Анализатор случайных процессов

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскии Социапистическик Республик(51)М К, 6 "06 6 7/52 Государственный коиитет СССР по делам изобретений и открытий(54) АНАЛИЭАТОР СЛУЧА 11 НЫХ ПРОЦЕССОВ Изобретение относится к специализированным вычислительным устройствам, предназначенным для анализа статистических свойств случайных процес 5 сов и их оценок.В ряде случаев сигналы, характеризующие некоторый процесс, поведение объекта или системы в некоторые неизвестные моменты времени могут изменять свои статистические свойства. Причинами этих изменений могут быть нестабильность характеристик контрольной и регистрирующей аппаратуры, ненормальность Функционирования самих наблюдаемых объектов, а также влия ние некоторого внешнего Фактора или события.Аномальные участки сдучайного процесса, не свойственные статистической структуре сигналов системы, мо , гут при их неучете привести к грубым погрешностям при оценке характеристик изучаемых систем (в особенности при автоматической обработке данных) и к ложным выводам при интерпретации по 25 лучаемых результатов. В этих случаях желательна автоматическая проверка гипотезы о наличии момента изменения свойств наблюдаемого процесса, т. е. момента "разладки" процесса. Так как преобразование сигналов различной Физической природы к виду электрических не представляет затруднений, рассмотрим устройства, оценивающие статистические свойства электрических сигналов.Известны устройства для оценки статистических свойств электрических сигналов путем вычисления Функций распределения корреляционных Функций 1Наиболее близким к предлагаемому является анализатор случайных процессов, содержащий сумматор, вычислитель текущего среднего и текущей дисперсии, блок деления, управляющее устройство, амплитудный селектор и блок регистрации с двумя выходами, 1 тозволяющий выделять одиночные аномальные выбросы в реализации случайного процесса, исключать их, изменяя на текущее среднее значение и Фиксировать момент их появления (2).Недостатком такого анализатора является то, что когда аномальные результаты не являются одиночными выбросами, а отражают закономерное его йзменение, порожденное природой самого процесса (разладкой), использование его невозможно. Это связано скоррекцией выбросов, вносимых в реализацию процесса самим анализатором.ЦелУ изобретения - повышение точности анализатора случайных процессов.Поставленная цель достигается тем, что в анализатор случайных процессов, содержащий сумматор, первый вход которого является входом анализатора, вычислитель текущей дисперсии, первый выход которого соединен с первым входом блока деления, выход которого подключен к первым входам блока регистрации и амплитудного селектора, второй вход которого соединен с блоком управления, введены первый и второй ключи, экстраполятор, анализатор 15 длительности сигнаЛа и блок памяти, выход и первый вход которого соединены соответственно с вторым входом блока деления и вторым выходом вычислителя текущей дисперсии, вход кото рого соединен с выходом сумматора, первый вход которого подключен к первому входу первого ключа, выход которого через экстраполятор соединен с вторым входом сумматора, а второй вход первого ключа соединен с вторым входом блока памяти и выходом второго ключа, первый вход которого подкдючен к выходу анализатора длительности сигнала и второму входу блока регистрации, третий вход которого подключен к выходу амплитудного селектора, входу анализатора длительности сигнала и второму входу второго ключа;Работа устройства основана на про- З 5 верке расхождения величины, являющейся квантелем распределения, и текущей оценки, определяемой выражением Ч (г) 4 О-Т45у(Ц - Функция, аппроксимирующаяслучайные сигналы на интервале гф, гф + Т, например, у( г) = ао + а., г;- момент разладки процесса;ФТ - интервал аппроксимации,х(г) - значения проверяемого сигнала;Ч (г, Т) - дисперсия сигнала, измеренная, начиная с моментаг времени на интервалеР+ Т 1.Для начала анализа момент г, характеризующий момент включения, полагается равнымАномальный однозначный выброс при- щ водит к скачкообразному изменению Ч(г), при этом продолжительность участка превышения данной статистикой порога точно равна длине скользящего интервала Т, В случае разладки процесса длительность участка превышения отлична от Т,Таким образом, устройство Фиксирует Факт и момент аномального выброса,если длительность участка превышениястатистикой Ч(г) порога равна Т и разладку процесса - в случае большейдлительности.Применение величины Ч(г), определяемой соотношением (1), основывается на том, что отношение выборочныхдисперсий следует распределению Фишера.На чертеже приведена схема анализатора.Анализатор содержит сумматор 1,первый ключ 2, экстраполятор 3, вычислитель 4 текущей дисперсии,. блок5 памяти, блок б деления, блок 7 управления, амплитудный селектор 8,блок 9 регистрации, анализатор 10 длительности сигнала, второй ключ 11.Анализатор работает следующим образом,Исследуемый процесс, преобразованный в электрический сигнал, поступает одновременно на вход сумматора 1 и через первый вход (аналогового) первого ключа 2 на экстраполятор 3.Аналоговый ключ 2 пропускает информацию со входа устройства на экстраполятор 3 в течение интервала времениг, г + Т, Экстраполятор 3 рассчитывает коэФФициенты аппроксимирующего полинома заданной степени и прогнозирует значения интерполяционной функции для любого г ) г + Т, Прогноз осуществляется вплоть до следующего момента разладки.Сумматор 1, на второй вход которого поступают значения сигнала, рас - считанные по интерполяционному полиному, осуществляет центрирование исследуемого процесса. С выхода сумматора 1 сигнал разности поступает на вход вычислителя 4 текущей дисперсии, с выхода которого напряжение,пропорциональное текущему значению скользящей дисперсии, поступает на первый вход блока б деления, на второй вход которого поступает напряжение, пропорциональное значению начальной дисперсии Ч( г, Т) из бло-ка 5 памяти, в котором запоминается ее значение.Блок б деления вычисляет отношение в соответствии с выражением (1),С выхода блока б деления сигнал, пропорциональный оценке Ч( г), поступает в амплитудный селектор 8 и на первый вход блока 9 регистрации. Блок 7 по принятому значению доверительной вероятности и соответствующему этому значению квантилю устанавливает пороги ограничения по верхнему и по нижнему уровням ограничителей в соответствии с кривой зависимости напряжения от доверительной вероятности и интервала Т,Пока сигнал оценки не превышает установленных порогов ограничения на выходе амплитудного селектора 8 сигнал отсутствует. В случае превышения порога с амплитудного селектора 8 на второй вход блока 9 регистрации и анализатор 10 поступает сигнал длительностьюПри Г= Т анализатор 10 длительности сигнала идентифицирует аномальчый выброс в процессе и вырабатывает импульс, поступающий на третий вход 1 О блока 9.Таким образом, при появлении импульса на входе блока регистрации, соединенном с амплитудным селектором, разладка Фиксируется только в том 15 случае, если нет сигнала на входе, соединенном с анализатором длительности, иначе фиксируется аномальный выброс в процессе.С выхода амплитудного селектора 8 2 О сигнал превышения порога поступает также на первый вход ключа 11, управляемого по второму входу, соединенному с выходом анализатора 10 длительности сигнала. При отсутствии сигнала на втором входе ключе 11 открыт. При этом сигнал разладки поступает на"второй вход аналогового ключа 11, который открывает вход новой порции информации на экстраполятор 3, который производит расчет новых коэффици- ЗО ентов полинома без учета, старой информации о процессе. Этим же сигналом стирается информация в блоке 5 памяти.В блоке 9 регистрации одновремен но фиксируется информация б текущем времени, что позволяет установить момент разладки или аномального выброса процесса в реальном масштабе времени. 40Предлагаемое устройство разбивает весь процесс на квазиоднородные участки, внутри которых можно считать, что математическое ожидание изменяется по некоторому закону, задаваемому аппроксимирующим полиномом, а дисперсия существенно не измЕняется и по величине пропорциональна сигналу на выходе блока 5 памяти. Текущие "значения Ч( с) описывают отклонения от этих параметров внутри каждого участ О ка. Вместе с тем анализатор регистрирует аномальные выбросы процесса.Таким образом, анализатор обеспечивает возможность оценки статистических сЛучайных процессов с одновременной регистрацией аномальных измерений, участков ненормальности (сбоев) работы аппаратуры или изменения режимов, что предотвращает опасные аварийные ситуации и повышает обоснованность принятия решения на управление.формула изобретенияАнализатор случайных процессов,содержащий сумматор, первый вход которого является входом анализатора,вычислитель текущей дисперсии, первый выход которого соединен с первым входом блока деления, выход которого подключен к первым входам блокарегистрации и амплитудного селектора,второй вход которого соединен с блоком управления, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияточности, он содержит первый и второй ключи, экстраполятор, анализатордлительности сигнала и блок памяти,выход и первый вход которого соединены соответственно с вторым входомблока деления и вторым выходом вычислителя текущей дисперсии, вход которого соединен с выходом сумматора,первый вход которого подключен кпервому входу первого ключа, выход которого через зкстраполятор соединен свторым входом сумматора, а второйвход первого ключа соединен с вторымвходом блока памяти и выходом второго ключа, первый вход которого подключен к выходу анализатора длительности сигнала и второму входу блокарегистрации, третий вход которогоподключен к выходу амплитудного селектора, входу анализатора длительности сигнала и второму входу второгоключаИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 324663, кл. С 06 07/52, 1971.2. Авторское свидетельство СССРР 318956, кл.6 06 6 7/52, 1971813472 Составитель Э. Сечинаедактор И, Касарда Техред Н.Майорош Корректор С. Шекмар аказ 776/ ул, Проектная, 4 илиал ППП фПатент", г. У Тираж 745 ВНИИПИ Государств по делам иэобр 113035, Москва, ЖПодписи нного комитета С тений и открытий Рауюская наб., е ССР