Экстраполятор

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 1003108(22) Заявлено 23. 10. 81 (21 3348003/18-24с присоединением заявки Мо(23) Приоритет(1) М. Кп.з 6 Об 6 7/30 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 0703 ВЗ. Бюллетень йо 9 Дата опубликования описания 07.03.83,(71) Заявитель(,54 ) ЭКСТРАПОЛЯТОР Изобретение относится к вычислительной технике.Известен экстраполятор осуществляющий прогнозирование случайного процесса методом экспоненциального сглаживания с одновременной подстройкой параметров экстраполирующего Фильтра под текущие статистические характеристики случайного процесса Г 13Его недостаток - ограниченные Функциональные возможности, не позволяющие экстраполировать дискретные выборки входного сигнала.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является экстраполятор, в котором очередное прогнозное значение формируется путем вэвышенного суммирования прогноза, полученного на предыдущем шаге, и очередного значения сигнала, т.е.каждый новый прогноз получается на основе старого путем корректирования его по вновь полученному очередному отсчету. Очевидно, что если прогнозируемый процесс изменяется быстро значения процесса, разделенные интервалом времени ь, корректированы сравнительно слабо ), корректировать старый прогноз нужно значительно, т.е. корректирующий коэффициент о должен быть сравнительно большим,Если же процесс 5(С) изменяетсямедленно (коррелирован сильно ),5 коэфФициент оС должен быть небольшимПрактически в первом случае выбираютД,Ф 0,7-0,9, а во втором вй 0,1 0,2 2,Поскольку экспоненциальное сгла живание используется обычно для прогнозирования процессов с неизвестными заранее свойствами, "угадать"требуемое значение д невозможно и,следовательно, ошибка прогнозированияможет оказаться большей.Таким образом, в известном устройстве недостаточна точность прогнозирования процесса при отсутствии априорных сведений,о статистическихсвойст вах процесса, либо при изменчивостиэтих свойств во времени.Цель изобретения - повышение точности экстраполяции.указанная цель достигается тем,что экстраполятор, содержащий первыйвычитающий элемент, первый вход которого является входом экстраполятора, первый суммирующий элемент, выходкоторого соединен с входом первогофиксирующего элемента и с входомблока формирования экстраполирующегополинома, выход которого является выходом экстраполятора, содержит второйи третий вычитающие элементы, второйи третий суммирующие элементы, второйи третий фиксирующие элементы, триперемножителя, указатель минимального сигнала, сумматор и источник кодаприращения, подключенный к информационному входу сумматора, при этом первые входы второго и третьего вычитающих элементов соединены с первым вхо Оом первого вычитающего элемента, вы)од которого соединен с первыми входами трех перемножителей, выход первогофиксирующего элемента соединен с первыми входами первого, второго и 15третьего суммирующих элементов, и свторым входом первого вычитающегоэлемента, выходы перемножителей соединены с вторыми входами соответствующих суммирующих элементов, выходвторого суммирующего элемента черезвторой фиксирующий элемент связанс вторым входом второго вычитающегоэлемента, выход третьего суммирующего элемента через третий фиксирующийэлемент связан с вторым входом третьего вычитающего элемента, выходыпервого, второго и третьего вычитающихэлементов соединены с соответствующими входами указателя минимальногосигнала, первый и второй выходы которого соединены с соответствующимиуправляющими входами сумматора,выход которого соединен с вторымивходами перемножителей.На чертеже представлена схема зкстраполятора.Экстраполятор содержит вычитающиеэлементы 1, перемножители 2, суммирующие элементы 3, фиксирующиеэлементы 4, указатель 5 минимального 40сигнала, сумматор б, источник 7 кодаприращения, блок 8 формирования экстраполирующего полинома.Блок содержит группу фиксирующихэлементов 9, формирователь 10 приращений, сумматор 11.Экстраполятор работает следующимобразом.Как и в прототипе, в экстраполяторена каждом очередном шаге т.е. припоступлении на вход очередного значения прогнозируемого процесса). выполняется операция сглаживания с постоянной с, в результате чего получается величинаХ = с йй+ 1,1- с ) 1155Эта величина является предсказаннымзначением 1 прогнозом) следующегоотсчета В+, который на данном шагееще не известен и появится лишь на 60следующем шаге,В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве помимо прогнозаХ, который в дальнейшем называетсяосновным, вычисляются два дополни тельных прогноза Х и Х Для этого помимо основной постоянной сглаживания сС, формируются еще две величины с(, н с, одна из которых больше, а другая меньше на некоторую заранее выбранную величину д.Затем на следующем шаге на вход поступает очередное значение процесса 5 +,- . Это значение сравнивается с основным прогнозом Х и с обоими дополнительными прогнозами Х и Х.2 Если основной прогноз дает самую малую по абсолютнби величине ошибкУ, то значение постоянной сглаживания на следующем шаге сохраняется прежним.Ы еЕсли же оказывается, что какой-либоиз дополнительных прогнозов Х ,либо Х лучше основного, т.е. дает2меньшую по модулю ошибку, то на следующем шаге при вычислении Х+-,вкачестве постоянной сглаживания принимается соответственно сС, либос ф . При этом формируются новыедойолнительные значения постояннойсглаживания с"+и с +тодно из которых больше, а другоеменьше основного и т.д. Поэтому независимо от того, каким было установлено начальное значение постояннойсглаживания, эта. величина дрейфуетв сторону увеличения, либо уменьшения, пока не достигнет некоторого установившегося значения. Результаты моделирования на ЦВМ показывают,что это установившееся значение близко к оптимальному обеспечивает среднеквадратичную ошибку прогноза, близкую к минимальной ). Сумматор б построен таким образом, что в нем могутбыть. записаны неотрицательные чИсла,не превышающие единицу.На первом шаге на вход поступает значение отсчета 5 . На второй вход каждого из вычитающих элементов 1 подается исходное число Х от фиксирующих элементов 4 1, 4 и 43. На выходах каждого из элементов 1 появляются раэностные сигналы Д Д иСвеличина которых одинакова. Эти, разности поступают на указатель 5 минимального сигнала, который сравнивает поступившие на него сигналы по абсолютной величине. указатель 5 подает управляющий сигнал на вход суммирования или вычитания сумматора б в зависимости от того, какой сигнал минимален, д 1") или до 1 Если все разности д, Ди Ь(1 2 равны по модулю или если минимальной является основная разность Д, указатель 5 управляющих сигналов йе вырабатывает. Поскольку на первом шаге все разности равны, д:д ") = д 1, в сумматоре сохраняется исходное число Хо, и коэффициент умножения в пере- множителях 2.1, 22 н 2 З не изменяется.Й результате на выходе суммирующего элемента 3, формируется прогнозХ=оа+Х =Ы 5-Х )+Х =о 5+1-о )Хо Первый шаг операции экспоненциального сглаживания выполнен. На выходе элемента 3 формируется первый допол 2нительный прогноз.Х " =(Ы+ ) + -+ДЦХ элемент 3 формирует второй дополнительный прогнозК 1:д.-У)5 1-с -У)1 О.3 атем, при поступлении второго отсче-5 та 5, вычитаюцие элементы 1 формируют три разностных сигнала д =5 Х, а" 1= 5 - Х" и а:5 - Х . В зависй 2 22 2мости от гого, какая из этих раз костей меньше по модулю, на выходе ука зателя 5 формируется управляющий импульс, увеличивающий или уменьшающий содержимое сумматора 6 на величину заданного прирацения. В случае равенства раэностных сигналов число в 25 сумматоре б остается прежним.Далее, при поступлении очередного отсчета, процессы повторяются: проверяется, какой из трех прогнозои оказался точнее и по результатам про- ЗО верки корректируется постоянная сглаживания. С учетом этой коррекции вновь формируется очередной основной прогиоэ, который поступает на выход, и два дополнительных прогноза Хи32В результате описанного процесса значение.постоянной сглаживания непрерывно корректируется. В установившемся положении происходят небольшие случайные колебания около достиг нутого значения о.Работа элементов, объединенных в блок 8, полностью совпадает с работой прототипа и заключается в следующем. 45Сигнал с выхода основного суммируюцего элемента 3 последовательно фиксируется на элементах 9 с постоянным временным шагом. В блоке 10 рмируотся разности вплоть до и-го поряд ка, а сумматор 1 Х формирует прогноз в виде полинома о-го порядка, в котором коэффициенты являются экспоненциально сглаженными. Только сте-, пень сГлаживания экстранолируищей функции изменяется с учетом статистических свойств процессов.Таким образом, экстраполятор является адаптивным.Результаты моделирования показали что при экстраполировании нормальной 6 О марковской последовательности единичной дисперсии с корреляционной функцией р(Т):е-" после завершения процесса, адаптации среднее значение постоянной сглаживания составило 65 д- = 0,94, что практически совпадает с оптимальным значением, полученным теоретически. Дисперсия ошибки прогнозирования составила при этом Э= - 0,22. В прототипе при начальном значении сС= 0,1, дисперсия составляла Э = О,554.Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает более чем дву . - кратное повышение точности прогнозирования когда прогнозируемый процесс является процессом с дискретным временем ). Однако экстраполятор пригоден и для случая, когда прогнозируемый процесс зависит от времени . непрерывно. В этом случае фиксирующие элементы 4,9 могут быть выполнены в виде элементов задержки на время экстраполяции ь,Технико экономический эффект от использования изобретения заключается в повышении точности экстраполяции.Формула изобретенияЭкстраголятор, содержаций первый вычитаюций элемент, первый вход которого является входом экстраполятора,первый суммируюций элемент, выход которого соединен с входом первого фиксирующего элемента и с выходом блока формирования экст-. раполирующего полинома, выход которого является выходом экстраполятора, о т л и ч а ю ц и й с я тем, .что, с целью повышения точности экстраполяции. он содержит второй и третий суммирующие элементы, второй и третий фиксирующие элементы,. три пере- множителя, указатель минимального сигнала, сумматор и источник кода приращения, подключенный к информационному входу сумматора, при этом первые входы второго и третьего вычи- таюцих элементов соединены с первым входом первого вычитаюцего элемента, выход которого соединен с первыми входами трех перемножителей, выход первого фиксирующего элемента соединен с первыми входами первого, второго и третьего суммирующих элементов и с вторым входом первого вычитаюцего элемента, выходы перемножителей соединены с вторыми входами соответствующих суммируюцих элементов, выход второго суммирующего элемента через второй фиксирующий элемент связан с вторым входом второго вычитаю- щего элемента, выход третьего суммируюцего элемента через третий фиксируюций элемент связан с вторым входом третьего вычитаицего элемента, выхопы первого, второго и третьего вычитающих элементов соединены с соответствующими входами указателя минимального сигнала, первый и второй8 1003108 Составитель Г.ОсиповРедактор П,Макаревич Техред О.Неце , Корректор М.Шароши Зака лиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектн выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами сумматора, выход которого соединен с вторыми входами перемножителей.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 565/34 Тираж 704 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 13035, Москвар Ж 35 р Ра1. Авторское свидетельство СССР9 842855, кл. 6 06 С, 7/30, 1979. 2. Авторское свидетельство СССР 9 744641, кл. С, 06 6 7/30, 1977(про 5 тотип),Подписикомитета СССРоткрытийская наб., д.4/