Устройство для определения условного математического ожидания

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рц1003097 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 280581 (21) 3291997/18-24 сприсоединениемэаявки ¹â€” (23} Приоритет—

Опубликовано 07.03.83. Бюллетень ¹ .9

Р1 М К з

G 06 F 15/36

Государственный ксмнтет

СССР по дедам изобретений н открытий. РЗ) УДК 681.3(088.8) Дата опубликования описания 07,0383 (72) Авторы изобретения

В.П. Калявин, Ю.Н. Костенко и A.Â. Иозгалезский

Новосибирский электротехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСЛОВНОГО

МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОЖИДРНИЯ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь:зовано в системах автоматического контроля и в автоматизированных сис« темах управления. технологическими процессами.

Известно устройство для определения условного математического ожидания, содержащее центрирующие фильтры, модульную схему, аналого-цифровой преобразователь, дискриминатор знака, схему сравнения, узел регулируемой задержки, схемы совпадений, временной селектор, пересчетную схЕму, реверсивный счетчик импульсов, триггер, кнопку и переключатели (11.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения условного математического ожидания, содержащее источник опорного напряжения, блок сравнения, аналого-цифровой преобразователь, элемент совпадения, счетчик импульсов, временной селектор, делитель частоты и блок управления, включающий триггер и кнопку, с соответствуккцими связями. Устройство позволяет определить значения условного математического ожидания ш /х случайного процесса у стационарно связанного со случайным процессом х (2).

Однако известные устройства нельзя использовать для определения текущих значений условного математического ожидания по вновь поступающим эна чениям х„ случайного процесса х и значениям у- случайного процесса х.

Действительно, для определения одного значения условного математического ожидания необходимо достаточно много значений у„. и х(. Кроме того, предполагается, что все значения у и х имеют одинаковую ценность для определения одного значения условного математического .ожидания.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей эа счет определения текущих значений условного математического ожидания.

Для достижения цели в устройство для определения условного математического ожидания, содержащее источник опорного напряжения, выход кОторого подключен к первому входу блока сравнения, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, два счетчика и блок управления, введены два аналоговых сдвигающих регистра, два фильтра, блок

1003097 постоянной аналоговой памяти, два блока умножения и блок деления, при этом первый и второй выходы блока управления подключены соответственно к первым входам первого и второго аналоговых сдвигающих регистров, выход первого аналогового сдвигающего регистра через первый фильтр соединен с первым .входом первого блока умножения, второй вход которого объединен с первым входом второго блока 1О умножения и соединен с выходом блока постоянной аналоговой памяти, вход которого подключен к третьему выходу блока управления, выход первого бло ка умножения соединен с вторым входом15 айалого-цифровогб преобразователя, выход которого .подключен .к .первому входу первого счетчика, второй вход которого объединен с первым входом второго счетчика и соединен с четвер- 2О тым выходом блока управления, выход второго аналогового сдвигающего регистра подключен через второй фильтр к второму входу второго блока умножения, выход которого соединен с вто- 25 рым .входом блока сравнения, выход которого подключен к второму входу второго счетчика, выходы первого и второго счетчиков соединены соответственно с первым и вторым входами блока деления, выход которого является выходом устройства, вторые входы первого и второго аналоговых сдвигаю щих регистров являются соответствен-. но первым и вторым входами уСтройст. ва. !

Кроме того, блок управления содержит два форми1ователя импульсов записи, три формирователя импульсов считывания, два формирователя импульсов сдвига, элемент постоянной памяти, регистр разрядов, два регистра адреса, формирователь импульса, триггер, генератор прямоугольных импульсов, переключатель и три выключателя, при этом первый, второй и третий выходы элемента постоянной памяти подключе ны соответственно к входам первых формирователей импульсов записи, считывания и сдвига, выходы которых объе= динены и являются первым выходом блока, четвертый, пятый, шестОй выходы элемента постоянной памяти соединены соответственно с входами вторых формирователей импульсов записи, считывания и сдвига, выходы которых

55 объединены и являются вторым выходом блока, седьмой выход элемента постоянной памяти подключен к входу третье го формирователя импульсОв считйва-. ния, выход которого является третьим 6О выходом блока, восьмой выход элемента постоянной памяти соединен.с входом установки в ноль триггера, выход которого подключен к входу. генератора прямоугольных импульсов, выход которого соединен с первым управляющим входом регистра разрядов, второй управляющий вход которого объединен с первыми управляющими входами первого и второго регистров адреса и подключен к первому выводу первого выключателя, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, выходы первого и второго регистров адреса подключены к соответствующим адресным входам элемента постоянной памяти, управляющие входы которого соединены с соответствующими выходами регистра разрядов, выход старшего разряда регистра разрядов подключен к сдвиговому входу регистра разрядов и к первым выводам замыкающего и размыкающего переключателя, второй вывод размыкающего контакта переключателя соединен с вторым управляющим входом первого регистра адреса, выход старшего .разряда каждого регистра адреса подключен к сдвиговому входу соответствующего регистра адреса, второй управляющий вход второго регистра адреса соединен с вторым выводом замыкающего контакта, вход установки в единицу триггера подключен к выходу формирователя импульсов, вход которого соединен с первым выводом второго выключателя, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, шина нулевого потенциала соединена с первым выводом третьего выключателя, второй вывод которого является четвертым выходом блока.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — структурная схема блока управления.

Устройство содержит первый анало- говый сдвигающий регистр у„ — ACP 1, служащий для запоминания текущих значений у„., i = 1,2... k и допускающий. считывание без расширения информации, а также второй аналоговый сдвигающий регистр х; — ACP 2, служащий для запоминанйя текущих значений х„-,=1 =

1,2... k и допускающий считывание беэ разр шения информацйи, кроме того, перв и 3 и второй 4 фильтры, блок 5 постоянной аналоговой памяти, в xoiopoM хранятся значения функции веса Ч„, первый блок б умножения, служащий для получения значений у. ., второй блок 7 умножения, служащий для получения значений х„ ф,аналогоцифровой преобразователь (Aqh) 8, блок 9 сравнения, источник 10 опорного напряжения, первый счетчик 11 импульсов, второй счетчик 12 импульсов, блок 13 деления и блок 14 управления.

Блок 14 управления содержит первый формирователь импульсов записи 15, первый формирователь импульсов считывания 16, первый формирователь импуль- сов сдвига 17, второй формирователь

1003097 импульсов записи 18, второй формирователь импульсов считывания 19, второй формирователь импульсов сдвига

20, третий формирователь импульсов считывания 21, элемент постоянной памяти 22, регистр разрядов 23, первый и второй регистры адреса 24 и 25, формирователь импульса 26, триггер

27, генератор прямоугольных импульсов

28, выключатели 29-31 и переключатель

32. 10

Известно, что оценку условного математического ожидания щу/х эргодиг Г ческого случайного стациойарного процесса y(t) по значению хс эргодического, стационарно свяэанйого с иссле-15 дуемым, случайного стационарного х(t) можно определить, располагая двумя реализациями: по одной каждого из названных процессов по выражению

М IX;- N T.Z(t;)/X,; (S) зЬ.,), x(<,)-)(, (o, x(.>aX, 25 где N — количество пересечений x(t. ) =

t х в реализации х (t)„ х — значение, относительно котос рого определяется оценка условного математического ожидания.

Если же процессы х (t) и y(t) не стационарные или нестационарно связанные, т.е. имеют дрейф параметров во времени, то оценка условного математического ожидания будет сильно смещенной. В этом случае необходимо знать текущее значение определяемой оценки. Один из возможных способов решения этой задачи известен как 40 метод замороженных коэффициентов или метод скользящего интервала .

Считается, что в течение некоторого интервала наблюдений Т + а можно 45 принять, что в„ )(cons t, где 1 =

+а, k — 1+à, k— - Т; а=

О, 1, 2,... ); Д .= k. Тогда, пользуясь информацией, получаемой в интервале наблюдений T(i = k - Т, ..., k),ìîæно найти наилучшие в смысле минимума среднего квадрата ошибки значения оценок m (k + а). Кроме этого, влияния информации, полученной в моменты времени k,k — 1 и.т.д., на точность оценки щ у с(Е + а) неодинаково. Для учета йзменения ценности информации вводится функция веса

9(k i, ) ), где k — число наблюдений в выборке; i — номер текущего наблюдения: ф - некоторый параметр функ- бО ции веса. Как правило, полагают, что с увеличением возраста наблюдений ценность их для определенйя оценки m„(X ()с + а) убывает, т.е. функция веса уменьшается с ростом (k - i) . 65

Функции веса когут быть, напр: мер, вида: ф, = (1 - ) )", =ук-1 где у = (О - 1) и другие.

Предлагаемое устройство реализует алгоритм определения текущих оценок условного математического ожидания по выражению (1) с использованием метода скользящего интервала и с учетом ценности информации о процессах x(t) и y(t) с помощью выбранной заранее функции веса.

Устройство работает следующим.образом.

В первые к тактов работы устройства происходит заполнение ACP 1 и АСР х- и I у; соответствующих 1.. Для этого блок

14 управления последовательно подает команды на запись и сдвиг значений в регистрах. В следующие к тактов осуществляется попарное считывание значений х„- g- из регистров и значений ф„ из блока 5. В процессе считывания на выходах блоков умножения 2 имеем непрерывные реализации соответственно случайных процессов x(t) и y(t) с учетом функции веса. При совпадении значений реализации х(t) со значением хс, которое выдается источником опорного напряжения 10, блок 9 сравнения выдает импульс, который записывается во второй счетчик 12 импульсов и открывает АЦП 8. Напряжение реализации у ъпроцесса Y(t), соответствующее х = х

4 с преобразуется в число импульсов, которое считается первым счетчиком 11 импульсов. После считывания последней тройки у;, х„-, „- показание счетчика 11 будет: и

B= еЬч1/х =1, где h — коэффициент.пропорциональности АЦП 8.

В счетчике 12 будет зафиксирова но значение N, равное числу пересечений х„ = х в отрезке реализации х(1). Блок 13 деления определит.значение, которое и будет пропорциональ но оценке т (k); с 8 /X K)

Таким образом, после k тактов считывания будет определена k-ая оценка условного математического ожидания °

Далее устройство приводится в исходное состояние. Для этого блок 14 управления выдает импульс на сброс счетчиков в 0 и подает команду на сдвиг информации в регистрах, т.е.

1ООза97

N-oe значение переписывается на место (N-1) -го, (N-1) -е переписывается на место (N-2)-го и т.д. Затем подается команда на запись хК+< и у + значений. В следующем такте осуществляется считывание троек значений х., 1

Ч„

В конце последнего такта считывания блок 13 деления определит (k+1) -ое значение искомой оценки—

m> y (k+1). Снова устройство приводится в исходное состояние, далее записываются значения хк и у

К+ К+ . и т.д.

Таким образом, в конце каждого (k+ j )-го цикла считывания устройст- 15 во будет определять (k+j) -ое значение о (енки условного математического ожидания, т.е. Устройсто обеспечивает определение текущего значения условного математического ожидания по 2() вновь поступающим значениям х. случайного процесса x(t) и значениям у. случайного процесса Y(t) с учетом

1 предыдущей информации о процессах, Работает устройство следующим образом.

Первой кнопкой блок приводится в исходное состояние. Для чего регист. ры 23-25 очищают и записывают в первые ячейки 1 . При нажатии второй ЗО кнопки триггер 27 огрокидывается и открывает генератор 28, с которого импульсы поступают на регистр разрядов 23. Из элемента постоянной памяти считывается первое слово. По окон-3S, чанию считывания последним разрядным импульсом происходит сдвиг 1 в регистре адреса для считывания второ-го слова и т.д. до тех пор, пока не будут считаны k слов и не произойщ дет заполнение ACP 1 и ACP 2 устройст-, ва измеренными значениями x„ и у„ соответствующих . Затем переключатель 32 переключают в противоположное положение. После этого в цикле происходит генерация команд,обеспечивающих последовательное считывание данных из ACP 1 и 2 и блока 5, сдвиг данных в ACP 1 и 2, запись вновь поступающих текущих значений х„ и у1, вновь считывание данных из 1,2,5 и т.д. каждый раэ, когда необходимо остановита генерацию команд в последующем такте, в 8 разряде слова, соответствующего предыдущему такту, должна быть записана 1 . Эта 1 по, окончанию считывания очередного слова перебросит триггер 27, который запретит работу генератора 28. Для продолжения работы блока необходимо повторно нажать выключатель 30.

Применение устройства дает возможность решить задачи прогнозирования изменения состояния изделий, благодаря чему становится возможным решить многие производственные и эксплуатационные задачи.

Формула изобретения

1. Устройство для определения условного математического ожидания, содержащее источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, выход которого соединен с первым входом ана лого-цифрового преобразователя, два счетчика, блок управления, о т л Ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей за счет определения текущих значений условного математического ожидания, в него введены два аналоговых сдвигающих регистра, два фильтра, блок постоянной аналоговой памяти, два блока умножения и блок деления, причем первый и второй выходы блока управления подключены соответственно к первым входам первого и второго аналоговых сдвигающих регистров, выход первого аналогового сдвигающего регистра через первый фильтр соединен с первым входом первого блока умножения, второй вход которого объединен с первым входом второго блока умножения и соединен с выходом блока постоянной аналоговой памяти, вход которого подключен к третьему выходу блока управления, выход первого блока умножения соединен с вторым входом аналого- — цифрового преобразователя, выход которого- подключен к первому входу первого счетчика, второй вход которого объединен с первым входом второго счетчика и соединен с четвертым выходом блока управления, выход второго аналогового сдвигающего регистра подключен через второй фильтр к второму входу второго блока умножения, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого подключен к второму входу второго счетчика, выходы первого и второго счетчиков соединены соответственно с первым и вторым входами блока деления, выход которого является выходом устройства, вторые входы первого и второго аналоговых сдвигающих регистров являются соответственно первым и вторым входами устройства.

2. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок управ-ления содержит два формирователя импульсов записи, три формирователя им- пульсов сдвига, элемент постоянной памяти, регистр разрядов, .два регистра адреса, формирователь. импульса, триггер, генератор прямоугольных импульсов, переключатель и три выключателя, причем первый, второй и третий выходы элемента постоянной памяти

1003097 подключены соответственно к входам первых формирователей импульсов записи, считывания н сдвига, выходы которых объединены и являются первым выходом блока, четвертый, пятый и шестой выходы элемента постоянной памяти соединены соответственно с входами вторых формирователей импуль-. сов записи, считывания и сдвига, выходы которых объединены и являются вторым выходом блока, седьмой выход 10 элемента постоянной памяти подключен к входу третьего формирователя импульсов считывания, выход которого является третьим выходом блока, восьмой выход элемента постоянной памя- 35 ти соединен с входом установки в ноль триггера, выход которого подключен к входу генератора прямоугольных импульсов, выход которого соединен с первым управляющим входом регистра разрядов, второй управляющий вход которого объединен с первыми управляющими входами первого и второго регистров адреса и подключен.к первому выводу первого выключателя, второй вы- 25 вод которого соединен с шиной нулевого потенциала, выходы первого и второго регистров адреса подключены к соответствукицим адресным входам элемента постоянной памяти, управляющие входы которого соединены с соответствующими выходами регистра разрядов, выход старшего разряда регистра разрядов подключен к сдвиговому входу регистра разрядов и к первым выводам замыкающего и размыкающего контактов переключателя, второй вывод раэмыкающего контакта переключателя соединен с вторым управляющим входом первого регистра адреса, выход старшего разряда каждого регистра адреса подключен к сдвиговому входу соответствующего регистра адреса, второй управляющий вход второго регистра адреса соединен с вторым выводом замыкакщего контакта, вход установки в единицу триггера подключен к выходу формирователя импульсов, вход которого соединен с первьм выводом второго выключателя, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, шина нулевого потенциала соединена с первым выводом третьего выключателя, второй вывод которого является четвертым выходом блока.

Источники информации, принятые во внимание, при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 285368, кл. G 06 G 7/52, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

9 263295, кл. G 06 G 7/52, 1968 (прототип).

1003097

Шаг.2

Составитель Л.Григорьян-Чтенц

Техред А.Бабинец Корректор Л. Бокшан

Редактор Н. джуган

Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Закаэ 1568/33 филиал ППП Патент, г ° Ужгород, ул. Проектная, 4