Статистический анализатор

Союз СоветскнхСоцналнстнческнхРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К дахвторСКОМУ :ИДЕЕдз:(22) Заявлено 060281 (21) 3272855/18-24 34 М. КП.з 6 06 Р 15/36 с присоединением заявки М Государственный кемитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 07.0383 бюллетень М 9 Дата опубликования описания 070383(54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР Изобретение относится к вычисли-тельной технике и, в частности, кустройствам для определениястатистических характеристик случайного про- .цесса,Известно устройство для определения статистических характеристик,содержащее блок входной информации,счетчик выборки, счетчик среднегоарифметического и блок вычислениядисперсии 1. Наиболее близким к изобретению но технической сущности является статистический анализатор, содержащий аналого-цифровой преобразователь, счетчик выборки, первый делитель, первый блок вычитания, блок вычисления доверительного интервала, блок сравнения и блок регистрации 2. Однако известные устройства обладают следующими недостатками. При анализе объем выборки предполагается Фйксированным, не связанным с динамическим характером исследуемого процесса, что приводит к недостаточной точности определения статистических характеристик случайного процесса.Целью изобретения является повышение точности определения статистических характеристик случайного процесса.Поставленная цель достигается тем, 5 что в статистический анализатЬр, содержащий аналого-цифровой преобразователь, счетчик выборки, схему сравнения, первый делитель, первый блоквычитания, блок определения доверительного интервала и блок регистрации,введены два сумматора, второй, . ретий и четвертый делители, ключи,второй блок вычитания, элементы эадержки, блок умножения, квадратор, блокзадания константы и блок извлеченияквадратного корня, при этом выходаналого-цифрового преобразователясоединен с первым входом первого ключа, второй вход которого подключенк первому выходу схемы сравнения,второй выход которой соединен с первыми входами соответственно второго,третьего, четвертого и пятого ключейрвыходы которых подключены к соответ-.ствующим входам блока регистрации,выход первого ключа соединен с первым входом первого блока вычитаниянепосредственно, а через счетчик выборки - с первыми входами первого,второго и третьего делителей и вторымвходом четвертого ключа, выход пер"ного блока вычитания соединен с вторым входом первогоделителя непосредственно и через квадратор - с первым входом второго блока вычитания, вто рой вход которого соединен с первым входом первого сумматора, вторым вхо дом пятого ключа и соединен с выхо" дом первогоэлемента задержки, вход которого объдинен с Вторым вхОДоМ третьего делителя и подключен к вы" ходу первого сумматора, второй вход 1 О которого соединен с выходом второго делителя, второй вход которого подключен к выходу второго блока вычи" тания, выход первого делителя соединен с первым входом второго суммато 15 ра, второй вход которого соединен с вторыми входами первого блока вычита.ния, третьего ключа и соединен с вы- . ходом второго злемента задержки, в 1 д которого .объединен с первыми входами ф четвертого делителя и блока определе" ния доверительного интервала.и подключен к выходу второго сумматсра, выход четвертого делителя соединен с входом схемы сравнения, а второй 35 вход объединен с вторым входом блока определения доверительного интервала и подключен к выходу блока умножения, входы которого соединены соответственно с выходами блока задания констан" ты и блока извлечения квадратного корня, вход которого соединен с выходом третьего делителя, а выход блока определения доверительного интервала соединен с вторым входом второго клю-З 5 ча. ФВведение новых элементов и связейобеспечивает возможность управленияобъемом выборки для определения сзаданной точностью статистических ха 40рактеристик - оценки математическогоожидания и дисперсии независимо отдинамического характера исследуемогопроцесса.На чертеже представлена схема 45предлагаемого статистического анализатора.Анализатор содержит аналого-цифровой преобразователь 1, ключи 2 - 6,счетчик 7 выборки, блоки 8 и 9 вычитания, делители 10 - 13, сумматоры.14 и 15, элементы 16 и 17 задержки,кнадратср 18, блок 19 извлеченияквадратного корня, блок 20 умножения,блок 21 задания константы, блок 22определения доверительного интернала,схему 23 сравнения и блок 24 регистрации.В устройстве последовательно сое"динены аналогоцифровой преобразователь 1, ключ 2, блок 8 вычиТания, 60делитель 10, сумматор 14, элемент 16задержки и ключ 3, последовательносоединены кнадратор 18, блок 9 вычитания, делитель 11, сумматор 15,элемент 17 задержки и ключ 4, после- Я довательно соединены счетчик 7 выборки, делитель 12, блок 19 иэнлеченияквадратного корня, блок 20 умножения,блок 22 определения доверительногоинтервала и ключ 5. Счетчик 7 выборки своим входом соединен с выходомключа 2, а выходом - с вторыми входами делителей 10 и 11 и первым входомключа 6.Выход сумматора 14 соединен такжес вторым входом блока 22 и первымвходом делителя 13, второй вход которого соединен с выходом блока 20 умножения, а выход - с входом схемы 23сравнения,.первый выход которой соединен с вторым входом ключа 2, второйвыход - с вторыми входами ключей3 - 6, выходы которых соединены ссоответствующими входами блока 24 регистрации.Выход сумматора 15 соединен такжес вторым входом делителя 12, а выходэлемента 16 задержки соединен с вторыми входами сумматора 4 и блока 8вычитания, выходом соединенного так-,же с входом квадратора 18. Выход эле;мента 17 задержки соединен также свторыми входами сумматора 15 и блока9 вычитания, Выход блока 21 заданияконстанты соединен с вторым входомблока 20 умножения.Анализатор работает следующим об.разом,Статистические характеристики процесса - математическое ожидание эначения процесса на п-ом шаге измерения вп и дисперсия 6 и определяются по рекурентным формулам1 иЕи 3 =и ЕпД СхСи 3-в Си-Ю6 91=6 Еи+ д ЬЬ 3-еЬ 1-В Еи где хп - измеренное значение случайного процесса на и-ом шаге измерения, в 1 х 1, Г 1 =0,В исходном состоянии ключ 2 открыт сигналом 1, поступающим на его управ ляющий вход с выхода схемы 23 сравнения. Измеренные значения хп ис" следуемого случайного процесса х поступают с выхода аналого-цифроного преобразователя 1 через ключ 2 на входы счетчика 7 выборки и первого блока 8 вычитания. На второй вход блока 8 вычитания подается значение оценки математического ожидания вп - 1 с выхода элемента 16 эадерж" ки, Значение разности хп" вп - 1 с ныхода блока 8 вычитания поступает на первый вход делителя 10 и на квадратор 18. Счетчик 7 выборки выдает номер измеренного значения, который поступает на второй вход делителя 10.С выхода делителя 10 значение(хи "1и- ви) поступает на первый входсумматора 14, на второй вход которого подается значение оценки метаматического ожидания ви - 1 с выхода 5элемента 16 задержки. С выхода сумматора 14 значение оценки математического ожидания на и-ом шаге виа=ви+(х и - в и -1 ) пода Оиется на элемент 16 задержки, где задерживается на один такт работы анализатора.С выхода квадратора 18 значение(хи -ви - 1) поступает на первый 15вход блока 9 вычитания, на второйвход которого поступает значение оценки дисперсии Г и - 1 с выхода элет 1мента 17 задержки. С выхода блока 9вычитания значение разности (хи,- 20. - ви) - О и - 1 поступает най йпервый вход делителя 11, на второйвход которого поступает номер измеренного значения и с выхода счетчика 7выборки. С выхода делителя 11 значе 25кке - 1 (х и) - пп - 1 - б и 11 г Я, ипоступает на первый вход сумматора 15,на второй вход которого поступаетзначение оценки дисперсии 6 и - 1с выхода элемента 17 задержки.С выхода сумматора 15 текущеезначение оценки дисперсии на и-омтакте й (и) = ) и - 1)+ 1(хп) - 55Я 1зи-в и - 1 ) - 6 (и - 1)поступает наэлемент 17 задержки, где задерживается на один такт работы анализатора,Ключи 3 - б закрыты сигналом О,поданным со схемы 23 сравнения, и наблок 24 регистрации информация о текущих значениях оценок математического ожидания ви, дисперсии б и иобъема выборки и не проходит.Текущее значение оценки дисперсии 45на и-ом такте 6 и с выхода сумматора 15 подается на второй вход делителя 12, на первый вход которого поступает номер измеренного значения и .с выхода счетчика 7 выборки,0 иЗначение - . --с выхода делитеиля 12 поступает на блок 19 извлечения квадратного корня, откуда значение -Д -5 поступает на первыйивход блока 20 умножения, на второйвход которого подается значение квантиля нормального распределения 1, 60сЬответствующие доверительной вероят 1+1ностис выхода блока 21 зада 2ния к стан ы. Полученное значениеб иподается на входы блои ка 22 и делителя 13, на други - входы которых поступает текущее значение оценки математического ожидания ви на и-ом такте с выхода сумматора 14, В блоке 22 определения доверительного интервала вычисляются текущие значения левой и правой границ доверительного интервала, в котором находится математическое ожидание в 11 случайного процесса:вГи 3-р йс ю,риЬЗМр 4В делителе 13 вычисляется текущеезначение относительной погрешностиматематического ожидания1 /5 ЭЗ,и) Ги 1 которое подаетсяча схему 23 сравнения, г е сравнивается с заданным значением од.Если текущее значение относитель, - ной погрешности С)и превышает эаДанное КОД, т.е. (Г и)Д 5 од , то схема 23 сравнения выдает сигнал О, идущий с одного его выхода на управляющие входы ключей 3 - б, оставляя их.закрытыми, и сигнал 1, идущий с его другого выхода на управляющий вход ключа 2, оставляя его открыты(.Работа статистического анализато" ра продолжается до тех пор, пока на некотором такте иотекущее значение относительной погрешности д и нестанет меньше или равным заданному значению Дъ(д, т.е, Ои д заидВ этом случае блок 23 сравнения выдает сигнал 1 на входы ключей 3 - б,и сигнал 0 на вход ключа 2. При этом наблок 24 регистрации проходят значения оценки математического ожидания ви, оценка дисперсии (т и ,.левой и правой .границ доверительиого . интервала и выборки и , а ключ 2 прекращает пропускать измеренные значения случайного процесса.Таким образом, статистическая характеристика случайного процесса вы числяется с заданной точностью неэа висимо от динамического характера исследуемого процесса, поскольку значением объема ьыборки управляется по величине текущей относительной погрешности вычисления д и.Повышение точности вжисления статистических характеристик случайныхпроцессов имеет существенное народно хозяйственное значение, Основным ис- точником экономической эффективности после внедрения предлагаемого .статистического анализатора является ПОвЫшение эффективности контроля и управления объектом на основе болееточных значений контролируемых параметров.Например, использование данного анализатора для измерения среднего значения дебита жидкости нефтяных скважин на групповых замерных установках типа Спутник приводит к повышению точности измерения среднего дебита на 8-10 и соответственному уменьшению неопределенности при расчете плановых поступлений жидкос 10 ти из цеха добычи нефти и газа (ЦДНГ) на установки подготовки нефти, а это, в свою очередь, снижает планируемое количество материальноэнергетическихресурсов для подготовки нефти. Ориенд 15 тировочная экономическая эффективность от использования предлагаемого статистического анализатора, в системах добычи, сбора, транспорта и подготовки нефти, газа и воды составля- я ет около 80,0 тыс.рублей в год на.одном ЦДНГ.Формула изобретения25Статистичесикй анализатор, содержащий аналого-цифровой преобразова-. тель, счетчик выборки, схему сравнения, первый делитель, первый блок вычитания, блок определения доверительного интервала и блок регистрации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения его точности, в него введены два сумматора, второй, третий и четвертый делители, ключи, второй блок вычитания, элементы задержки, блок умножения, квадратор, блок задания константы и блок извлечения квадратного корня, аналого-циф" рового преобразователя соединен с ф) первым входом первого ключа, второй вход которого подключен к первому выходу схемы сравнения, второй выход последней соединен с первыми входами соответственно второго, третьего, 45 четвертого и пятого ключей, выходы которых подключены к соответствующим входам блока регистрации, выход пер" вого ключа соединен с первым входом первого блока вычитания непосредст-венно, а через счетчик выборки - с.первыми входами первого, второго итретьего делителей и вторым входомчетвертого ключа, выход первого блока вычитания соединен с вторым входом первого делителя непосредственнои через квадратор с первым входомвторого блока вычитания, второй входкоторого объединен с первым входомпервого сумматора, вторым входом пятого ключа и соединен с выходом первогоэлемента задержки, вход которого объединен с вторым входом третьегоделителя и подключен к выходу первогосумматора, второй вход которого соединен с выходом второго делителя,второй вход которого подключен к выходу второго блока вычитания, выходпервого делителя соединен с первымвходом второго сумматора, второйвход которого соединен с вторыми вхо"дами первого блока вычитания, третьего ключа и с выходом второго элемента задержки, вход которого объединенс первыми входами четвертого делителя и блока определения доверительного интервала и подключен к выходувторого сумматора, выход четвертогоделителя соединен с входом схемысравнения, а второй вход объединен свторым входом блока определения доверительного интервала и подключенк выходу блока умножения, входы которого соединены соответственно с выходами блока задания константы иблока извлечения квадратного корня,вхбд) которого соединен с выходомтретьего делителя, а выход блока определения доверительного интерваласоединен с вторым входом второго клю,ча. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 398952, кл, С 06 Р 15/36, 1973,2. Авторское свидетельство СССР9 551651, кл. 6 06 Р 15/36, 1977100309 б Составитель Э. СечинаТехредЬ.Бабинец Корректор В. Бутяга едактор Н. Джуг Тираж 704 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР