Статистический анализатор

 

Союз Советскнх

Соцналнстнческнх

РеслуЬлнк

О П H С А Н И Е, 100з098

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 060281 (21) 3272855/18-24 1з1) M. NA.з

G 06 F 15/36 с присоединением заявки М

Государственный кемитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет ($3) УДК 681.3 (088.8) Опубликовано 07.0383. бюллетень М 9

Дата опубликования описания 070383 (72) Авторы изобретения

M.H. Зингер, E.Â. Кузнецов и В.В. С.очков й

Специальное проектно-конструкторское бюро средств автоматизации, нефтедобычи и нефтехймйи (71) Заявитель (54) СТАТИСТИЧЕСКИИ АНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к вычисли- тельной технике и, в частности, к устройствам для определения статистических характеристик случайного про- . цесса.

Известно устройство для определения статистических характеристик, содержащее блок входной информации, счетчик выборки, счетчик среднего арифметического и блок вычисления дисперсии jl).

Наиболее близким к изобретению но технической сущности является статистический анализатор, содержащий аналого-цифровой преобразователь, счетчик выборки, первый делитель, первый блок вычитания, блок вычисления доверительного интервала, блок сравнения и блок регистрации (2).

Однако известные устройства обладают следующими недостатками. При анализе объем выборки. предполагается фйксированным, не связанным с динамическим характером исследуемого процесса, что приводит к недостаточной точности определения статистических характеристик случайного процесса.

Целью изобретения является повышение точности определения статистических характеристик случайного процесса.

Поставленная цель достигается тем, 5 что в статистический анализатЬр, содержащий аналого-цифровой преобразователь, счетчик выборки, схему сравнения, первый делитель, первый блок вычитания, блок определения доверительного интервала и блок регистрации, введены два сумматора, второй, ретий и четвертый делители, ключи, второй блок вычитания, элементы эадер» жки, блок умножения, квадратор, блок задания константы и блок извлечения квадратного корня, при этом выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом первого ключа, второй вход которого подключен к первому выходу схемы сравнения, второй выход которой соединен с пер выми входами соответственно второго, третьего, четвертого и пятого ключейр выходы которых подключены к соответ-. ствующим входам блока регистрации, выход первого ключа соединен с первым входом первого блока вычитания непосредственно, а через счетчик выборки — с первыми входами первого, второго и третьего делителей и вторым входом четвертого ключа, выход пер1003096 вого блока вычитания соединен с вторым входом первого делителя непосредственно и через квадратор — с первым входом второг о блока вычитания, вто рой вход которого соединен с первым входом первого сумматора, вторым вхо- 5 дом пятого ключа и соединен с выходом первого элемента задержки, вход

KOTQPOrO объединен с Вторым вхОДоМ третьего делителя и подключен к выходу первого сумматора, второй вход . lG которого соединен с выходом второго делителя, второй вход которого подключен к выходу второго блока вычитания, выход первого делителя соеди- . нен с первым входом второго суммато 15 ра, второй вход которого соединен с вторыми входами первого блока вычита.ния, третьего ключа и соединен с вы- . ходом второго злемента задержки, в д которого .объединен с первыми входами ф четвертого делителя и блока определе" ния доверительного интервала.и подключен к выходу второго сумматОра, выход четвертого делителя соединен с входом схемы сравнения, а второй вход объединен.с вторым входом блока определения доверительного интервала и подключен к выходу блока умножения, входы которого соединены соответственно с выходами блока задания констан" ты и блока извлечения квадратного корня, вход которого соединен с выходом третьего делителя, а выход блока определения доверительного интервала соединен с вторым входом второго клю- ча. Ф

Введение новых элементов и связей обеспечивает возможность управления объемом выборки для определения с заданной точностью статистических ха4() рактеристик — оценки математического ожидания и дисперсии независимо от динамического характера исследуемого процесса.

На чертеже представлена схема 45 предлагаемого статистического анализатора.

Анализатор содержит аналого-цифровой преобразователь 1, ключи 2 — 6, счетчик 7 выборки, блоки 8 и 9 вычитания, делители 10 - 13 сумматоры.

14 и 15, элементы 16 и 17 задержки, квадратср 18, блок 19 извлечения квадратного корня, блок 20 умножения, блок 21 задания константы, блок 22 определения доверительного интервала, 5 схему 23 сравнения и блок 24 регистрации.

В устройстве последовательно соединены аналогоцифровой преобразователь 1, ключ 2, блок 8 вычиТания, 60 делитель 10, сумматор 14, элемент 16 задержки и ключ 3, последовательно соединены квадратор 18, блок 9 вычитания, делитель 11, сумматор 15, элемент 17 задержки и ключ 4, последовательно соединены счетчик 7 выборки, делитель 12, блок 19 извлечения квадратного корня, блок 20 умножения, блок 22 определения доверительного интервала и ключ 5. Счетчик 7 выборки своим входом соединен с выходом ключа 2, а выходом — с вторыми входами делителей 10 и 11 и первым входом ключа 6.

Выход сумматора 14 соединен также с вторым входом блока 22 и первым входом делителя 13, второй вход которого соединен с выходом блока 20 умножения, а выход — с входом схемы 23 сравнения,,первый выход которой соединен с вторым входом ключа 2, второй выход — с вторыми входами ключей

3 — 6, выходы которых соединены с соответствующими входами блока .24 регистрации.

Выход сумматора 15 соединен также с вторым входом делителя 12, а выход элемента 16 задержки соединен с вторыми входами сумматора 4 и блока 8 вычитания, выходом соединенного так- же с входом квадратора 18. Выход эле; мента 17 задержки соединен также с вторыми входами сумматора 15 и блока

9 вычитания, Выход блока 21 задания константы соединен с вторым входом блока 20 умножения.

Анализатор работает следующим об» разом.

Статистические характеристики процесса — математическое ожидание эна . чения процесса на п-ом шаге измере ния mfn) и дисперсия о (n) определяются по рекурентным формулам где х(п) — измеренное значение случайного процесса на и-ом шаге измерения, m(1) х(1), б (1) = О.

В исходном состоянии ключ 2 открыт сигналом 1, поступающим на его управ" ляющий вход с выхода схемы 23 сравнения. Измеренные значения x(n) ис следуемого случайного процесса х поступают с выхода аналого-цифрового преобразователя 1 через ключ 2 на входы счетчика 7 выборки и первого блока 8 вычитания. На второй вход блока 8 вычитания подается значение оценки математического ожидания

m(n — 1) с выхода элемента 16 задержки. Значение разности x(n)- m(n — 1) с выхода блока 8 вычитания поступает на первый вход делителя 10 и на квадратор 18. Счетчик 7 выборки выдает номер измеренного значения, который поступает на второй вход делителя 10.

1 003 09 б

С выхода делителя 10 значение (х(п)1 и — m(n-1)) поступает на первый вход сумматора 14, на второй вход которого подается значение оценки метаматического ожидания m(n - 1) с выхода 5 элемента 16 задержки. С выхода сумматора 14 значение оценки математического ожидания на и-ом шаге m(n) . m(n-1) + ---(х(п) — m(n -1)) пода- 10

1 и ется на элемент 16 задержки, где задерживается на один такт работы анализатора.

С выхода квадратора 18 значение (x(n) -m(n — 1) ) поступает на первый15 вход блока 9 вычитания, на второй вход которого поступает значение оценки дисперсии () (n - 1) с выхода элет) мента 17 задержки. С выхода блока 9 вычитания значение разности (x(n),- 20 . — m(n-1)) — Q (n — 1) поступает на и й первый вход делителя 11, на второй вход которого поступает номер измеренного значения и с выхода счетчика 7 выборки. С выхода делителя 11 значе 25 кке — 1 (x In) — а(а - 1) ) - G (n1))

1 г я. 2 и поступает на первый вход сумматора 15, на второй вход которого поступает значение оценки дисперсии 5 (n - 1) с выхода элемента 17 задержки.

С выхода сумматора 15 текущее значение оценки дисперсии на и-ом- . такте е (и) = d (п — 1)+ )(к(а) — 35

2 1

2 п

-m(n — 1) ) - 6 (n — 1) ) поступает на элемент 17 задержки, где задерживается на один такт работы анализатора. :

Ключи 3 — б закрыты сигналом О, поданным со схемы 23 сравнения, и на блок 24 регистрации информация о текущих значениях оценок математического ожидания m(nl, дисперсии 6 (и) и объема выборки и не проходит. текущее значение оценки дисперсии 45 на и-ом такте 6 (n) с выхода сумматора 15 подается на второй вход делителя 12, на первый вход которого поступает номер измеренного значения n-с выхода счетчика 7 выборки.

G (и)

Значение -- †--- с выхода .делитеи ля 12 поступает на блок 19 извлече ния квадратного корня,.откуда значение - / -- =1-- поступает на первый и вход блока 20 умножения, на второй вход которого подается значение кваннормального распределения 1,, 60 сЬответствующие доверительной вероят1 +Р ности ------ с выхода блока 21 зада2 ния к стан ы. Полученное значение б (n) подается на входы бло- б5 и ка 22 и делителя 13, на други входы которых поступает текущее значение оценки математического ожидания m(n) на п-ом такте с выхода сумматора 14.

В блоке 22 определения доверительного интервала вычисляются текущие значения левой и правой границ доверительного интервала, в котором находится математическое ожидание m< случайного процесса:

Х t(4(2-("-:)» „= Ьнж 4 н" .

В делителе 13 вычисляется текущее значение относительной погрешности математического ожидания (/ ВО,, и) Ги1 которое подается ча схему 23 сравнения, г е сравнивается с заданным значением одЕсли текущее значение относитель,— ной погрешности СГ (n) превышает заданное Cf, т.е. д (n) )диод, то схема 23 сравнения выдает сигнал О, идущий с одного его выхода на управляющие входы ключей 3 — б, оставляя их*закрытыми, и сигнал 1, идущий с его другого выхода на управляющий вход ключа 2, оставляя его открытым.

Работа статистического анализатора продолжается до тех пор, пока на некотором такте потекущее значение относительной погрешности d (n) не станет меньше или равным заданному значению cf, т.е. сГ(п )»Д од . В этом случае блок 23 сравнения выдает сигнал 1 на входы ключей 3 — б,и сигнал О на вход ключа 2. При этом на блок 24 регистрации проходят значения оценки математического ожидания

m(п ), оценка дисперсии g+(n ),.левой и правой .границ доверительиого . интервала и выборки п, а ключ 2 прекращает пропускать измеренные значения случайного процесса.

Таким образом, статистическая характеристика случайного процесса вы числяется с заданной точностью неэа висимо от динамического характера исследуемого процесса, поскольку значением объема ьыборки управляется по величине текущей относительной погрешности вычисления д (n).

Повышение точности вжисления статистических характеристик случайных .. процессов имеет существенное народно хозяйственное значение. Основным ис-.. точником экономической эффективности после внедрения предлагаемого .статистического анализатора является ПсвЫ шение эффективности контроля и уп равления объектом на основе более

1003096 точных значений контролируемых параметров.

Например, использование данного анализатора для измерения среднего значения дебита жидкости нефтяных скважин на групповых замерных установках типа Спутник приводит к повышению точности измерения среднего дебита на 8-10% и соответственному уменьшению неопределенности при расчете плановых поступлений .жидкос ти из цеха добычи нефти и газа (ЦДНГ) на установки подготовки нефти, а это, в свою очередь, снижает планируемое количество материально энергетических ресурсов для подготовки нефти. Ориен 15 тировочная экономическая эффективность от использования предлагаемого статистического анализатора, в системах добычи, сбора, транспорта и подготовки нефти, газа и воды составля- go ет около 80,0 тыс.рублей в год на. одном ЦДНГ.

Формула изобретения

Статистичесикй анализатор, содержащий аналого-цифровой преобразова- . тель, счетчик выборки, схему сравнения, первый делитель, первый блок вычитания, блок определения доверительного интервала и блок регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения его точности, в него введены два сумматора, второй, третий и четвертый делители, ключи, второй блок вычитания, элементы задержки, блок умножения, квадратор, блок задания константы и блок извлечения квадратного корня, аналого-цифрового преобразователя соединен с 4О первым входом первого ключа, второй вход которого подключен к первому выходу схемы сравнения, второй выход последней соединен с первыми входами соответственно второго, третьего, 45 четвертого и пятого ключей, выходы которых подключены к соответствующим входам блока регистрации, выход пер" вого ключа соединен с первым входом первого блока вычитания непосредст- венно, а через счетчик выборки — с. первыми входами первого, второго и третьего делителей и вторым входом четвертого ключа, выход первого блока вычитания соединен с вторым входом первого делителя непосредственно и через квадратор с первым входом второго блока вычитания, второй вход которого объединен с первым входом первого сумматора, вторым входом пятого ключа и соединен с выходом первого элемента задержки, вход которого объединен с вторым входом третьего делителя и подключен к выходу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго делителя, второй вход которого подключен к выходу второго блока вычитания, выход первого делителя соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с вторыми входами первого блока вычитания, третьего ключа и с выходом второго элемента задержки, вход которого объединен с первыми входами четвертого делителя и блока определения доверительного интервала и подключен к выходу второго сумматора, выход четвертого делителя соединен с входом схемы сравнения, а второй вход объединен с вторым входом блока определения доверительного интервала и подключен к выходу блока умножения, входы которого соединены соответственно с выходами блока задания константы и блока извлечения квадратного корня, вхбд) которого соединен с выходом третьего делителя, а выход блока определения доверительного интервала соединен с вторым входом второго клю ,ча.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 398952, кл. G 06 F 15/36, 1973.

2. Авторское свидетепьство СССР

Р 551651, кл. G 06 F 15/36, 1977 (прототип) .

100309б

Составитель Э. Сечина

Техред A. Бабинец Корректор В. Бутяга

Редактор Н. Джуган

Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР.по делам изобретений и открытий

l13035, Москва, Ж-35, Рауикгкая наб., д. 4/5

Заказ 1568/33

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул, Проектная, 4