_n＝f_n(x)拟合，取最值电路D为取最小值电路。

图7中，运算放大电路A₁的同相输入端与输入模拟信号X连接，反相输入端通过电阻接地；运算放大电路B₁的同相输入端通过电阻与预设电压V_{ref_1}连接，反相输入端与输出端连接；运算放大电路A₁和运算放大电路B₁的输出端与运算放大电路C₁的同相输入端连接，运算放大电路C₁的反相输入端通过电阻接地；运算放大电路C₁的输出端与二极管的阴极连接，二极管的阳极输出拟合后的模拟信号f(x)。图7中，其他的运算放大电路与此类似，在此不作赘述。

图9中，运算放大电路A₁的同相输入端接地，反相输入端通过电阻与输入模拟信号X连接；运算放大电路B₁的同相输入端与预设电压V_{ref_1}连接，反相输入端通过电阻接地；运算放大电路A₁和运算放大电路B₁的输出端与运算放大电路C₁的反相输入端连接，运算放大电路C₁的同相输入端接地；运算放大电路C₁的输出端与二极管的阴极连接，二极管的阳极输出拟合后的模拟信号f(x)。图9中，其他的运算放大电路与此类似，在此不作赘述。

图11中，运算放大电路A₁的同相输入端接地，反相输入端通过电阻与输入模拟信号X连接；运算放大电路B₁的同相输入端与预设电压V_{ref_1}连接，反相输入端通过电阻接地；运算放大电路A₁的输出端与运算放大电路C₁的反相输入端连接，运算放大电路B₁的输出端与运算放大电路C₁的同相输入端连接；运算放大电路C₁的输出端与二极管的阴极连接，二极管的阳极输出拟合后的模拟信号f(x)。图11中，其他的运算放大电路与此类似，在此不作赘述。

实施例2：

本申请第二实施例提供一种非线性曲线的拟合方法，拟合装置可参考实施例一所述。

所述方法包括步骤：

S1、运算放大电路A_n产生分段拟合曲线y_n＝f_n(x)的斜率a_n；

S2、运算放大电路B_n产生分段拟合曲线y_n＝f_n(x)的截距b_n；

S3、运算放大电路C_n用于将所述运算放大电路A_n的输出结果a_n*x和所述运算放大电路B_n的输出结果b_n进行加和；

S4、取最值电路D对多段拟合曲线取最大值或者最小值。

在本实施例中，所述分段拟合曲线y_n＝f_n(x)的斜率a_n单调递增或者单调递减。

在本实施例中，预设电压V_{ref_1}、V_{ref_2}、V_{ref_3}、.....、V_{ref_n}可以是不同预设电压，也可以是相同的预设电压。

以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。

Claims (9)

1.一种非线性曲线的拟合装置，其特征在于，包括运算放大电路A_n、运算放大电路B_n、运算放大电路C_n和取最值电路D；

所述运算放大电路A_n的输入端与输入模拟信号的输出端连接，所述运算放大电路B_n的输入端与预设电压V_{ref_n}的输出端连接，所述运算放大电路A_n和所述运算放大电路B_n的输出端与所述运算放大电路C_n的输入端连接，所述运算放大电路C_n的输出端与所述取最值电路D的输入端连接；所述取最值电路D的输出端输出拟合后的模拟信号；

所述运算放大电路A_n用于产生分段拟合曲线y_n＝f_n(x)的斜率a_n，所述运算放大电路B_n用于产生分段拟合曲线y_n＝f_n(x)的截距b_n，所述运算放大电路C_n用于将所述运算放大电路A_n的输出结果a_n*x和所述运算放大电路B_n的输出结果b_n进行加和，所述取最值电路D用于对分段拟合曲线y_n＝f_n(x)取最大值或者最小值；

其中，n为大于或等于1的整数，x为输入模拟信号。

2.根据权利要求1所述的拟合装置，其特征在于，所述分段拟合曲线y_n＝f_n(x)的斜率a_n单调递增或者单调递减。

3.根据权利要求1所述的拟合装置，其特征在于，所述运算放大电路A_n是同向比例放大电路、反向比例放大电路、电阻分压电路中的一种；

所述运算放大电路B_n是同向比例放大电路、反向比例放大电路、电阻分压电路中的一种；

所述运算放大电路C_n是同向运算加法电路、反向运算加法电路、运算减法电路中的一种。

4.根据权利要求1所述的拟合装置，其特征在于，所述取最值电路D是取最大值电路或者取最小值电路。

5.根据权利要求4所述的拟合装置，其特征在于，所述取最值电路D由单向导通器件构成，或者由片选逻辑芯片和***电路构成。

6.根据权利要求1所述的拟合装置，其特征在于，预设电压V_{ref_1}、V_{ref_2}、V_{ref_3}、.....、V_{ref_n}可以是不同预设电压，也可以是相同的预设电压。

7.一种基于权利要求1所述的非线性曲线的拟合装置的方法，其特征在于，所述方法包括：

运算放大电路A_n产生分段拟合曲线y_n＝f_n(x)的斜率a_n；

运算放大电路B_n产生分段拟合曲线y_n＝f_n(x)的截距b_n；

运算放大电路C_n用于将所述运算放大电路A_n的输出结果a_n*x和所述运算放大电路B_n的输出结果b_n进行加和；

取最值电路D对多段拟合曲线取最大值或者最小值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述分段拟合曲线y_n＝f_n(x)的斜率a_n单调递增或者单调递减。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，预设电压V_{ref_1}、V_{ref_2}、V_{ref_3}、.....、V_{ref_n}可以是不同预设电压，也可以是相同的预设电压。

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