Устройство для определения статистических характеристик непрерывных случайных величин

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 9) Ш) 96 06 Г 153 ЕНИЯ: овнефти урное учай 197 1974,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Азербайджанский институи химии имМ. Азизбекова(56) 1. Мирский Г.Я. Аппаратопределение характеристик слных процессов. М., фЭнергия"с. 283.2. "Измерительная техника9 10, с. 22 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯСТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕПРЕРЫВНЫХ СЛУЧАЙНЫХ В)",ЛИЧИН, сбдержащее.амплитудный селектор, первыйвход которого является входом устрой"ства, временной селектор, информационный вход которого соединен с вы"ходом амплитудного селектора, а управляющий вход - с выходом генератора импульсов, счетчик импульсов,вход которого:соединен с выходомвременного селектора, и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к управляющему входуамплитудного селектора, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей за .счет определения квантилей и повышения быстродействия,оно дополнительно содержит двасумматора, три регистра, два коммутатора кодов, блок синхронизации и множительно"делительный блок, причем вход. цифроаналогового преобразователя соединен с суммирующим входом первого сумматора, с первым входом первого коммутатора кодов, с выходом первого регистра и входом второго регистра, выход которого соединен с первым входом второго коммутатора кодов, второй. вход которого соединен с шиной уставок, а третий вход - с выходом третьего регистра, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов и вторым входом первого коммутатора кодов, выходы первого и второго коммутаторов кодов соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами второго сумматора, выход которого соединен с первым входом множительно-делительного блока, выМод которого соединен с вычитающим входом второго сумматора, выход которого соединен со входом первого регистра, управляющие входы временного селектора, множительно-дели- тельного блока, коммутаторов кодов и регистров и установочный вход счетчика импульсов соединены с соответствующими выходами блока синхронизации,.Изобретение относится к антомати ке и вычислительной технике и предназначено для определения медианы и кнантилей непрерывных случайных величин и эргодических стационарных случайных процессов.,Известно устройство, в котором определение медианы случайных величин производится косвенным методом по графику функции распределения вероятностей исследуемой случайной величины, содержащее последовательно соединенные входное устройство, амплитудный селектор, формирующее устройство, временной селектор, счетчик импульсов, причем вто рой вход временного селектора соединен с выходом генератора счетных импульсов, а на второй вход амплитудного селектора подается постоянное напряжение, определяющее текущий уровень анализа. Выход счетчика является выходом устройства 1.Определение указанных характеристик с помощью этого устройства основано на косвенном методе и связано с необходимостью предварительно определения функции распределения вероятностейинтегрального закона распределения) по множеству точек ( уровней анализа) во всем диапазоне задания случайной величины.30Необходимость построения детальной вероятностной картины исследуемой случайной величины связана с большой измерительной и вычислительной работой и характеризуется зна чительной избыточностью информации, получаемой в результате проводимого измерительного эксперимента.1В йтоге это приводит к существенному увеличению времени анализа, которое, например, для 3 десятичных разрядов - 1000 уровней анализа - требует времени 1000 ., где Т - время одного измерения.45 40Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения медианы, содержащее амплитудный селектор, первый вход которого соединен с 50 входной шиной устройства, а второй вход - соединен с регулятором порогоного уровня срабатывания и со входбм вольтметра, временной селектор, первый вход которого соединен с выходом амплитудного селектора, а второй вход - с генератором селекторных импульсов, счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом временного селектора, инвертор, вход которого соединен с выходом амплитудно го селектора, второй временной селектор, первый вход которого соединен с выходом инвертора, а второй вход - с выходом генератора селекторных импульсов, второй счетчик импуль сов, вход которого соединен с выходом второго временного селектора Г 2.Измерение медианы при Использовании устройства-прототипа сводится кподбору такого, уровня анализа, прикотором показания первого и второгосчетчика сонпадают, после чего значение медианы считывается с вЫхода вольтметра, подключенного крегулятору порогового уровня.Однако определение величинымедианы связано с необходимостьюпроведения цепочки последовательных ручных операций по подбору требуемого уровня анализа, что увеличивает долю субъективного фактораизмерений, снижает надежность и стабильность результатов и увеличиваетстоимость проводимого измерительного эксперимента.Быстродействие устройства-прото-.типа в силу наличия ручных операций также оказывается низким. Другим недостатком укаэанного устройства являются его ограниченныефункциональные возможности, так каконо рассчитано на измерение толькоодной вероятностной характеристики - медианы.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей устройства за счет определения квантилейраспределения и повышения быстродействия за счет автоматизации процесса измерений,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство, содержащееамплитудный селектор, первый входкоторого является входом устройства, временной селектор, информационный вход которого соединен с выходом амплитудного селектора, ауправляющий вход - с выходом гекератора импульсов, счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом временного селектора, и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к управляющему входу амплитудного селекторавведены дна сумматора, три регистра, два коммутатора кодов, блоксинхронизации и множительно-делительный блок, причем вход цифроаналогового преобразователя соединен ссуммирующим входом первого сумма-.тора, с первым входом первого коммутатора кодов, с выходом первого регистра и входом второго регистра,выход которого соединен с первымвходом нторого коммутатора кодов,второй вход которого соединен с шиной уставок, а третий вход - с выходом третьего регистра, вход которого соединен с выходом счетчикаимпульсов и вторым входом первогокоммутатора кодов, выходы первогои второго коммутаторов кодов .соединены соответственно с суммирующим игвычитающим входами второго сумматора, выход которого соединен с первымвходом множительно-делительногоблока, выход которого соединен с вычитающим входом второго сумматора,.выход которого соединен со входомпервого регистра, управляющие вхо ды временного селектора, множитель-но-делительного блока, коммутаторовкодов.и регистров и установочныйвход счетчика импульсов соединеныс соответствующими выходами блокасинхронизации,На чертеже приведена схемапредложенного устройства,Устройство содержит амплитудныйселектор 1, временной селектор 2,генератор 3 импульсов, счетчик 4импульсов, цифроаналоговый преобразователь 5, первый б, второй. 7 итретий 8 регистры, первый 9 и второй 10 коммутаторы кодов, второйсумматор 11, множительно-делительный блок 12, первый сумматор 13 и.блок 14 синхронизации,Устройство работает следующимобразом.В исходном состоянии регистры 7и 8, а также счетчик 4 устанавлива-,ются в нулевое положение, в регистре 6 записан код нулевого приближения г . Работа устройства происходит циклически, при этом каждыйцикл состоит из следующих 5-ти тактов.1-й такт (Измерение), По комайде .блока 14 открывается на время Твременной селектор 2 и с помощью блоков 1 - 4 производится определениесреднего времени пребывания исследуемой реализации ниже уровня анализа. Уровень анализа задаетсяцифроаналоговым преобразователем 5(ЦАП), который управляется кодОм,хранящимся в регистре б. Результатизмерения записывается в счетчик 4 .и представляет собОй не что иное,как значение Г (г ) функции распределения вероятностей исследуемой случайной величины в точке г2-й такт. По команде блока 14коммутаторы кодов 9 и 10 подают навходы сумматора 11 код Е(г,) с выхода счетчика и код уставкй у,который определяет "процентностьквантилей и для медианы равен 0,5(50-процентный квантиль). В конце второго такта найденная разностькодов ( Г(г )- уД заносится в множи-тельно-делйтель%ый блок 12.3-й такт. По команде блока 14коммутаторы кодов 9 и 10 подключаютко входам сумматора 11 регистры би 7 производится вычитание кодов,(в данном случае г - 0). В концетретьего такта запускается множительно-делительный блок 12 и произ водится умножение разности (г - О)с выхода сумматора 11 на кодГ(г )-у+, записанный В блок 12 вовтором такте работы устройства.Результат умножения (го -0)Г Г(г ) у 3остается в блоке 12.4-й такт. По команде блока И че-.рез коммутаторы кодов 9 и 10 ко входам сумматора 11 подключаются счет-.чик 4 и регистр 8. Находится раз 10 ность (в данном случае Г(г )" 0),В конце четвертого такта запускается множительно-делительный блок 12и осуществляет деление числа (гО-О)1,Г(г )- уДна найденную разность- :- )ь) у 15-й такт. По команде блока 14код г. с выхода регистра 6 переписывается в регистр 7 и в сумматор13, а код; Е(г ) с выхода счетчика4 - в регистр 8. Эта информация будет использована в следующем циклеработы устройства. Теперь на выходе сумматора 13 образован код, определяющий величину нового приближения го- ,ф)у 1 о) у,1В конце пятого такта величина гс выхода сумматора 13 переписывается в регистр б.На этом первый цикл работы устройства заканчивается. Код г, преобразованный посредством ЦЬИ 5 и ана 35 логовую величину, определяет новыйуровень анализа,Второй цикл работы устройствапроисходит аналогично первому.1-й такт. (Измерение), По команде40 блока 14 на время Т открываетсявременной селектор 2 и определяется среднее время пребывания исследуемой реализацииниже уровня аналиФза г . Результат измерения, записан 45 ныйсчетчике 4, представляет собой значение функции распределениявероятностей в точке зЗатем осуществляются 2-й, З-й,4-й и 5-й тракты, как это было описановьйе.В результате после завершенияпятого такта в регистре б записаноновое второе приближение г,55 .а у)Р, ) . В общем случае, когда устройство.проработало и+1 цикл в регистре 6получаем 60(гф)" у 4е 2-3 цикла регистре б Практически уже чустройство формирует 65код а., равный с точностью до погрешности дискретности ЦАП 5, измеряемой вероятностной характеристике.В то время как в устройстве-прототипе количество циклов измерений и ручных регулировок порога весьма великойесколько десятков) в устройстве, осуществляемом автоматическое и целенаправленное обыскание измеряемой величины с ее одновременным квантованием, количество циклов работы устройства, за которые измеряется к, не,превышает 2-3, т,е. по крайней мере на порядок лучше, чем в устройстве-прототипе.Тот же порядок работы устройства полностью сохраняется и при измерении процентных квантилей. В этом случае на шину уставок подается код, указывающий желаемую процентность квантилей. Например, при необходимости измерения величины 20-процентного квантиля на. шину уставок ук. подается код 0,2(20). В остальном работа устройства происходит как это было описановыше, т,е. предложенное устройстводает возможность оперативного перехода на новый режим работы. Такойпереход может осуществляться Как,спомощью внешнего переключателятак и дистанционно по программе.. При этом оценки скорости сходимостиполностью сохраняют свою силу, а 10 количество циклов работы по прежнему не превышает 2-3, т.е. на порядок лучше, чем в устройстве-прототипе.Таким образом, предложенное 1 Я устройство обеспечиваетф повышениебыстродействия, по крайней мерена порядок, по сравнению с прототипом за счет автоматизации .процесса измерения, расширение функциональных возможностей устройства, которое обеспечивает измерение не только медианы, но и квантилей непрерывных случайных велицин и процессов,1012270 ско Подписноекомитета СССРи открытийсная наб., д. каз 276 1 Тираж 704ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений3035, Москва, Ж"35, Рауы Филиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул, Проектная Составитель В. ФукаловРедактор М. Келемеш Техред А. Бабинец Корректор А