Адаптивное цифровое сглаживающее устройство



Адаптивное цифровое сглаживающее устройство
Адаптивное цифровое сглаживающее устройство
Адаптивное цифровое сглаживающее устройство
Адаптивное цифровое сглаживающее устройство
Адаптивное цифровое сглаживающее устройство
Адаптивное цифровое сглаживающее устройство
Адаптивное цифровое сглаживающее устройство
Адаптивное цифровое сглаживающее устройство
Адаптивное цифровое сглаживающее устройство
Адаптивное цифровое сглаживающее устройство
Адаптивное цифровое сглаживающее устройство

Владельцы патента RU 2714613:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") (RU)

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. Технический результат заключается в компенсации погрешности усечения. Предлагается адаптивное цифровое сглаживающее устройство, содержащее арифметический блок из двух сумматоров, регистра сдвига и запоминающего регистра, выход которого является информационным выходом устройства; субблок расчета скорости медианы процесса (МП), содержащий буфер регистровой памяти, блок инверторов, сумматор и схему формирования абсолютного значения скорости МП из блока инверторов и мультиплексора, блок формирования импульсов сдвига, содержащий элемент задержки, элемент И, триггер и генератор импульсов; субблок выбора коэффициента сглаживания по скорости медианы процесса, содержащий компаратор, регистр сдвига, первый и второй элементы И, при этом выходные шины первого сумматора с 1-го по 12-й разряд, монтажно сдвинутые влево, подключены к входным шинам с 5-го по 16-й разряд, соответственно, регистра сдвига, выход последнего соединен с первым входом второго сумматора, выходные шины запоминающего регистра, сдвинутые влево, заведены на шины второго входа второго сумматора, соответственно, а шины выхода второго сумматора подключены к входным шинам запоминающего регистра. 6 ил., 5 табл.

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для сглаживания стационарных и нестационарных случайных процессов.

Известно цифровое сглаживающее устройство (а.с. СССР №1047361, МПК Н03/Н 17/04, 1982), содержащее два сумматора, регистр сдвига, блок формирования импульсов сдвига, блок генерации счетных импульсов по отклонениям, блок управления динамической характеристикой, блок задания соотношения отклонений и два реверсивных счетчика. Устройство имеет относительно большой объем оборудования и функционально ограничено.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является, выбранное в качестве прототипа, адаптивное цифровое сглаживающее устройство (патент РФ №2665908, МПК G06F 17/17, 4.09.2018, бюлл. №25), содержащее арифметический блок из двух сумматоров, регистра сдвига и запоминающего регистра; субблок расчета скорости медианы процесса (МП); блок формирования импульсов сдвига и субблок выбора коэффициента сглаживания по скорости МП. Устройство имеет малую точность сглаживания.

В предложенном устройстве, как в аналогах и прототипе, реализован оператор экспоненциального сглаживания Брауна:

где xn - дискреты входного случайного процесса (СП), состоящего из аддитивной смеси полезной составляющей сигнала (выделяемой детерминированной медианы процесса) и флуктуирующей части (помехи, случайного шума и т.п.), yn - выходные дискреты медианы процесса, α=1/2К - коэффициент сглаживания, 2К - апертура сглаживания; k - показатель степени апертуры.

Δxn=(xn-yn-1) - текущее отклонение от МП; Δyn=αΔxn=(Δxn/2К) - текущее приращение МП. Для получения последнего операция деления на апертуру в арифметическом блоке устройства производится путем сдвига отклонения Δxn вправо на к разрядов (к=1÷5). Сетка дискретных коэффициентов сглаживания для данного устройства имеет следующий ряд α=1/2, 1/4, 1/8, 1/16 и 1/32, что вполне приемлемо для большинства технических применений.

Однако, при выполнении операции сдвига вправо возникает методическая погрешность еу усечения (отбрасывания), имеющая вероятностный характер. Это независимая случайная переменная с отрицательным знаком и равномерной плотностью распределения в диапазоне [0, -(2k-1)] со средним значением для каждого коэффициента сглаживания в представленной ниже таблице:

Отсюда, среднее значение погрешности усечения устройства для всей принятой сетки дискретных коэффициентов сглаживания составит еу=-7. Таким образом, в устройстве не выполняется условие несмещенности оценки математического ожидания медианы сглаживаемого СП. Как видно из результатов моделирования на фиг. 4 и в таблице 1 прототипа и предлагаемого устройства эта погрешность существенно возрастает с ростом апертуры 2К (эффективности сглаживания).

Техническая задача для предлагаемого устройства заключается в компенсации погрешности усечения еу=-7 путем ввода постоянной погрешности дополнения (по аналогии с усечением), имеющей положительный знак и среднее значение ed=+7. При выполнении операции сложения в уравнении (1) обе погрешности взаимно компенсируются.

Поэтому, в адаптивном цифровом сглаживающем устройстве, содержащем арифметический блок из двух сумматоров, регистра сдвига и запоминающего регистра, выход которого является информационным выходом устройства; субблок расчета скорости медианы процесса (МП), содержащий буфер регистровой памяти (предыстории входного дискретного процесса), блок инверторов, сумматор и схему формирования абсолютного значения скорости МП из блока инверторов и мультиплексора; блок формирования импульсов сдвига, содержащий элемент задержки, элемент И, триггер и генератор импульсов; субблок выбора коэффициента сглаживания по скорости медианы процесса, содержащий компаратор, регистр сдвига, первый и второй элементы И, для решения поставленной задачи выходные шины первого сумматора с 1-го по 12-й разряд, монтажно сдвинутые влево на 4 разряда, подключены к входным шинам с 5-го по 16-й разряд, соответственно, регистра сдвига, выход последнего соединен с первым входом второго сумматора, выходные шины запоминающего регистра с 1-го по 12-й разряд, монтажно сдвинутые влево на 4 разряда, заведены на шины второго входа второго сумматора с 5-го по 16-й разряд, соответственно, а шины выхода второго сумматора с 5-го по 16-й разряд подключены к входным шинам с 1-го по 12-й разряд запоминающего регистра, причем, на вторые входы первых трех младших разрядов второго сумматора заведен высокий потенциал логической «1», а на 4-й разряд - потенциал логического «0».

Все элементы арифметического блока устройства имеют 16 двоичных разрядов, а максимальный код входной дискреты СП после аналого-цифрового преобразования (АЦП) не должен превышать значения 4096. Для работы с дискретами превышающими это значение (после АЦП) разрядные сетки регистра сдвига и второго сумматора арифметического блока должна быть увеличены на 4 старших разряда.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: фиг. 1 - блок-схема предлагаемого устройства; фиг. 2 - блок-схема одного канала блока сглаживания; фиг. 3 - схема формирования абсолютного значения скорости МП; фиг. 4 - реакция (фазовый сдвиг, запаздывание) устройства на скачок МП без компенсации погрешности усечения при сдвиге отклонений процесса от медианы СП в регистре сдвига; фиг. 5 - поразрядная схема монтажа соединений входов и выходов арифметического блока; фиг. 6 - реакция (фазовый сдвиг, запаздывание) устройства на скачок МП с компенсацией погрешности усечения при сдвиге отклонений процесса от медианы СП в регистре сдвига.

Выбирая две точки (ординаты) буфера предыстории (текущую и конечную) получим следующую формулу вычисления скорости медианы сглаживаемого случайного процесса:

где H - временной интервал замера скорости; yп и yп-H - текущая и конечная ординаты буфера предыстории; Н=NT, где N - количество регистров в буфере, Т - цикл работы устройства.

Устройство содержит (см. фиг. 1) арифметический блок, в состав которого входят первый сумматор 1, регистр сдвига 2, второй сумматор 3, запоминающий регистр 4, информационные вход 5 и выход 6; блок формирования импульсов сдвига 7, содержащий триггер 8, элемент И 9, генератор импульсов 10 (fг) и элемент задержки 11; субблок 12 расчета скорости медианы процесса, содержащий одноканальный блок сглаживания 13 (см. авт. св. СССР №748417, кл. G06F 15/32, бюл. №26, 1980) из сумматора 14 и регистра 15 (см. фиг. 2), буфер регистровой памяти предыстории процесса из N последовательно соединенных регистров 16, блок инверторов 17, сумматор 18 и схему 19 формирования абсолютного значения скорости (|у'n|) из блока инверторов 20 и мультиплексора 21 (фиг. 3); субблок 22 выбора коэффициента сглаживания по скорости медианы процесса, содержащий компаратор 23, регистр сдвига 24 с шиной 25 ввода «1» в 7-й разряд регистра, первый 26, второй 27 элементы И и тактирующий вход 28 (fт).

Для предложенного устройства установлен диапазон изменения коэффициента сглаживания с пятью фиксированными ступенями α с соответствующими значениями кода апертуры 2К и обратного кода апертуры сглаживания 26-К (см. табл. 2).

Алгоритм выбора коэффициента сглаживания по скорости медианы процесса построен на сравнении кода последней с обратным кодом апертуры сглаживания (А=26-К). Чтобы сделать код скорости медианы процесса во всем возможном спектре ее изменения (от минимальной до максимальной, почти, скачка) соизмеримым при сравнении с диапазоном обратного кода апертуры (64, 32, 16, 8, 4, 2), он делится на масштабный коэффициент Км: Vm=Vnм, где Vm - приведенная (виртуальная) скорость медианы процесса, причем ее максимальное значение не должно превышать предельного значения обратного кода апертуры (A=64), т.е. Vm макс<64. Поскольку масштабный коэффициент Км зависит от емкости разрядной сетки аналого-цифрового преобразования (АЦП) входного сигнала, то для 12-ти разрядного АЦП: Км=4096/64=26, М=6; для 10-ти разрядного АЦП: Км=1024/64=24, М=4 и т.д.

Операция приведения кода скорости медианы процесса к требуемому диапазону (0÷64) путем деления ее на масштабный коэффициент производится монтажно - путем сдвига выходных шин субблока 12 расчета скорости МП на М разрядов вправо при вводе их на второй информационный вход компаратора 23 субблока 22 выбора коэффициента сглаживания. Такая операция на блок-схеме (см. фиг. 1) обозначена кружочком.

В соответствии с формулой (1) один цикл работы предложенного устройства идентичен прототипу и производится за три такта. В первом такте управляющий импульс со входа 28 инициирует работу одноканального блока сглаживания 13, выходная ордината yn которого поступает в первый регистр 16 блока памяти субблока 12 расчета скорости МП, одновременно производится перезапись (сдвиг) предшествующих ординат в соседние регистры 16, т.е. формируется предыстория процесса. По формуле (3) рассчитывается скорость МП и на выходе субблока устанавливается ее абсолютное значение Vn. Этот же тактирующий импульс 28 фиксирует в регистре 2 текущее отклонение Δxn, записывает от шины 25 «1» в 7-й (старший) разряд регистра сдвига 24, фиксируя в нем максимальный обратный код апертуры сглаживания (А=64) и установкой в «1» триггера 8 запускает в работу во втором такте блок формирования импульсов сдвига 7. Последний - вырабатывает от генератора 10 серию минитактов (fг), причем fг>>fт (fг=fсдв), первый и последующие из которых сдвигают «1» в регистре сдвига 24 вправо на один разряд, формируя в нем потактно (к=1÷5) позиционный обратный код апертуры А=26-К, который в компараторе 23 сравнивается с кодом приведенной скорости процесса В=Vm, одновременно импульсы сдвига (k) формируют через элемент И 26 при выполнении соотношения (В<А) компаратора 23 текущие приращения МП Δyn в регистре сдвига 2. Вышеперечисленные минитакты будут продолжаться до выполнения в компараторе 23 соотношения (В>А), высокий уровень («1») выходного сигнала которого, в этом случае, через элемент И 27 разрешит уже в третьем такте запись результата сглаживания в выходной регистр 6.

В таблице 3 приведен пример цикла выбора коэффициента сглаживания для конкретного значения приведенной скорости МП: В=Vm=7.

В табл. 1 приведены результаты моделирования работы устройства на ЭВМ без компенсации (ed=0) отрицательной погрешности усечения еу=-7 при сдвиге текущих отклонений Δxn процесса от медианы СП в регистре сдвига 3.

В табл. 4 приведены результаты моделирования работы устройства на ЭВМ с компенсацией отрицательной погрешности усечения еу=-7 вводом положительной погрешности дополнения ed=+7.

В табл. 5 приведены результаты моделирования работы устройства на ЭВМ с компенсацией отрицательной погрешности усечения еу=-7 вводом положительной погрешности дополнения ed=+14. (Перебор!)

Адаптивное цифровое сглаживающее устройство, содержащее арифметический блок из двух сумматоров, регистра сдвига и запоминающего регистра, выход которого является информационным выходом устройства; субблок расчета скорости медианы процесса (МП), содержащий буфер регистровой памяти предыстории входного дискретного процесса, блок инверторов, сумматор и схему формирования абсолютного значения скорости МП из блока инверторов и мультиплексора; блок формирования импульсов сдвига, содержащий элемент задержки, элемент И, триггер и генератор импульсов; субблок выбора коэффициента сглаживания по скорости медианы процесса, содержащий компаратор, регистр сдвига, первый и второй элементы И, отличающееся тем, что выходные шины первого сумматора с 1-го по 12-й разряд, монтажно сдвинутые влево на 4 разряда, подключены к входным шинам с 5-го по 16-й разряд, соответственно, регистра сдвига, выход последнего соединен с первым входом второго сумматора, выходные шины запоминающего регистра с 1-го по 12-й разряд, монтажно сдвинутые влево на 4 разряда, заведены на шины второго входа второго сумматора с 5-го по 16-й разряд, соответственно, а шины выхода второго сумматора с 5-го по 16-й разряд подключены к входным шинам с 1-го по 12-й разряд запоминающего регистра, причем на вторые входы первых трех младших разрядов второго сумматора заведен высокий потенциал логической «1», а на 4-й разряд - потенциал логического «0».



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к адаптивным фильтрам в частотной области с делением на блоки. Технический результат заключается в расширении арсенала средств того же назначения.

Изобретение относится к области обработки информации, может использоваться в цифровых системах контроля, слежения и управления различными объектами, а также в устройствах спектрального анализа.

Изобретение относится к области цифровой обработки информации и может быть использовано для экстраполяции положения движущихся объектов. Техническим результатом является повышение точности оценки, устойчивости и снижение объема вычислительных затрат.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. Технический результат – обеспечение автоматического выбора коэффициента сглаживания в зависимости от скорости медианы процесса (МП).

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. Технический результат – обеспечение автоматического выбора величины степени сглаживания числа задействованных каналов сглаживания, обратно пропорциональной скорости медианы процесса.

Изобретение относится к области цифрового управления объектами авиационной техники, техники обработки и передачи дискретной информации в таких системах, и для создания цифровых фильтров.

Изобретение относится к радиолокационной технике. Предназначено для идентификации параметров модели ЛЧМ-сигналов в дискретные моменты времени.

Группа изобретений относится к многокаскадным фильтрам и может быть использована для фильтрации данных с использованием таких фильтров. Техническим результатом является обеспечение параллельной обработки данных.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки информации с высокими требованиями к частотной избирательности выполнения фильтрации.

Изобретение относится к области обработки цифровых данных, в которых используется операция деления на постоянный целочисленный делитель. .

Изобретение относится к средствам обработки информации для сглаживания и прогнозирования стационарных и нестационарных случайных процессов. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей путем увеличения времени прогноза в два раза при том же объеме буфера памяти.

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в системах аналоговой вычислительной техники как средство предварительной обработки информации.

Изобретение относится к средствам фильтрации импульсных помех в радиосигналах. Технический результат заключается в устранении задержки в выходном сигнале, а также уменьшении дисперсии ошибок, вносимых помехами.

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве интерфейса для выделения заданного спектра источника сигнала. Технический результат заключается в обеспечении независимой подстройки трех основных параметров АЧХ – частоты полюса (ωp), затухания полюса (dp), а также коэффициента передачи в полосе пропускания (М) полосового АRC-фильтра.

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике, предназначено для ранговой обработки аналоговых сигналов и может быть использовано в системах аналоговой вычислительной техники как средство предварительной обработки информации.

Изобретение относится к адаптивным фильтрам в частотной области с делением на блоки. Технический результат заключается в расширении арсенала средств того же назначения.

Изобретение относится к средствам ограничения спектра источника сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций.

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для ранговой обработки аналоговых сигналов. Техническим результатом является обеспечение выбора минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из n входных аналоговых сигналов, где n≥4.

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано как средство предварительной обработки информации для реализации выбора минимального, супраминимального, медианного, субмаксимального или максимального из пяти входных аналоговых сигналов.

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано как средство предварительной обработки информации для ранговой обработки аналоговых сигналов.

Изобретение относится к области цифровой вычислительной техники. Технический результат заключается в повышении точности коррекции динамической погрешности измерительных систем.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. Технический результат заключается в компенсации погрешности усечения. Предлагается адаптивное цифровое сглаживающее устройство, содержащее арифметический блок из двух сумматоров, регистра сдвига и запоминающего регистра, выход которого является информационным выходом устройства; субблок расчета скорости медианы процесса, содержащий буфер регистровой памяти, блок инверторов, сумматор и схему формирования абсолютного значения скорости МП из блока инверторов и мультиплексора, блок формирования импульсов сдвига, содержащий элемент задержки, элемент И, триггер и генератор импульсов; субблок выбора коэффициента сглаживания по скорости медианы процесса, содержащий компаратор, регистр сдвига, первый и второй элементы И, при этом выходные шины первого сумматора с 1-го по 12-й разряд, монтажно сдвинутые влево, подключены к входным шинам с 5-го по 16-й разряд, соответственно, регистра сдвига, выход последнего соединен с первым входом второго сумматора, выходные шины запоминающего регистра, сдвинутые влево, заведены на шины второго входа второго сумматора, соответственно, а шины выхода второго сумматора подключены к входным шинам запоминающего регистра. 6 ил., 5 табл.

Наверх