Устройство для вычисления текущей оценки среднего значения

 

Союз Советскик.Социапистиичесиих

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТВПЬСТВУ

<>858002 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 211279 (21} 2895083/18-24 с присоединением заявки Но (23) Приоритет

Опубликовано 230881. Бюллетень Н9 31

Дата опубликования описания 230881 (51)М. Нл.

G 06 F 15/36

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 681. 3 (088.8) (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ТЕКУЩЕЙ

ОЦЕНКИ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ

Изобретение относится к области автоматики. и вычислительной техники и может быть использовано для аппаратурного анализа случайных процессов в системах сбора и обработки ин5 формации.

Известно устройство для вычисления текущей оценки среднего значения, содержащее аналого-цифровой преобра- 30 зователь, арифметический блок, регистр реверсивный н двоичный счетчики,запоминающий блок и блок управления j1), Недостатками данного устройства являются большие аппаратурные затраты и сложность процесса вычисления среднеи величины.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, сбдержащее компаратор, первый и второй вы- 2О ходы которого подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика,выходы которого подключены к входам преобразователя код-напряжение,выхоц преобразователя код-напряжение соединен с первым входом компаратора,второй вход которого является входом ЗО устройства, блок управления и генератор тактовой частоты (2 ).

Недостаток этого устройства — низкое быстродействие при определении среднего значения, что ограничивает область его применения, например, при измерении среднего значения быстропротекающих процессов, т.е. устройство не отвечает современным требованиям анализа случайных процессов.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

С этой целью в устройство для вычисления текущей оценки среднего значения введены .третий и четвертый элементы И и дополнительный реверсивный счетчик, при этом выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу блока управления, второй вход которого соединен с третьим выходом компаратора, первый и второй входы которого подключены соответственно к первым входам третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых объединены и соединены с выхо" дом блока управления, выходы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к первым и вторьвю входам дополнительного реверсивного счетчика, выход которого является вы858002 ходом устройства, вторые входы первого и второго элементов И объединены и соединены с выходом генератора тактовых импульсов.

Кроме того, блок управления содержит первый и второй счетчики,дешифратор, и ээллееммееннттоов в ИИ, элемент ИЛИ, при этом выходы первого счетчика подключены к сбответствующим входам дешифратора, выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И, выходы которых подключены к соответствующим входам элемента

ИЛИ, выход которого является выходом блока управления, вход второго счетчика объединен с вторым входощ и-го элемента И и является первым входом блока управления, выходы второго счетчика подключены соответственно к вторым входам (п-1} элементов И, вход первого счетчика являет" ся вторым входом блока управления.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит первый 1,второй 2, третий 3 и четвертый 4 элементы И, реверсивный счетчык 5, преобразователь б код-напряжение, компаратор 7, блок 8 управления, дополнительный реверсивный счетчик 9, генератор 10 тактовой частоты. Блок 8 управления состоит из дешифратора 11, элементов И 12, первого счетчика 13, второго счетчика 14, элемента ИЛИ 15.

Устройство работает следующим образом.

Алгоритм, согласно которому вычисляется оценка среднего искомой величины, определяется по следующему рекуреитному соотношению

Х„= Х +P„61/4 (X„ -X1. ),(4) где Р. - весовые коэффициенты,значения которых выбираются из условия Минимального смещения вычисляемого среднего от истинного значения математического ожидания.

Для случайного процесса с известным законом изменения можно подобрать весовые коэффициенты Р;, которые в наибольшей степени удовлетворяют условиЮ наилучшего приближения вычисляемой оценки к математическому ожиданию. Путем моделирования на ЦВИ были получены значения P. для ряда наиболее часто вращающихся законов изменения случайных процессов. Вычис,ление текущей оценки среднего значения Х„ с использованием рассчитанных весовйх коэффициентов Р1 позволяет увеличить скорость и эффективность (т.е. минимальное смещение оценки среднего значения от истинного} вычисления.

Переходя от рекурентного соотношения (1) к непрерывной сумме членов ряда, алгоритм можно представить в виде

X„= Е PÄ 5ign (К; -Х „„) ()

1 Ь1 1

Устройство, реализующее данный алгоритм, работает следующим образом

1О

ЗО

$O

Я

Исходно-реверсивный счетчик 5,дополнительный реверсивный счетчик 9 и счетчик 13 блока 8 управления находятся в нулевом состоянии. Сигнал

0 на выходе преобразователя б коднапряженке равен нулю. В момент появления сигнала 0(с) на втором входе компаратора 7 выполняется условие

0(t) ) О, и на первом и третьем выходах компаратора 7 формируются сигналы. Сигнал с первого выхода открывает элементы И 1 и 3. Сигнал, формируемый на третьем выходе компаратора, поступает на счетный вход четчика

13 блока 8 управления. На выходах счетчика 13 формируется кодовая комбинация, отличная от нулевой, которая поступает на дешифратор 11, открывающий элемент или группу элементов И 12 соответственно коду на выходе счетчика 13. На первом шаге весовои коэффициент Р = 1. При этом открывается элемент и 12, через который импульсная последова-.ельность с выхода тактового генератора проходит на вход элемента ИЛИ 15. Таким образом, в первый такт работы устройства с генератора 10 и блока 8 управления через открытые элементы И 1 и И 3 на входы "сложения" реверсивных счетчиков поступает импульсная последовательность с частотой F = 0,5. На выходе преобразователя б коднапряжение формируется уравновешивающий сигнал, пропорциональный коду в счетчике 5. В момент равенства сигналов 0(t) и 0 компаратор 7 снимает разрешающий сигнал на первом выходе и закрывает, таким образом, элементы вает компаратор 7 и, в зависимости от знака изменения U(t), вырабатывает разрешающий сигнал либо на первом выходе, что соответствует положительному приращению 0(с), либо на втором выходе, что соответствует отрицательному приращению U(t). Сигнал на третьем выходе компаратора формируется в каждом случае и поступает на счетный вход счетчика 13, увеличивая его содержимое на едницу и выбирая тем самым очередной весовой коэффициент P4 .

В случае отрицательного приращения 0(с) срабатывает компаратор 7, который открывает элементы И 2 и И 4.

И1и3.

В реверсивном счетчике 5 и дополнительном реверсивном счетчике 9 сформированы коды И„ и И, равные между собой и пропорциональные исследуемому напряжению 0(с).

При изменении входного сигнала

0(с) в любую сторону, вновь срабаты858002

"i= 2-А5 о ЬТ„{Ъ)

35. где а „=" о и -И „)

Подставляя выражение для а Т.1 в (3) пол чим у и =N - ор (и -н 1.

То есть, в дополнительном реверсивном счетчике зафиксирован код Й, равный среднему арифметическому двух значений сигналов U(с1) и U(q), Очевидно,, что к моменту i ãî уравновешивания код и в дополнительном реверсивном счетчике 9 равен ьР =й" " кР,;{К,-м"„ ), (4) й1 < - код в дополнительном

2 реверсивном счетчике 9 в (i 1) такт уравновешивания, где

Nq и М вЂ” коды в основном реверс-л сивном счетчике соответственно в i и (1-1) тактах уравновешивания, Р. - текущее значение весо- 49

aoro коэффициента г (-1, BC hM 1ч - М"-" < o.

" l+1,ÅÑÙ М „-Н „" СО

Дешифратор открывает элемент И,соответствующии очередному коэффициенту и равныи для второго такта работы

0,5. Импульсная последовательность с выхода тактового генератора 10 с частотой f поступает на вход счетчика 5

14. На выходах последнего Формируются частотные рискреты fo 2, fo ° 2 .f 2 + ...,é 2,, т.е. (, 0,5, о, 0,25, f . 0,125, что дает воэможность полуо чить любой коэффициент с заданной точностью, т.е. в общем виде значение весового коэффициента на i òîì шаге определится в виде."

Р, =201f, 2", 1-1

15 где а. — коэффициенты, равные соот.ветственно 1 для группы открытых элементов H 12 и 0 для закрытых.

Так как второй коэффициент равен

5, открывается один элемент И, > О через который на выход блока управления проходит импульсная последовательность с частотой 0,5.

Данная частотная дискрета через открытый элемент И 4 поступает на Я5

"вычитающий" вход дополнительного реверсивного счетчика 9. А на "вычитающий" вход основного реверсивного счетчика 5 поступает частота

К моменту уравновешивания U(t) напря- gy жением с выхода преобразователя б код-напряжение в дополнительном реверсивном счетчике 9 будет зафиксирован код легко заметить, что выражение (4) тождественно совпадает с (1).

Таким образом, устройство вычисляет текущую оценку среднего значения случайного сигнала. Причем скорость вычисления, а также эффективность вычисления выме, чем в изветсном устройстве. Указанные преимущества достигаются за счет применения более эффективного оператора текущего сглаживания, который ближе к оптимальному.

Формула изобретения

1. Устройство для вычисления текущей оценки среднего значения, содержащее компаратор, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И, выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика, выходы которого подключены к входам преобразователя код-напряжение, выход преобразователя код-напряжение соединен с первым входом компаратора, второй вход которого является входом устройства, блок управ- . ления и генератор тактовой частоты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в устройство введены третий и четвертый элементы И и дополнительный реверсивный счетчик, при этом выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу блока управления, второй вход которого соединен стретьим выходом компаратора, первый и второй входы которого подключены соответственно к первым входам третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых объединены и соединены с выходом блока управления, выходы третьего и четвертого элементов И соединены соответственно с первым и вторым, входами дополнительного ревер. сивного счетчика, выход которого является выходом устройства, вторые .входи первого и второго элементов И объединены и соединены с выходом генератора тактовых импульсов.

2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит первый и второй счетчики, дешифратор, и элементов И,элемент ИЛИ, при этом выходы первого счетчика подключены к соответствующим входам дешифратора, выходы которого :соединены соответственно с первыми входами элементов И, выходы которых подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока уп равления, вход второго счетчика объединен с вторым входом n-ro элемента

И н является первьзч входом блока управления, выходы второго счетчика

858002 подключены соответственно к вторым входам (n-1) элементов И, вход первого счетчика является вторым входом блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 619924, кл. G 06 F 15/36, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

9 488213, кл. G 06 F 15/36, 1973 (прототип).

Закаэ 7246/80 Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ппп "патент", r. Ужгород, ул. проектная, 4

Составитель Л.Григорьян-Чтенц

Редактор О. Половка Техред М. Рейвес Корректор Г. Решетник