Устройство для определения среднего значения нестационарного случайного процесса

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащее первый блок вычитания, первый вход которого является входом устройства, блок вычисления абсолютной величины, блок умножения, интегратор, сумматор , первый вход которого объединен с вторым входом первого блока вычитания и соединен с выходом интегратора , первый вход блока умножения подключен к выходу первого блока вычитания , соединенному с входом блока вычисления абсолютной величины, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй блок вычитания и масштабный блок, выход которого подключен к первому входу второго блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом блока умножения, выход второго блока вычитания подключен к входу интегратора и второму входу сумматора, вход масштабного блока соединен с выходом первого блока вычитания.

.СО(ОЭ С(:ЕЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК (1Е (В

3(5п С 06 С 7 52

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3592120/18-24 (22) 17.05.83 .((46) 07.09.84. Бюл. Ф 33 (72) В.Ф. Миргород, В.С. Ситников и С.Т. Тихончук (71) Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (53) 681.333(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 506023, G 06 С 7/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

У 813473, кл. С 06 С 7/52, 1981 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО

СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащее первый блок вычитания, первый вход которого является входом устройства, блок вычисления абсолютной величины, блок умножения, интегратор, сумматор, первый вход которого объединен с вторым входом первого блока вычитания и соединен с выходом интегратора, первый вход блока умножения подключен к выходу первого блока вычитания, соединенному с входом блока вычисления абсолютной величины, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй блок вычитания и масштабный блок, выход которого подключен к первому входу второго блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом блока умножения, выход второго блока вычитания подключен к входу интегратора и второму входу сумматора, вход масштабного блока соединен с выходом первого блока вычитания.

1112378

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для определения характеристик нестационарных случайных процессон. Устройство может быть использовано, например, в системах автоматического управления и регулирования технологическими процессами.

Известно устройство для определе- „ ния среднего значения нестационарного 1О процесса, содержащее блок вычитания, первый вход которого является входом устройства, блок умножения и сумматор Я .

Наиболее близким по технической 15 сущности к предлагаемому является устройство для определения среднего значения нестационарного случайного процесса, содержащее блок вычитания, первый вход которого является входом щ устройства, блок умножения, сумматор, блок вычисления абсолютной величины и интегратор, при этом выход блока вычитания подключен к входу блока вычисления абсолютной величины и к 25 первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока нычисления абсолютной величины, выход блока умножения подключен к входу интегратора и к первому входу 5б сумматора, второй вход которого объединен с вторым входом блока вычитания и соединен с выходом интегратора, а выход сумматора янляется выходом устройства (2) .

Недостатками известных устройств является низкая точность определения характеристик нестационарного случайного процесса.

Цель изобретения — повышение точ- 40 ности устройства, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения среднего значения нестационарного случайного процесса, содержащее первый блок45 вычитания, первый вход которого является входом устройства, блок нычисления абсолютной величины, блок умножения, интегратор, сумматор, первый вход которого объединен с вторым вхо 5О дом первого блока вычитания и соединен с выходом интегратора, первый вход блока умножения подключен к выходу первого блока вычитания, соединенному с входом блока вычисления абсолютной 55 величины, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, введены второй блок нычитания и масштабный блок, выход которого подключен к первому входу второго блока вычитания второй вход которого соединен

Ф

1 с выходом блока умножения, выход второго блока вычитания подключен к входу интегратора и второму входу сумматора, вход масштабного блока соединен с выходом первого блока вычитания, На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 — вид функции

f{ Е), Устройство содержит блоки 1 вычитания, блок 2 вычисления абсолютной величины, блок 3 умножения, блок 4 вычитания, интегратор 5, сумматор 6 и масштабный блок 7.

Принцип действия предлагаемого устройства основан на гистерезисйом с".лаживании нестацибнарного случайного процесса в соответствии с нелинейной рекуррентной процедурой:

«йх И"-+х (n- <)+< (п1-«п хtn-1) } lхрп7 (i) (и „)1- (Я "„(<3) где «й LnJ — измеряемая на выходе х устройства оценка среднего значения нестационарного случайного процесса в текущий момент времени п;

«nqhn-1J — оценка среднего значения нестационарного случайного процесса в предыдущий момент времени и-1;

< En3 — исследуемый нестационар; ный случайный процесс;

М, — коэффициенты пропорциональности.

Если обозначить невязкуГ(п)= К(о)л — «n „(n-< J, то (1) можно определить в виде л «пх&™х(п- 1 М.Kpn) E(n)(-g.f(gJ

= ««1х 3""-11+ (KCИ1 1. (2.)

Нелинейная функция (я ) в правой части (2) имеет вид, изображенный на фиг. 2, и представляет собой участки двух парабол:

®- - E,,при K>0 ...„1

- E - .K, при К<0 причем1корнями уравнения1(K ) = elan.

° ® - Е являются точки - 7, О, (°

В основе действия предлагаемого изобретения лежит тот факт, что устройство с нелинейностью вида (3), реализованной на блоках 2-4 и 7, ох2378 4

< (E п) ) (фиг. 2) выходной сигнал " второго блока 4 вычитания практически не изменяется, Если же возникает сигнал нев.-.-.ки, обусловленный действительным отличием среднего значения исследуемого процесса xnan) от л

его оценки m>, то невязка отрабатывается с высоким быстродействием, поскольку вне окна сглаживания устройство работает на параболических участках характеристики r(EQn)) .

Таким образом, отрабатывается лишь действительно имеющееся рассогласование между средним значением исследуемого нестационарного случайного процесса и его оценкой и эффективно сглаживаются случайные флуктуации исследуемого процесса, чем достигается повышенная точность предлагаемого устройства, т.е. цель изобретения.

Среднеквадратическое значение ошибки оценки среднего значения для прототипа составляет 6 = 0,213, амплитуда шумовой составляющей А

fYl

= 0,31 при оптимально подобранных коэффициентах. В предлагаемом устройстве d = 0,132, А = 0,25, что примерно в 1,5 раза меньше, чем для прототипа. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет при несмещенной оценке обеспечить повышение точности определения среднего значения нестационарного случайного процесса в 1,5 раза. з t11 ваченной интегрирующей обратной связью по цепи, вывод блока 4 - интег» ратор 5 — второй вход первого блока

1 вычитания, имеет гистерезисную нелинейную характеристику с окном, рав- 5 ным 2„Я . Поэтому помехи, интенсив32 ность которых меньше или равна ширине окна, эффективно сглаживаются, Кроме того, оценка среднего для укаэанных помех может быть достигнута несмещенной.

Устройство работает следующим образом:

Исследуемый сигнал x(ng поступает на первый вход блока 1 вычитания, где из него вычитается Й„(п-l), а получаемый на выходе блока 1 сигнал невязки Я (п = х Я вЂ” Ь (и-1) поступает на первый вход блока 3 умножения с масштабным коэффициентом, равным О(,, а также на вход блока 2 вычисления абсолютной величины и через. масштабный блок 7 с коэффициентом на второй вход второго блока 4 вычитания. Выходной сигнал блока вычисления абсолютной величины(Я (п) умножается в блоке 3 умножения на сигнал

Я;j (n), при этом выходной сигнал бло ка 3 умножения о .ffn)- g$ng поступает на первый вход блока 4 вычитания, 30 где из него вычитается сигнал .gfng.

Получаемый на выходе второго блока 4 вычитания сигнал f („ n ) =g g $n) f g (nP

-II g(n) поступает на вход интегратора 5 и первый вход сумматора 6, на З5 второй вход которого подается сигнал л ш (n-1, поступающий также на второй вход первого блока 1 вычитания с выхода интегратора 5. На выходе сумматора 6 вырабатывается сигнал m (n), 40 л соответствующий оценке среднего значения нестационарного случайного процесса, и, таким образом, выход сумматора 6 является выходом устройства.

Случайные флуктуации исследуемого 45 процесса х п, поступающего на вход . устройства, не оказывают влияния на выходной сигнал устройства A< fn), так как в окне сглаживания в соответствии с выбранным видом фукнции

Применение предлагаемого устройства в системах автоматического управления и регулирования позволит повысить точность определения параметров управляемых объектов и технологических процессов, что, в свою очередь, обеспечит улучшение качества регулирования. В информационноизмерительных системах и вычислительной технике применение предлагаемого устройства позволит повысить точность и достоверность обработки информации, что и определяет получаемый от исполь.зования предлагаемого устройства технико-экономический эффект.

1112378

Составитель И. Мухин

Редактор Е. Палп Техред С.Легеза Корректор А.Тяско к

Заказ 6460/34 Тираж 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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