Устройство для вычисления текущей оценки среднего значения

.Социапистиическид Республик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ИТВПЬСЯУ(22) Заявлено 21.1279 (21) 2895083/18-24 (511 М. Нл. с присоединением заявки йо23) Приоритет 6 06 Г 15/36 Государственный комитет СССР оо делам изобретений н открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ТЕКУЩЕЙ ОЦЕНКИ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯИзобретение относится к областиавтоматики. и вычислительной техники и может быть использовано для аппаратурного анализа случайных процессов в системах сбора и обработки ин 5формации,Известно устройство для вычисления текущей оценки среднего значения,содержащее аналого-цифровой преобразователь, арифметический блок, регистрреверсивный н двоичный счетчики,запоминающий блок и блок управления 11 ).Недостатками данного устройстваявляются большие аппаратурные затраты и сложность процесса вычислениясреднеи величины. Наиболее близким по технической сущности является устройство, сбдержащее компаратор, первый и второй вы О ходы которого подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И, выходы которых сое" динены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика,выходы которого подключены к входам преобразователя код-напряжение, выход преобразователя код-напряжение соединен с первым входом компаратора,второй вход которого является входом 30 устройства, блок управления и генератор тактовой частоты 2 .Недостаток этого устройства - низкое быстродействие при определении среднего значения, что ограничивает область его применения, например, при измерении среднего значения быстро- протекающих процессов, т.е. Устройство не отвечает современным требованиям анализа случайных процессов.Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.С этой целью в устройство для вы" числения текущей оценки среднего значения введены третий и четвертый элементы И и дополнительный реверсивный счетчик, при этом выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу блока управления, второй вход которого соединен с третьим выходом компаратора, первый и второй входы которого подключены соответственно к первым входам третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых объединены и соединены с выхо" дом блока управления, выходы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к первым и вторьви входам дополнительного реверсивного счетчика, выход которого является вы 858002ходом устройства, вторые входы первого и второго элементов И объединены и соединены с выходом генератора тактовых импульсов.Кроме того, блок управления содержит первый и второй счетчики,дешифратор, и элементов И, элемент ИЛИ, при этом выходы первого счетчика подключены к сбответствующим входам дешифратора, выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И, выходы которых подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока управления, вход второго счетчика объединен с вторым входоМ и-го элемента И и является первым входом блока управления, выходы второго счетчика подключены соответственно к вторым входам (п) элементов И, вход первого счетчика являет" ся вторым входом блока управления.На чертеже представлена блок-схема устройства.Устройство содержит первый 1,второй 2, третий 3 и четвертый 4 элементы И, реверсивный счетчык 5, преобразователь б код-напряжение, компаратор 7, блок 8 управления, дополнительный реверсивный счетчик 9, генератор 10 тактовой частоты. Блок 8 управления состоит из дешифратора 11, элементов И 12, первого счетчика 13, второго счетчика 14, элемента ИЛИ 15.Устройство работает следующим образом.Алгоритм, согласно которому вычисляется оценка среднего искомой величины, определяется по следующему рекуреитному соотношениюХ =Х +РВдИЬ 1-Х 1 ),О)где Р, - весовые коэффициенты,значения которых выбираются из условия Минимального смещения вычисляемого среднего от истинного значения математического ожидания.Для случайного процесса с извест" иым законом изменения можно подобрать весовые коэффициенты Р;, кото" рые в наибольшей степени удовлетворяют условиЮ наилучшего приближения вычисляемой оценки к математическому ожиданию, Путем моделирования на ЦВИ бьспи получены значения Р для ряда наиболее часто вращающихся законов изменения случайных процессов. Вычисление текущей оценки среднего значения Х с использованием рассчитанных весовйх коэффициентов Р 1 позволяет увеличить скорость и эффективность (т.е. минимальное смещение оценки среднего значения от истинного) вычисления.Переходя от рекурентного соотношения (1) к непрерывной сумме членов5 10 35 20 2 ЗО 35 40 45 36 Я 66 ряда, алгоритм можно представить ввидех= 3 Рщи (х;-х)1,) 1Устройство, реализующее данныйалгоритм, работает следующим образом Исходно-реверсивный счетчик 5,дополнительный реверсивный счетчик 9 и счетчик 13 блока 8 управления находятся в нулевом состоянии. Сигнал О на выходе преобразователя б коднапряжение равен нулю. В момент появления сигнала О(с) на втором входе компаратора 7 выполняется условие О(с) )О, и на первом и третьем выходах компаратора 7 формируются сигналы. Сигнал с первого выхода открывает элементы И 1 и 3, Сигнал, Формируемый на третьем выходе компаратора, поступает на счетный вход начетчика 13 блока 8 управления. На выходах счетчика 13 Формируется кодовая комбинация, отличная от нулевой, которая поступает на дешифратор 11, открывающий элемент или группу элементов И 12 соответственно коду на выходе счетчика 13. На первом шаге весовои коэффициент Р = 1. При этом открывается элемент И 12, через который импульсная последова-.ельность с выхода тактового генератора проходит навход элемента ИЛИ 15. Таким образом,в первый такт работы устройства с генератора 10 и блока 8 управления через открытые элементы И 1 и И 3 на входы "сложения" реверсивных счетчиков поступает импульсная последовательность с частотой Го = 0,5.На выходе преобразователя б коднапряжение Формируется уравновешивающий сигнал, пропорциональный коду всчетчике 5. В момент равенства сигналов О(с) и О компаратор 7 снимаетразрешающий сигнал на первом выходе и закрывает, таким образом, элементы И 1 и 3.В реверсивном счетчике 5 и дополнительном реверсивном счетчике 9 сформированы коды И и И, равные между собой и пропорциональные исследуемому напряжению О(с).При изменении входного сигнала О(с) в любую сторону, вновь срабатывает компаратор 7 и, в зависимости отзнака изменения О(с), вырабатывает разрешающий сигнал либо на первом выходе, что соответствует положительному приращению О(с), либо на второмвыходе, что соответствует отрицательному приращении О(с). Сигнал натретьем выходе компаратора Формируется в каждом случае и поступает насчетный вход счетчика 13, увеличиваяего содержимое на едницу.и выбираятем самым очередной весовой коэффициент Р 4,В случае отрицательного приращения О(с) срабатывает компаратор 7, который открывает элементы И 2 и И 4.35 где Ьт= 1 1 (,Н-И )Подставляя выражение для аТ,1 в (3) пол чим уп=1 чх,5 (й -1То есть, в дополнительном реверсивном счетчике зафиксировав код Йй, равный среднему арифметическому двух значений сигналов О(с 1) и 0(В),Очевидночто к моменту 1-го уравновешивания код й в дополнительном реверсивном счетчике 9 равенд 1 м -1 у р. щ-К-) (4) й 11 - код в дополнительном 2реверсивном счетчике 9 в (1-1) такт уравновешивания; где М и М,1 - коды в основном ревер +-лсивном счетчике соответственно ви (1-1)тактах уравновешиванияфР - текущее значение весового коэффициента: 1 "1, Р СЩ 1 Ч- Н"-" (О1+1,ЕСЩ й-Н"СО Дешифратор открывает элемент И,соот" ветствующии очередному коэффициенту и равныи для второго такта работы 0,5. Импульсная последовательность с выхода тактового генератора 10 с частотойпоступает на вход счетчика 14, На выходах последнего Формируются частотные рискреты Го 2 , 1 о 2.Ц 2 ,ЙО 2 т.е. 10,5,о, 0,25, Г 0,125, что дает воэможность полуочить любой коэффициент с заданной точностью, т.е. в общем виде значение весового коэффициента на -том шаге определится в виде."Р =20;1 215 где а. - коэффициенты, равные соответственно 1 для группы открытых элементов И 12 и 0для закрытых.Так как второй коэффициент равен5, открывается один элемент И, 2 О через который на выход блока управления проходит импульсная последова" тельность с частотой 0,5.Данная частотная дискрета через открытый элемент И 4 поступает на Я "вычитающий" вход дополнительного реверсивного счетчика 9. А на фвычитающий" вход основного реверсивного счетчика 5 поступает частота К моменту уравновешивания О(с) напря" у) жением с выхода преобразователя б код-напряжение в дополнительном реверсивном счетчике 9 будет зафиксирован код Легко заметить, что выражение (4) тождественно совпадает с (1).Таким образом, устройство вычисляет текущую оценку среднего значения случайного сигнала. Причем скорость вычисления, а также эффективность вычисления вьаае, чем в изветсном устройстве. Указанные преимущества дос тигаются за счет применения более эффективного оператора текущего сглаживания, который ближе к оптимальному,Формула изобретения1. Устройство для вычисления текущей оценки среднего значения, содержащее компаратор, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И, выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика, выходы которого подключены к входам преобразователя код-напряжение, выход преобразователя код-напряжение соединен с первым входом компаратора, второй вход которого является входом устройства, блок управления и генератор тактовой частоты, о т л и ч а ю щ.е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в устройство введены третий и четвертый элементы И и дополнительный реверсивный счетчик, при этом выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу блока управления, второй вход которого соединен стретьим выходом компаратора, первый и второй входы которого подключены соответственно к первым входам третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых объединены и соединены с выходом блока управления, выходы третьего и четвертого элементов И соединены соответственно с первым и вторым, входами дополнительного ревер сивного счетчика, выход которого является выходом устройства, вторые .- входы первого и второго элементов И объединены и соединены с выходом генератора тактовых импульсов.2, Устройство по и. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит первыйи второй счет" чики, дешифратор, и элементов И,элемент ИЛИ, при этом выходы первого счетчика подключены к соответствующим входам дешифратора, выходы которого :соединены соответственно с первыми входами элементов И, выходы ко" торых подкювочены к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока управления, вход второго счетчика объединен с вторым входом и-го элемента И а является первым входом блока управления, выходы второго счетчика858002 подключены соответственно к вторым входам (и) элементов И, вход первого счетчика является вторым входом блока управления.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе Составитель Л.Григорьян-ЧтРедактор О. Половка Техред М, Рейвес Корректор Г. Решет акаэ 7246/80ВНИ писное ого комитета СССРий и открытийРаушская наб, д. 4 Филиал 11 ПП "Патент", г. Ужгород Ул. Проектная Тираж Государ елам иэо Москва45твенретеЖ1. Авторское свидетельство СССР9 619924, кл. 6 06 Г 15/36, 1977,2. Авторское свидетельство СССРР 488213, кл. 6 06 Г 15/36, 1973