Устройство для статистической обработки информации

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

OllMCAHHE

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >942043 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву(22) аивлено 20.11.80(21) 3006490/18-24 с присоединением заявки М— (23) Прнорнтет— (5! )М. Кл.

G 06 F 15/36 фвударстеаю1 коввтет

СИР вв диам юобретевкН и еткрытк1

Опубликовано 07. 07. 82. Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 10.07.82 (53) УДК 681. 3 (088.8) Н.А. Донченко, В.Н. Никулин, В.Г. Пшеничный, Сll,Сапожникова и А.А. Урсатьев (72) Авторы изобретения

1 „1, l

13,"„.,"„

Ордена Ленина институт кибернетики А Украййской ССР (11) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРА6ОТКИ

ИНФОРМАЦИИ

ХтХЬ=Х Ч, та (1).

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано при исследованиях различных физических явлений для статистической обработки данных,нап5 равленной на построение математической модели объекта.

--ч

Известно устройство для статистической обработки информации, которое может быть использовано для получения математической модели объекНайболее близким к предлагаемому является устройство, предназначенное для автоматического определения модели объекта, содержащее блок управления, датчики входных и выходных переменных объекта, соединенные с блоками памяти, выходы которых zo подключены к блоку идентификации, и блок контроля идентификации, соединенный своим первым входом и выходом блока идентификации. Построе"

2 ние модели объекта сводится к решению систем нормальных уравнений, которая в матричной форме может быть записана в виде где В - вектор коэффициентов модели1

Х - матрица независимых переменных, X - транспонированная матрица Х; т

У - вектор наблюдений.

Коэффициенты модели определяются из (1). согласно выражению

В=(Х X) Х (2) с дисперсиями . S Ь; =С„.„. S gal, где С.. - диагональные элементы матрицы (Хт X} " и $ f у дисперсия ошибки опыта.

В известном устройстве по накопленным в памяти массивам входных

3 94

Х и выходных У переменных блок иден- тификации определяет коэффициенты

В модели в соответствии с выражением t 2 ). Блок контроля идентификации производит проверку значимости полученной модели, т.е. ее пригодности для оптимизации управления объектом.

В общем случае анализ значимости модели включает в себя два этапа.

На первом этапе проверяется значимость коэффициентов модели, а на втором - ее адекватность опытным данным. Проверка адекватности модели осуществляется сопоставлением дисперсии ошибки опыта с величиной л (3) ж

NN-С - 4 л

I где - предсказанное по модели

1 значение У в i-ом опыте;

N - число опытов;

К - число регистрируемых переменных в эксперименте;

d - степень аппроксимирующего полинома (2J.

S устройстве-прототипе выполняется только проверка значимости коэффициентов модели. Для осуществления проверки адекватности Фмодели экспериментальным данным традиционными методами в известном устройстве потребовалось бы хранить матрицу независимых переменных И и вектор наблюдений У до конца эксперимен та; вычислять и запоминать значения „, рассчитанные в соответствии с полученными по выражению (2 ) коэффициентами математической модели; проводить вычисления по нахождению дисперсии неадекватности в соответствии с выражением (3 ).

Все это потребовало бы в известных устройствах наличия дополнительных вычислительных мощностей или средств и объема оперативной памяти, а кроме того привело бы к непроиз- водительным затратам времени на обра ботку экспериментальных данных.

Цель изобретения - упрощение и повышение быстродействия устройства при осуществлении проверки адекватности модели экспериментальным данным.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для статистической обработки информации, содержащее первь|й и второй блоки памяти, 2943 4

5 о

15 о

25 зо

55 информационные входы которых являются соответственно первым и вторым входами устройства, первый и второй блоки памяти управляющий вход каждого иэ блоков памяти соединен соответственно с первым и вторым выходами блока управления, а выход каждого блока памяти подключен к соответствующему входу блока идентификации, выход которого соединен с первым входом блока контроля идентификации, введены реверсивный счетчик, сумматор-вычитатель, ключ, счетчик с переменным коэффициентом счета и квадратор, первый вход которого соединен с выходом второго блока памяти, а выход соединен с .информационным входом ключа, управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока управления, а выходы ключа соединены соответственно с суммирующим входом сумматора-вычитателя и информационным входом счетчика с переменным коэффициентом счета, управляющий вход которого подключен к четвертому выходу блока управления, а выход соединен с вычитающим входом сумматора-вычитате" ля, выход которого соединен со вторым входом блока контроля идентифи" кации, управляющий вход - с пятым выходом блока управления непосредственно и через реверсивный счетчикс третьим входом блока контроля идентификации, первый выход которого является выходом устройства и соединен с вторым входом квадратора, а второй выход блока контроля идентификации подключен к входу блока управления, шестой выход которого соединен с четвертым входом блока контроля идентификации, кроме того, блок контроля идентификации состоит из коммутатора, выход которого через делитель соединен с первым входом схемы сравнений, второй вход которой подключен к первому выходу узла хранения констант и уставок и первому входу коммутатора, второй вход которого является вторым входом блока, а третий вход коммутатора является первым входом блока и соединен через регистр с первым входом ключа, второй вход которого подключен к выходу элемента И, информационный вход которого соединен с выходом схемы сравнения и является вторым выходом блока, управляющий вход элемента И объединен с четвертым входом коммутатора

9420 и является четвертым входом блока, при этом вход узла хранения констант и уставок является третьим входом блока, кроме того, блок управления содержит генератор импульсов, выход которого соединен с первыми входами узла регистров сдвига и узла элементов И, второй вход узла регистров сдвига соединен с выходом узла памяти, а выход — с вторым входом узла 10 элементов И, третий вход которого является входом блока, а выход соединен с узлом формирователей импульсов, выходы которого являются соответственно с первого по шестой выхода-15 ми блока.

На фиг.! представлена блок-схема устройства, на фиг.2 — схема блока управления; на фиг.3 - схема блока контроля идентификации. 20

Устройство содержит датчики 1 входных и выходных переменных объекта управления, блоки 2 памяти, блок

3 идентификации, блок 4 управления, блок 5 контроля идентификации, квад- 25 ратор 6, ключ 7, сумматор-вычитатель

8, счетчик 9 с переменным коэффициентом счета, реверсивный счетчик 10, генератор 11 импульсов, узел 12 памяти, узел 13 регистров сдвига, зо блок 14 элементов И, блок 15 формирователей импульсов, регистр 16, коммутатор 17, делитель 18, схема 19 сравнения, узел 20 хранения констант и уставок, элемент И 21 и ключ 22.

Устройство работает следующим образом.

Входные и выходные переменные объекта управления с помощью датчиков

1 преобразуются во входные и выходные сигналы, которые накапливаются в блоках 2 памяти.

В процессе проведения экспери- 45 мента в блоках 2 памяти накапливаются значения независимой переменной

Х, вектора наблюдений У. По окончании накопления Х и У считываются из памяти по команде блока 4 управления и подаются на входы 10 и 11 блока

3 идентификации, в котором рассчитываются коэффициенты Ь„ регрессионной мрдели из системы нормальных уравнений (1) и дисперсии g „j, характеризующие ошибки в их. определении. Вычисленные значения b è Яф. поступают в блок 5 контроля идентификации, где выполняется проверка их

43 6 значимости. Для этого делителем 18 блока 5 рассчитывается величина

1 b„-!

t.= — з

5)b1, которая затем сравнивается в схеме

19 с табличными (табулированными ) значениями т, хранимыми в узле 20 хранения констант и уставок ° В слу-, чае, если

61ДЪ 6 т) =+" (gj то коэффициент b„ признается значимым. При выполнении условия (4) на выходе схемы 19 сравнения формируется сигнал, разрешающий поступ" ление значений коэффициентов математической модели исследуемого явления (процесса) на выход устройства, к примеру на печать. В процессе проверки значимости коэффициентов, их значения хранятся в регистре 16.

Сигнал на ключ 22, разрешающий считывание коэффициентов модели с регистра 16, поступает с выхода элемента

И 21. Сигнал на втором входе элемента И 21, отвечающий уровню сигнала на ее первом входе, формируется блоком 4 управления. По этому же сигналу коммутатор 17 производит подключение выхода блока 3 идентификации ко входу блока 5 контроля идентификации, т.е . осуществляет передачу значений Ь и S b на вход

1 делителя 18.

Оценка дисперсии неадекватности

$ „ в предлагаемом устройстве осуществляется блоками 6-9 следующим образом. Одновременно с поступле нием в блок 3 идентификации текущие значения выходной переменной у„ подаются на вход квадратора 6 и да" лее значения Ч через ключ 7 постуI пают на суммирующий вход сумматора = вычитателя 8. Суммирование произво" дится N раз (N - число опытов).

В результате в сумматоре.вычитателе м

8 канапливается сумма,>3- . . Пос-.

11 1 ле N циклов суммирования блок 4 управления выдает сигнал на управляющий вход ключа 7, который под" ключает выход квадратора 6 ко входу счетчика 9 с переменным коэффициентом счета. Затем с выхода блока 5 коэффициенты Ь„ после проверки их значимости поступают на второй вход квадратора 6, с выхода которого

942043 значения Ф подаются через ключ 7

1 на вход счетчика 9 с переменным коэффициентом счета. Счетчик 9 используется для умножения очередного значения Ь„ на константу, равную числу опытов N (N-коэффициент пересчета), которая поступает из блока 4 управления и устанавливается на счетчике 9 в начале вычислений бед

С выхода блока 9 произведения N 10

Ь1 подаются на вычитающий вход сумматооа-вычитателя 8. Число вычитаний г (РСК+,5 =СОИЖ задается блоком

4 управления. После Р-циклов вычитания на выходе сумматора-вычитате- 15 ля 8 образуется сумма

К 9 ®

1=1 " л=1 "Ф

I4 которая поступает в блок 5, где 3о делителем 18 выполняется ее деление на константу N-P-1 (6)

Значение константы формируется в (7) Формула изобретения

l. Устройство для статистической обработки информации, содержащее первый и второй блоки памяти, информационные входы которых являются соответственно первым и вторым входами устройства, управляющий вход каждого из блоков памяти соединен соответственно с первым и вторым выходами блока управления, а выход каждого блока памяти подключен к соответствующему входу блЬка идентификации, выход которого соединен с первым входом блока контроля идентификации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия устройства при осуществлении проверки адекватности модели экспериментальным данным, Ф,1

25 цессе подсчета сумм "„ " - " реверсивI.

j=1 ным счетчиком 10 и поступает в него в узел 20 хранения констант и уставок.

Поступление на вход делителя 18 значений величин, определяемых выражениями.30 (5 } и (6), осуществляется коммутатором

17 по команде с блока 4 управления.

В результате блоком 5 устройства определяется оценка дисперсии неадекватности 5е,д в следующем

35 виде:

Н-Р- <

Ф

Можно показать, что выражение (7 ) эквивалентно выражению (3).

Блок 5 контроля идентификации производит проверку адекватности модели путем сравнения в схеме 19 величины 5 с заданной величиной ошибки опыта, значение которой хранится в узле 20.

Ао окончании цикла проверки значимости модели блок 5 выдает сиг5О нал "Модель адекватна (неадекватна ) на блок 4 управления. Проверка адекватности найденной модели объекта (процесса)экспериментальным данным подобным образом позволяет обеспечить высокое быстродействие предлагаемого

1 устройства за счет того, что в этом случае для определения величины 6 не требуется предварительное вычисление значений У, предсказанных по модели. При этом также существенно экономится память, так как отпадает необходимость хранить матрицы Х и У до конца эксперимента.

Блок 4 управления формирует временную последовательность сигналов управления команд в следующей очередности:

1) занесение в счетчик 9 величины N;

2) считывание из блоков 2 памяти исходных данных (массивов Х,У), 3) выдача сигнала на переключение ключа 7 после Р циклов суммирования в сумматоре-вычитателе 8;

4)формирование сигнала передачи результата из сумматора-вычитателя

8 в блок 5 после Р циклов вычитания в сумматоре-вычитателе 8;

5) формирование сигнала "Конец проверки" по сигналу на выходе блока 5

"Модель адекватна (неадекватна).

Формирование импульсов временной диаграммы осуществляется в блоке 4 управления с помощью узла 13 регистров сдвига, блока элементов И 14 и формирователей блока 15. Узел 12 памяти, задающий программу работы устройства, представляет собой управляющую память, информация из которой выдается в соответствии с нажатыми клавишами пульта оператора.

Преимущественная область использования предлагаемого устройства автоматизация локальных экспериментов на подвижных объектах. оно содержит реверсивный счетчик, сумматор-вычитатель, ключ, счетчик с переменным коэффициентом счета и квадратор, первый вход которого соединен с выходом второго блока памяти, а выход соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока управления, а выходы ключа соединены соответственно с суммирующим входом сумматора-вычитателя и информационным входом счетчика с переменным коэффициентом счета, управляющий вход которого подключен к четвертому выходу блока управления, а выход соединен с вычитающим входом сумматора-вычитателя, выход которого соединен со вторым входом блока контроля идентификации, управляющий вход - с пятым выходом блока управления не-. посредственно и через реверсивный счетчик - с третьим входом блока контроля идентификации, первый выход которого является выходом устройства и соединен со вторым входом квадратора, а второй выход блока контроля идентификации подключен к входу блока управления, шестой выход которого соединен с четвертым входом блока контроля идентификации

2. Устройство по п.l о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок контроля идентификации состоит из комму" татора, выход которого через делител соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой подклю942043 10 чен к первому выходу узла хранения констант и уставок и первому входу . коммутатора, второй вход которого является вторым входом блока, а тре" тий вход коммутатора является первым входом блока и соединен через регистр с первым входом ключа, второй вход которого подключен к выходу элемента И, информационный вход которого В соединен с выходом схемы сравнения и является вторым выходом блока,, управляющий вход элемента И объединен с четвертым входом коммутатора и является четвертым входом блока, при этом вход узла хранения констант и уставок является третьим входом блока.

3. Устройство no n.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит генератор импульсов, выход которого соединен с первыми входами узла регистров сдвига и узла элементов И, второй вход узла реf NcTpoB c oe HeH E;HxoAoM узла памяти, а выход - со вторым входом узла элементов И, третий вход которого является входом блока, а выход — соединен с узлом формирователей импульсов выходы которого являются соответственно с первого по шестой выходами блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 189238, кл. 8 06 .F 15/00, 1966. ь 2. Авторское свидетельство СССР

N 49 056, кл. G 05 B 13/00, 1973 (прототип ).