Устройство для определения статистических характеристик непрерывных случайных величин

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕдаЛЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕПРЕРЫВНЫХ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН , сЬдержащее с1Мплитудный селектор, первый вход которого является входом устройства , временной селектор, информационный вход которого соединен с выходом амплитудного селектора, а управляющий вход - с выходом генератора импульсов, счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом временного селектора/ и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к управляющему входу амплитудного селектора, о т л и ч а ющ е еся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения квантилей и повышения быстродействия, оно дополнительно содержит два сумматора, три регистра, два коммутатора кодов, блок синхронизации и множительно-делительный блок, причем вход цифроаналогового преобразователя соединен с суммирующим входом первого сумматора, с первым входом первого коммутатора кодов, с выходом первого регистра и входом второго регистра, выход которого соединен с первым входом второго коммутатора кодов, второй-вход которого соединен с шиной уставок , а третий вход - с выходом третьего регистра, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов и вторым входом первого коммутатора кодов , выходы первого и второго ком (Л мутаторов кодов соединены соответственно с суммирующим и вычитакяцим входами второго сумматора, выход которого соединен с первым входом множительно-делительного блока, вы1 сод которого соединен с вычитающим входом второго сумматора, выход которого соединен со входом первого регистра, управляющие входы временного селектора, множительно-делительного блока, коммутаторов кодов и регистров и установочный вход счетчика импульсов соединены с соответствукяцими выходами блока синхронизации ..

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) 9(51) 6 06 F 15 36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР .

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;::

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф \

° «Ь

° ° (21) 3319378/18»24 (22). 28.12.81 (46) 15.04.83. Бюл, 9 14 (72) T.Ì. Алиев и А.M. Шекиханов (71) Азербайджанский институт нефти и химии им..М. Азизбекова (53) 681.333(088.8) (56) 1. Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М., "Энергия", 1972, с. 283.

2. "Измерительная техника". 1974, 9 10, с. 22 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕД3 ЛЕНИЯ

СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕПРЕРЫВНЫХ СЛУЧАЙНЫХ В);ЛИЧИН, сбдержащее.амплитудный селектор, первый вход которого является входом устройства, временной селектор, информационный вход которого соединен с выходом амплитудного селектора, а управляющий вход — с выходом генератора импульсов, счетчик импульсов, вход которого:соединен с выходом временного селектора, и цифроаналоговый преобразователь, выход которо г o подключен к управляющему входу амплитудного селектора, о т л и—

- чающее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за .счет определения квантилей и повышения быстродействия, оно дополнительно содержит два сумматора, три регистра, два коммутатора кодов, блок синхронизации и множительно"делительный блок, причем вход. цифроаналогового преобразователя соединен с суммирующим входом первого сумматора, с первым входом первого коммутатора кодов, с выходом первого регистра и входом второго регистра, выход которого соединен с первым входом второго коммутатора кодов, второй-вход которого соединен с шиной уставок., а третий вход — с выходом третьего регистра, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов и вторым входом первого коммутатора кодов, выходы первого и второго коммутаторов кодов соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами второго сумматора, выход которого соединен с первым входом множительно-делительного блока, вы Ьсод которого соединен с вычитающим входом второго сумматора, выход которого соединен со входом первого регистра, управляющие входы временного селектора, множительно-делительного блока, коммутаторов кодов и регистров и установочный вход счетчика импульсов соединены с соответствующими выходами блока синхронизации,.

1012270

„Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения медианы, содержащее амплитудный селектор, первый вход которого соединен с 50 входной шиной устройства, а второй вход — соединен с регулятором порогоного уровня срабатывания и со входом вольтметра, временной селектор, первый вход которого соединен с выходом амплитудного селектора, а второй вход - с генератором селекторных импульсов, счетчик импульсов, вход которого соединен с-выходом временного селектора, инвертор, вход которого соединен с выходом амплитудно- 60 го селектора, второй временной селектор, первый вход которого соединен с выходом инвертора, а второй вход — с выходом генератора селекторных импульсов, второй счетчик импуль- 65

Изобретение относится к автомати.ке и вычислительной технике и предназначено для определения медианы и квантилей непрерывных случайных величин и эргодических стационарных случайных процессов. ,Известно устройство, в котором определение медианы случайных величин производится косвенным методом по графику функции распределения вероятностей исследуемой случайной величины, содержащее последовательно соединенные входное устройство, амплитудный селектор, формирующее устройство, временной селектор, счетчик импульсов, причем вто- 15 рой вход временного селектора соединен с выходом генератора счетных импульсов, а на второй вход амплитудного селектора подается постоянное напряжение, определяющее текущий уровень анализа. Выход счетчика является выходом устройства $1).

Определение указанных характеристик с помощью этого устройства основано на косвенном методе и связано с необходимостью предварительно определения функции распределения вероятностей (интегрального закона распределения) по множеству точек (уровней анализа) во всем диапазоне задания случайной величины.

Необходимость построения деталь ной вероятностной картины исследуемой случайной величины связана с большой измерительной и вычислительной работой и характеризуется зна- 35 чительной избыточностью информации, получаемой в результате проводимого измерительного эксперимента.

В йтоге это приводит к существенному увеличению времени анализа, которое, например, для 3 десятичных разрядов — 1000 уровней анализа— требует времени 1000 ., где Т вЂ” время одного измерения.

45 сов, вход которого соединен с выходом второго временного селектора f2).

Измерение медианы при Использовании устройства-прототипа сводится к подбору такого. уровня анализа, при котором показания первого и второго счетчика совпадают, после чего значение медианы считывается с вЫхода вольтметра, подключенного к регулятору порогового уровня.

Однако определение величины медианы связано с необходимостью проведения цепочки последовательных ручных операций по подбору требуемого уровня анализа, что увеличивает долю субъективного фактора измерений, снижает надежность и стабильность результатов и увеличивает стоимость проводимого измерительного эксперимента.

Быстродействие устройства-прото-. типа в силу наличия ручных операций также оказывается низким. Другим недостатком укаэанного устройства являются его ограниченные функциональные возможности, так как оно рассчитано на измерение только одной вероятностной характеристики — медианы.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет определения квантилей распределения и повышения быстродействия за счет автоматизации процесса измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее амплитудный селектор, первый вход которого является входом устройства, временной селектор, информационный вход которого соединен с выходом амплитудного селектора, а управляющий вход — с выходом гекератора импульсов, счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом временного селектора, и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к управляющему входу амплитудного селектора введены два сумматора, три регистра, два коммутатора кодов, блок синхронизации и множительно-делительный блок, причем вход цифроаналогового преобразователя соединен с суммирующим входом первого сумма-. тора, с первым входом первого коммутатора кодов, с выходом первого регистра и входом второго регистра, выход которого соединен с первым входом второго коммутатора кодов, второй вход которого соединен с шиной уставок, а третий вход — с выходом третьего регистра, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов и вторым входом первого коммутатора кодов, выходы первого и второго коммутаторов кодов .соединены соответственно с суммирующим и.: .1012270 вычитающим входами второго сумматора, выход которого соединен с первым входом множительно-делительного блока, выход которого соединен с вычитающим входом второго сумматора,. выход которого соединен со входом первого регистра, управляющие входы временного селектора, множитель-но-делительного блока, коммутаторов кодов.и регистров и установочный вход счетчика импульсов соединены с соответствующими выходами блока синхронизации.

На чертеже приведена схема предложенного устройства.

Устройство содержит амплитудный селектор 1, временной селектор 2, генератор 3 импульсов, счетчик 4 импульсов, цифроаналоговый преобразователь 5, первый б, второй. 7 и третий 8 регистры, первый 9 и второй 10 коммутаторы кодов, второй сумматор 11, множительно-делительный блок 12, первый сумматор 13 и. блок 14 синхронизации.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии регистры 7 и 8, а также счетчик 4 устанавлива-, ются в нулевое положение, в регистре 6 записан код нулевого приближения z . Работа устройства происходит циклически, при этом каждый цикл состоит из следующих 5-ти тактов.

1-й такт (Измерение). По комайдеблока 14 открывается на время Т временной селектор 2 и с помощью бло ков 1 — 4 производится определение среднего времени пребывания исследуемой реализации ниже уровня анализа. Уровень анализа задается цифроаналоговым преобразователем 5 (ЦАП), который управляется кодом, хранящимся в регистре б. Результат измерения записывается в счетчик 4 . и представляет собОй не что иное, как значение F (zo ) функции распределения вероятностей исследуемой случайной величины в точке г

2-й такт. По команде блока 14 коммутаторы кодов 9 и 10 подают на входы сумматора 11 код F(z ) с выхода счетчика и код уставкй у, который определяет "процентность" квантилей и для медианы равен 0,5 (50%-процентный квантиль). В конце второго такта найденная разность кодов ) F(z )- у,Д заносится в множи- .. тельно-делйтельный блок 12.

3-й такт. По команде блока 14 коммутаторы кодов 9 и 10 подключают ко входам сумматора 11 регистры б и 71 производится вычитание кодов,,храйящихся в указанных регистрах (в данном случае z - О). В конце третьего такта запускается множительно-делительный блок 12 и производится умножение разности (-O) с выхода сумматора 11 на код

t F(g )-у 1, записанный и блок 12- во втором такте работы устройства.

Результат умножения (z -О)ГF(z )-у остается в блоке 12.

4-й такт. По команде блока 14 че-. рез коммутаторы кодов 9 и 10 ко вхо дам сумматора 11 подключаются счет-. чик 4 и регистр 8. Находится раз10)ность (в данном случае F(i )-О), В конце четвертого такта запускается множительно-делительный блок 12 и осуществляет деление числа (z@-О) . Г(z )-у„ Дна найденную разность

,С *. - „1

5-й такт. По команде блока 14 код z- с выхода регистра 6 переписывается в регистр 7 и в сумматор

13, а код; F(z ) с выхода счетчика

4 — в регистр 8. Эта информация будет использована в следующем цикле работы устройства. Теперь на выходе сумматора 13 образован код, определяющий величину нового приближения

*о )--о 1 о l у 3 1)

В конце пятого такта величина z с выхода сумматора 13 переписывается в регистр б.

На этом первый цикл работы устройства заканчивается. Код z<, преобразованный посредством ЦАИ 5 и ана35 логовую величину, определяет новый уровень анализа.

Второй цикл работы устройства происходит аналогично первому.

1-й такт. (Измерение). IIo команде

4() блока 14 на время Т открывается временной селектор 2 и определяется среднее время пребывания исследуемой реализации ниже уровня анали-.

Фза z . Результат измерения, записан45 ный счетчике 4, представляет собой значение функции распределения вероятностей в точке r, Затем осуществляются 2-й, 3-й, 4-й и 5-й такты, как это было описано выше.

В результате после завершения пятого такта в регистре б записано новое второе приближение z, | у г ; Жт " ;и1

В общем случае, когда устройство. проработало и+1 цикл в регистре 6 получаем

F(z )- у«

Практически уже чере 2-3 цикла устройство формирует в регистре б

1012270 код zy, равный с точностью до погрешно ри дискретности ЦАП 5, измеряемой вероятностной характеристике.

В то время как в устройстве-прототипе количество циклов измерений и ручных регулировок порога весьма велико (йесколько десятков ) в устройстве, осуществляемом автоматическое и целенаправленное обыскание измеряемой величины с ее одновременным квантованием, количество циклов работы устройства, за которые измеряется к, не .превышает 2-3, т.е. по крайней мере на порядок лучше, чем в устройстве-прототипе.

Тот же порядок работы устройства полностью сохраняется и при измерении процентных квантилей. В этом случае на шину уставок подается код, указывающий желаемую процентность квантилей. Например, при необходимости измерения величины 20%-процентного квантиля на. шину уставок ук. подается код 0,2 (20%). В остальном работа устройства происходит как это было описано выше, т.е. предложенное устройство дает возможность оперативного перехода на новый режим работы. Такой переход может осуществляться Как,c помощью внешнего переключателя., так и дистанционно по программе. . При этом оценки скорости сходимости полностью сохраняют свою силу, а

1О количество циклов работы по прежнему не превышает 2-3, т.е. на порядок лучше, чем в устройстве-прототипе.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает: повышение быстродействия, по крайней мере на порядок, по сравнению с прототипом за счет автоматизации .процесса измерения, расширение функциональных возможностей устройства, которое обеспечивает измерение не только медианы, но и квантилей непрерывных случайных велинин и процессов.

Составитель В. Фукалов

Редактор М. Келемеш Техред A. Бабинец Корректор A. Тяско

- Ф-----Заказ 2767/61 Тираж 704 Подписное

BRHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьтий ,113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4