Устройство для определения статистических моментов

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеслублик(22) Заявлено 01.03.78 (21) 2586375/18-24с присоединением заявки РЙ(51)М, Кл, 6 Ой Р 15/36 6 ваударственный квинтет СССР ао делам изобретений н аткрытнй(088.8) Дата опубликования описания 25.03.80(72) Авторы изобретения А. Г. Струнин, В. И, Губарь,.Ю. М. Туз и В. С. Мирошниченко Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50 - летия Великой Октябрьской социалистической революции(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ МОМЕНТОВИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при определении комплексных математических характеристик стационарных и нестационарных случайных процессов с высокой точностью. Известно устройство для определения статис.тических моментов случайных процессов, содержащее нелинейные блоки для возведения сигналов в требуемую степень в аналоговой илицифровой форме, блоки усреднения и усили 10тель (11,Такое устройство не обеспечивает высокойточности вычисления статистических моментов вы.соких порядков.15Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения статистическихмоментов, содержащее первый переключатель,один из входов которого является входом устройства, а выход соединен с информационнымвходом масштабного усилителя, управляющийвход которого соединен с первым выходом автоматического регулятора масшгаба, второйвыход которого через блок запроса подключен к управляющим входйч четырех усредняющихусилителей, два квадратора, перемножитель, дваинвертора и второй переключатель 2).Работа такого устройства осуществляется вдва такта. За счет зтого из уравнения преобразования исключаются все нечетные степени аддитивной погрешности масштабного усилителя,однако четные степени аддитивной погрешностиусилителя и аддитивные погрешности умножителя, квадраторов и усредняющих усилителей пол.костью входят в результат измерения моментов высоких порядков. Наличие такой аддитивной погрешности в значительной степени можетисказить результат анализа, поскольку она воспринимается как смещенность и нестационар.ность исследуемого процесса,Цель изобретения - повышение точности вы.числения статистйческих моментов за счет уменьщения аддитивной погрешности устройства,Поставленная цель достигается тем, что вустройство для определения статистических мо.ментов введены третий переключатель, третийинвертор, усилитель-ограничитель, четыре инге.гратора, четыре компаратора, четыре ключа, че.7235 10 15 20 30 35 55 3тыре счетчика и генер-тор импульсов. Выход масштабного усилителя подключен к информа. ционному входу первого усредняющего усилителя, ко входу первого квадратора и к первому входу перемножителя, выход первого усредняющего усилителя через последовательно соединенные первый инвертор и усилитель-ог. раничитель соединен со вторым входом первого переключателя и через последовательно соединенные первый интегратор и первый компа. ратор подключен к управляющему входу пер-вого ключа, выход которого соединен со вхо. дом первого счетчика, Выход первого квадрато. ра подключен ко второму входу перемножителя, ко входу второго,квадратора и к информационному входу второго усредняющего уси лнтеля, выход которого подключен к одному входу второго переключателя непосредственно, а к другому входу - через второй инвертор.Выход второго переключателя через последова. тельно соединенные второй интегратор и второй компаратор соединен с управляющим входомвторого ключа, выход которого подключен ковходу второго счетчика. Выход умножителясоединен с информационным входом третьегоусредняющего усилителя, выход которого через последовательно соединенные третий интегратори третий компаратор подключен к управляюще-. му входу третьего ключа, выход которого соединен со входом третьего счетчика, Выход вто. рого квадратора подключен к информационно. му входу четвертого,усредняющего усилителя, выход которого подключен к одному входу третьего переключателя непосредственно, а к другому входу - через третий инвертор, выход третьего переключателя через последовательно соединенные четвертый интегратор и четвер.тый компаратор соединен с управляющим вхо.дом четвертого ключа, выход которого подилю. чен ко входу четвертого счетчика, информацион. 40 ные входы всех четырех ключей объединены исоединены с выходом генератора импульсов.На чертеже представлена блок. схема устройства. Устройство для определения статистических эле ментов содержит первый переключатель 1, первый усредняющий усилитель 2, первый квадратор 3, умножитель 4, масштабный усилитель5, второй квадратор Й, второй усредняющийусилитель 7, второй переключатель 8, второйинвертор 9, автоматический регулятор 10 масштаба,блок 11; исключения переходного процесса, третий и четвертый усредняющие усилители 12 и 13, первый инвертор 14, усилитель..ограничитель 15, первый ключ 16, первый интегратор 17, первый компаратор 18, второй ключ 19, второй интегратор 20, второй компара.тор 21, третий ключ 22, третий интегратор 23,третий компаратор 24, третий переключатель 89 425, третий инвертор 26, четвертый ключ 27, чет. вертый интегратор 28, четвертый компаратор 29, генератор 30 импульсов, счетчики 31 - 34.Устройство работает в два такта.В первом такте, длительность которого То, переключатели 1, 8, 25 стоят в положении а, а ключи 16, 19, 22 и 27 разомкнуты. Входной сигнал проходит через масштабный усилитель 5 с коэффициентом передачи Ко (1+ б, ), где Ке - истинное значение коэффициента передачи, б, - аддитивная погрешность коэффициента передачи, и приводится к диапазону, необходимому для выполнения операций умножения и квадратировзвия с малой мультипликативной погрешностью. Далее сигнал, предварительно возведенный в степени с первой по четвертую спомощью квадраторов 3 и 6 и устройства 4 умножения, усредняется в усредняющих усили. телях 2, 7, 12 и 13, Автоматический регулятор.10 масштаба позволяет поддерживать выход.ную величину масштабного усилителя 5 в тре.буемом диапазоне, а также увеличивает быстродействие прибора с помощью блока 11 исклю.чения переходного процесса, С выходов усредняющих усилителей 2, 7, 12 и 13 сигнал посту.пает на интеграторы 17, 20, 23 и 28, где интегрируется за время первого такта Те, а на выходе усилителя. ограничителя 15 образуется ве.личина Е зяг Х, где Е - уровень ограниченияусилителя-ограничителя, а- 1 при ХХ)51 ЯИ Х= 0 при Х =01 при Х(0Во втором такте переключатели 1, 8 и 25переводятся в положение б, а ключи 16, 19,22 и 27 размыкаются и импульсы с частотойХ начинают поступать с генератора 30 на счет.чики 31, 32, 33 и 34. В то же время на 1 интеграторы 17, 20, 23 и 28 поступает величйнаЕ с выхода усилителя-ограничителя 15, полярность которого на входах интеграторов 17, 20,23 и 28 противоположна полярности напряжения, поступившего в первом такте. При,этом1-ый интегратор разряжается до нуля за вре.мя Тх, и закрывает ключ, которым он управ.ляет. Покажем,.что количество импульсов всчетчиках не зависит от аддитивной погрешнос.ти нелинейных блоков (умножителя б иквадраторов. бкв, бк масштабного увили.теля б, и усредняющих, усилителей 2, 7, 12и 13 (б,б,б,б ),Следовательно, интегрирующие усилители 17, 20, 23 и 28 работают как преобразователи постоянного напряжения по известному принципу "двойного интегрирования". Поскольку погрешность таких преобразователей без особого труда реализуетоя на уровне сотых долей процен. та, ими можно пренебречь. Для такого идеали9 6него введены третий переключатель, третий инвертор, усилитель-ограничитель, четыре интегратора, четыре компаратора, четыре ключа, четыре счетчика и генератор импульсов, при этом выход масштабного усилителя подключен к ин. формационному входу первого усредняющего усилителя, ко входу первого квадратора и к первому входу умножителя, выход первого усредняющего усилителя через последовательно соединенные первый инвертор и усилитель - ограничитель соединен со вторым входом пер. вого переключателя и через последовательно соединенные первый интегратор и первый компаратор подключен к управляющему входу пер. ного ключа, выход которого соединен со вхо. цом первого счетчика, выход первого квадратора подключен ко второму входу перемножителя, ко входу второго квадратора и к информационному входу второго усредйяющего усили. теля, выход которого подключен к одному вхо. ду второго переключателя, непосредственно, а к другому входу - через второй инвертор, выход второго переключателя через последователь. но соединенные второй интегратор и второй компаратор соединен с управляющим входом второго ключа выход которого подключен ко входу второго счетчика, выход умножителя сое. динен с информационным входом третьего усредняющего усилителя, выход которого через последовательно соединенные третий интегратор и третий компаратор подключен к управляющему входутретьего ключа, выход которого сое. динен со входом третьего счетчика, выход второго квацратора подключен к информационно. му входу четвертого усредняющего усилителя,чвыход которого подключен к одному входу третьего переключателя непосредственно, а к другому входу - через третий инвертор, выход третьего переключателя через последовательно соединенные четвертый интегратор и четвертый компаратор соединен с управляющим входом четвертого ключа, выход которого подключен ко входу четвертого счетчика, информационные входы всех четырех ключей объединены и сое. динены с выходом генератора импульсов,72358 о о Е 1+5 к)4(+сГкв 1)(1+аква.)(1+фоТ- Х 4ЕфТаким образом, результат измерения совер. шенно не зависит от адцитивных погрешностей масштабного усилителя, квадраторов, умножи.геля и усредняющих усилителей, т, е. устройств, наиболее критичных к изменению различных влияющих факторов, что позволяет применять ,вустройстве для опредег.:нйя статистических моментов простые и дешевые блоки и одновре 31 менно повысить точность Измерения статистических моментов до сотых долей процента, что устраняет необходимость разработки высокоточных и стабильных нелинейных преобразователей и малодрейфовых усилителей.40Формула изобретенияУстройство для определения статистических моментов, содержащее первый переключатель, адин из входов которого является входом. устройства, а выход соединен с информационным 45 входом масштабного усилителя, управляющий вход которого соединен с первым выходом ав. томатического регулятора масштаба, второй Выход .которого через блок запроса подключен к управляющим входам четырех усредняющих усилителей, два квадратора, перемножитель, два инвертора и второй переключатель, отл ичающееся тем, что, с целью повышения точ. ности вычисления статистических моментов, в 1 чь 1 25 50 зированного преобразованного преобразователя справедливы следующие соотношения:Т, 1, =Тогде Т, - время заряда конденсатора инвертируюшего усилителя напряжением ОТт - время разряда конденсатора интегрирующего усилителя напряжениемдо нуля; т. е. Т =Т, -- -, или число 1 ч импульсов с частоО1той 1 о, записанное в счетчик за время Т.Ой =оТ, --12.или по каждому выходу устройства (положив для простоты Ко -- 1)Х Р+Ю)(8,) У,ТОО О Е(4+К)(1+б;ц) Е М-т5 к)ч 2кю ОО Я.О О Е О+бк)О+сгч 2 И+дкв 1) Е3 х Й 14 с,) Ц 1 бкв 1) ОФ(Ьчщн)И Очъ)о о Е 4+ок)зЦ+бки) 1+бмн (1 фбчв - ФаЪ ХэХ,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР Юе 318033,кл, 6 06 Е 15/36, 1970.2. Заявка У 2475 е 5/18.24, кл. 6 06 6 7/52,31.10.77 по которой принято положительное ре.шение.723589 Составитель Л.РигорянТехред М.Петко Корректор М. Пожо Редактор Л.Алексеенко Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 929/15Тираж 751 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5