Устройство для определения среднего значения нестационарного случайного процесса

.С 01 ОЭ СОВЕТСКИХкцааиаесйииРЕСПУБЛИК 1191 (И) 315 Р С 06 С 7 52 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ аатво СССР 1981(54)(51) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОП СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ НЕСТАЦИО СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содер вый блок вычитания, первый торого является входом уст блок вычисления абсолютной ЕДЕЛЕНИЯАРНОГО ащее первход ко" йства,еличины,(71) Одесский ордена Трудового Крного Знамени политехнический институт(56) 1, Авторское свидетельство СССВ 506023, С 06 С 7/00, 1976.2. Авторское свидетельсУ 813473, кл. С 06 С 7/52,(прототип),блок умножения, интегратор, сумматор, первый вход которого объединенс вторым входом первого блока вычитания и соединен с выходом интегратора, первый вход блока умноженияподключен к выходу первого блока вычитания, соединенному с входом блокавычисления абсолютной величины, выход которого соединен с вторым входомблока умножения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышенияточности, в него введены второй блоквычитания и масштабный блок, выходкоторого подключен к первому входувторого блока вычитания, второй входкоторого соединен с выходом блокаумножения, выход второго блока вычитания подключен к входу интегратораи второму входу сумматора, вход мас"штабного блока соединен с выходомпервого блока вычитания.Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено дляопределения 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 1 Опроцесса, содержащее блок вычитания,первый вход которого является входомустройства, блок умножения и суммар И.Наиболее близким по технической 15сущности к предлагаемому являетсяустройство для определения среднегозначения нестационарного случайногопроцесса, содержащее блок вычитания,первый вход которого является входом 20устройства, блок умножения, сумматор,блок вычисления абсолютной величиныи интегратор, при этом выход блокавычитания подключен к входу блокавычисления абсолютной величины и к 25первому входу блока умножения, второйвход которого соединен с выходом блока нычисления абсолютной величинь 1,выход блока умножения подключен квходу интегратора и к первому входу Зосумматора, второй вход которого объединен с вторым входом блока вычитания и соединен с выходом интегратора,а выход сумматора янляется выходомустройства 2,35Недостатками известных устройствявляется низкая точность определенияхарактеристик нестационарного случайного процесса.Цель изобретения - повышение точ Оности устройства,Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения среднего значения нестационарного случайного процесса, содержащее первый блок 45 вычитания, первый вход которого является входом устройства, блок нычисле. ния абсолютной величины, блок умножения, интегратор, сумматор, первый вход которого объединен с вторым вхо 50 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 подключенк первому входу второго блока вычитания второй вход которого соединенФ1с выходом блока умножения, выход второго блока вычитания подключен к вхо"ду интегратора и второму входу сумматора, вход масштабного блока соединенс выходом первого блока вычитания,На фиг. 1 изображена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - вид функцииЕ(Е),Устройство содержит блоки 1 вычитания, блок 2 вычисления абсолютнойвеличины, блок 3 умножения, блок 4вычитания, интегратор 5, сумматор 6и масштабный блок 7.Принцип действия предлагаемого устройства основан на гистерезисйом слаживании нестацибнарного случайногопроцесса в соответствии с нелинейнойрекуррентной процедурой;гоЯ=вп-фб (Кп 1-щвЯХЯ 1)-й ихи 1-вп-А 1)где уи 1 и - измеряемая на выходеустройства оценка среднего значения нестационарного случайного процесса в текущий моментвремени и;П 1 п- оценка среднего значениянестационарного случайного процесса в предыдущий момент времени и;Гп 3 - исследуемый нестационар:ный случайный процесс;М, - коэффициенты пропорциональности,Если обозначить невязкуГЯ= Кп 1- - и 1 и, то (1) можно определить в виделфкИ=щкп."1 м ЕЯ ЕЯ 1-.д- =А, и+(ЕГО , а)Нелинеиная функция( Я ) в правоичасти (2) имеет вид, изображенныйна фиг. 2, и представляет собой участки двух парабол:нее Е- , гри ЕсОпричем корнями уравнения 1( Е ),-,е являются точки - у й ХВ основе действия предлагаемого изобретения лежит тот факт, что устройство с нелинейностью вида (3), реализованной на блоках 2-4 и 7, ох2378 4Е (Г 1 п ) (фиг, 2) выходной сигналвторого блока 4 вычитания практически не изменяется, Если же возникаетсигнал нев.ки, обусловленный действительным отличием среднего значения исследуемого процесса хп 1 отего оценки ш, то невязка отрабатывается с высоким быстродействием,поскольку вне окна сглаживания устройство работает на параболическихучастках характеристики Г(Еп 1).Таким образом, отрабатывается лишьдействительно имеющееся рассогласование между средним значением исследуемого нестационарного случайногопроцесса и его оценкой и эффективносглаживаются случайные флуктуацииисследуемого процесса, чем достигается повышенная точность предлагаемого устройства, т.е. цель изобретения,Среднеквадратическое значениеошибки оценки среднего значения дляпрототипа составляет б = 0,213, амплитуда шумовой составляющей АЩ= 0,31 при оптимально подобранныхкоэффициентах. В предлагаемом устрой.стве б = 0,132, А = 0,25, что примерно в 1,5 раза меньше, чем дляпрототипа. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет при несмещенной оценке обеспечить повышениеточности определения среднего значения нестационарного случайного процесса в 1,5 раза. з 111ваченной интегрирующей обратнойсвязью по цепи, вывод блока 4 " интегратор 5 - второй вход первого блока1 вычитания, имеет гистерезисную нелинейную характеристику с окном, равным 2 Т. Поэтому помехи, интенсив"32ность которых меньше или равна ширине окна, эффективно сглаживаются,Кроме того, оценка среднего для укаэанных помех может быть достигнутанесмещенной,Устройство работает следующим образом:Исследуемый сигнал хп 1 поступаетна первый вход блока 1 вычитания,где из него вычитается 4 п, аполучаемый на выходе блока 1 сигналневязки Я п = х Я - Ьппоступает на первый вход блока 3 умножения с масштабным коэффициентом, равным О( а также на вход блока 2 вычисления абсолютной величины и черезмасштабный блок 7 с коэффициентомна второй вход второго блока 4 вычитания. Выходной сигнал блока вычисления абсолютной величины(Я п умножается в блоке 3 умножения на сигналЯ;Я п, при этом выходной сигнал блока 3 умноженияо Яп 1 Яп поступаетна первый вход блока 4 вычитания, 30где из него вычитается сигнал Е 1 п 1,Получаемый на выходе второго блока 4вычитания сигнал 1(Еп 1) =0 ЯЯп- с п 1 поступает на вход интегратора 5 и первый вход сумматора 6, на З 5второй вход которого подается сигналшп, поступающий также на второйвход первого блока 1 вычитания с выхода интегратора 5, На выходе сумматора 6 вырабатывается сигнал щп, 404соответствующий оценке среднего значения нестационарного случайного процесса, и, таким образом, выход сумматора 6 является выходом устройства.Случайные флуктуации исследуемого 45процесса х п, поступающего на входустройства, не оказывают влиянияна выходной сигнал устройства в п 1,так как в окне сглаживания в соответствии с выбранным видом фукнции 0 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 информационно- измерительных 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.1112378Составитель И. Мухин Редактор Е. Папп Техред С.Легеза Корректор А.Тяскоф Заказ 6460/34 Тираж 698 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4