Устройство для вычисления текущей оценки среднего значения

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскивСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ 1)Дополнительное к авт, св Кд 306 Г 15/Зб 22) Заявлено ОИ 180 (21) 3214823/ф 18-2присоединением заявки МВ Государственный комнте СССР. по делам изобретений и открытий) ПриоритетОпубликовано 15.09,82, Бюллетень М Дата опубликования описания 11098 К 681.325 (088. 8)(72) Авторизобретения В По 71) Заявительзенский политехнический институт 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ВЫЧИСЛЕНИЯ ТЕКУЩЕЙ ОЦЕНКИ СРЕДНЕРО ЗНАЧЕНИЯ бластитехникия аппапроцесботки.Изобретение автоматики и в и может быть и ратурного анал сов, в система информации. тноснтся кислительнойользовано длслучайныхбора и обр за сслечения,обраре"чет 2 2 Известно устройство для вычиния текущей оценки среднего знасодержащее аиалого-цифровой .пре,зователь, арифметический блок,гистр, реверсивный и двоичный счики, запоминающий блок и блок управления 113,Недостатками данного устройстваявляются большие аппаратурные затраты и сложность процесса вычислениясредней величины.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является устройство для вычисления текущей оценки среднего значения,содержащее пер" .вый, второй, третий и четвертый элементы И, выходы которого подключенык соответствующим входам первого ивторого реверсивных счетчиков, преобразователь код-напряжение, выход ко"торого, соединен с входом компаратора,блок управления, генератор тактовойчастоты 2).. Недостатком данного устройстваявляется ограниченный диапазон входного сигнала О, что обуславливается реализуемым алгоритмом (1) .Уставовлено (с помощью ЭВВМ), что Р; - весовые коэффициенты (выбираемых из ус" ф ловия минимального смещения вычисляемого среднего от истинного значенияматематического ожидания) находятсяв зависимости от О, т.е. являютсяфункцией Оя Рт(0). Таким образом,набор весовых коэффициентов Р удовлетворяет вполне определенному диапазону Оя входного сигнала Х. Причемданный диапазон достаточно узкий. ПриНаруШЭНИИ уСЛОВИя О -1 ОХ р Оя в 6,где- допустимое (с точки арениясмещения вычисляемого среднего от истинного значения) изменение Оя оеэковозрастает погрешность вычислениясреднего значения Х:. С увеличениемОй возрастает сложность подбора весо" .вых коэффицйентов Р и, начиная с некоторых значений 0, становится не воэможнж укаэанный подбор Р;, что.и определяет недостаток данного устройства. и ограничивает область его применения.Цель изобретения - расширение диа паэона исследуемого сигнала.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для вычисления текущей оценки среднего значения, содержащее компаратор, первый вход которого подключен к выходу преобразовате" ля код-напряжение, входы которого 5 соединены с выходами первого реверсивного счетчика, входы сложения и вычитания которого подключены соответственно .к выходам первого и второго элементов И, первый вход перво го элемента И объединен с первым входом третьего элемента И и соединен с первым выходом компаратора, второй выход которого подключен к первым входам второго и четвертого элементов И, выходы третьего и четвертого элементов И подключеиы к входам сло- жения и вычитания второго реверсивного счетчика, выход генератора импульсов соединен с вторымн входами первого и второго элементов И и с первым входом блока управления, состоящего из первого счетчика, выходы которого подключены к соответствующим входам дешифратора, выходы кото" рого соединены с первыми входами элементов И, вторые входы которых, кро"ме последнего, подключены к соответствующим выходам второго счетчика, второй вход последнего элемента И объединен с входом второго счетчика ф и является первым входом блока управления, выходы элементов И соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ,:выход которого является выходом блока управления, вход. первого .счет.- 35 чика является вторым входом блока управления, выход которого подключен к вторым входам третьего и четвертого элементов И, введены ключ, запомйнающий элемент и дополнительный эле мент И, прн этом тактовый вход первого реверсивного счетчика объединен с первым входом ключа, с вторым входом блока управления и подключен к выходу дополнительного элемента И, 45 первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами компаратора, второй вход которого подключен к выходу запоминакаего элемента, вход которого соединен с выходом ключа, вход которого является входом устройства.На чертеже представлена структур-. Йар схема устройства.Устройства содержит ключ 1, первый реверсивный счетчик 2, блок 3 управления, дополнительный элемент И 4, ,запоминающий элемент 5, компара 1 ор б, преобразователь 7 код-йапряжение, первый и второй элементы И 8, 9, второй реверсивный счетчик 10, третий и четР вертый элементы И 11, 12, генератор 13 тактовой частоты.Блок управления содержит первЫй 14 и второй 15 счетчики, дешифратор 16, И элементов И 17 А -17 И, элемент 65 ИЛИ 18, при этом выходы первого счетчика 14 подключены к соответствующим входам дешнфратора 1 б, выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И 17 -17 И, выходы которых подключены ко входам элемента ИЛИ 18, выход которого является выходом блока 3 управления. Вход второго счетчика 15 объединен с вторым входом и-го элемента И 17 и и является первым входом блока 3 управления, Выходы второго счетчика 15 подключены соответственно к вторым входам (и) элементов И 17( -17 , вход первого счетчика 14 является вторыл 1 входом блока управления.Алгоритм, по которому производится вычисление оценки среднего значения случайного процесса, описывается следующим рекурентным соотношениемХ = Х + Р 9 фИ(Х-Х 1), (1) где Х, - оценка среднего значенияслучайного процесса на(1-1) такте вычисления,Х, - значение случайного процесса на 1-ом такте;+ 1, .если Х-Х 01, если Х-Х с 0;Р - набор весовых. коэффициентов,Выбираемых из чсловияМинимум.МХ -Х (2) где МХ;- истинное значение математического ожидания.Для случайных процессов с известными законами изменения достаточно легко (с помощью ЭВМ) подбираются весовые коэффициенты Р , которые обеспечивают выполнение условия (2). Путем моделирования на ЭВМ применительно.к алгоритму (1) получен ряд значений Р для наиболее часто встречающихся законов изменения случайных процессов. Вычисление оценки среднего значения Х при использовании весовых коэффицйентов Р 1 (как показали расчеты с помощью ЭВМ) позволяет увеличить точность и скорость вычислен 1 я для больших диапазонов изменения входного сигнала Х.Перепишем (1) в виде непрерывной суммы членов рядаиХ =,1 Р 61 И (Х-Х; )йУстройство, реализующее данный алгоритм, работает следующим образом.Исходно реверсивные счетчики 2, 10 находятся в нулевом состоянии, а в счетчике 14 блока 3 управления записана единица. Сигнал Ооп на выходе преобразователя 7 код - напряжение равен нулю. В некоторый момент времени производится начальный запуск устройства. При этом ключ 1959093 6. 0,25) Ф 0,125 что дает воэможность формировать любой коэффициент с заданной точностью, т,е. в общем виде значение весового коэффици 5 ента на 1-ом шаге определяется в ви- де открывается на время, необходимое для запоминания входного сигнала О(с), запоминающим элементом 5, цепь начального пуска на чертеже условно не показана, При появленни сигнала О(с;) на втором входе компаратора 6 (выполняется условие О(с,")О) на первом выходе формируется сигнал, который открывает эле" менты 8, 11. Состояние счетчика 14 блока 3 управления анализируется де- шифратором 16. В общем случае дешифратор 1 б,открывает элемент или группу элементов 17 -17 и ) в соответствии с кодом, записанным в счетчике 14, На первом шаге весовой коэффициент Р = 1. В исходном состоянии дешифратор 16 открывает элемент И 17 п. Импульсная последовательность с выхода тактового генератора 13 по-. ступает на вторые элементы И 8, 9 непосредственно,а на вторые входы элементов И 11, 12 через элемент ИЛИ 18 и элемент И 17 и.В первый цикл работы устройства сегенератора 13 и блока 3 управлейия через открытые элементы И 8 и 11 на входы сложения реверсивных счетчиков поступает импульсная последовательность с одинаковой частотой 1 о. На выходе преобразователя 7 код - напряжение формируется сигнал, пропорциональный коду в счетчике 2. При равенстве сигналов О(с;) и Оо компаратор б снимает разрешающий сигнал с первого выхода и закрывает элементы И 8 и 11. В реверсивных счетчиках 2 и 10 сформированы коды 11 и 21, равные между собой и пропорциональные исследуемому сигналу О(1).В момент равенства сигналов О и Она первом и втором вйходах компаратора б устанавливаются равные логические уровни. При,. этом срабатывает элемент И 4, на выходе которого формируется сигнал, поступающий на счетный вход счетчика 14 блока 3 управления, увеличивая его содержимое на единицу. Одновременно данным сигналом осуществляется перепись содержимого счетчика 10 в счетчике 2, а также открывается ключ 1. В запоминающем элементе 5 фиксируется очередное значение исследуемого сигнала Если исследуемый сигнал 0 изменился в любую из сторон, то вновь срабатывает компаратор 6 и в зависимости от знака изменения Ох(Ф:) вырабатывает разрешающий сигнал на первом выходе, что соответствует по . ложительному приращению Ок( Ц ), либо .на втором выходе, что соответствуетотрицательному приращению ОХ(й ).Импульсная последовательность ГО с выхода тактового генератора 13 поступает на вход счетчика 15 блока 3 управления. На выходах последнего формируются частотйые дискреты 1 о 2 ф 2 фмогде а - коэффициенты, равные соот-.1 О ветственно 1 для группы.открытых элементов И 17 и0 - для закрытых.Второй весовой коэффициент Р равен 0,5, при этом дешифратор 16 блока 1 3 управления открывает элемент 17,на второй вход которого поступает им"пульсная последовательность с частотой. 0,5.Если очередное значение исследуемого сигнала меньше предыдущего, тоданная частотная дискрета постуйаетчерез открытый элемент И 12 на вычитающий вход реверсивного счетчика 10.(3) получим 35йй -0,5(й -й,). (4)Из последнего выражения видно,что в реверсивном счетчике зафиксирован код й , равный среднему арифметическому двух значений сигналов 40 Ох(ф) и 0(й). В момент уравновешивания сигнала Ох( ) сигналом 0сПКН 7 вновь срабатывает элемент И 4 иимпульсы, формируемые на его выходе,обеспечивают занесение очередной единицы в счетчик 14 блока 3 управления,.перепись содержимого счетчика 10 в.счетчик 2, а также срабатывание ключа 1. При этом новое значение анализируемого сигнала И,( ) фиксируетсяв запоминающем элементе 5.56 К моменту 21-го уравновешиваниякод Яв реверсивном счетчике 10описывается выражениемМ "ЯО"1)+6 ЦЪ Р;Я .-К, ( 1) И где й -1)код в реверсйвномсчетчике 10 в (-4)такт уравновешивания,М 4 - код в реверсивном счетчике 2 В -ый такт урав - . новешивания,Р - текущее значение весового коэффициента,у +4,Осли М,Н,6 -1 ЕСли Й,, (. В отличие от прототипа в устройстве .для вычисления текущей оценки среднего значения используется алгоритм 1 1), который обеспечивает большую эффективность вычисления с увеличением диапазона изменения исследуе мого сигнала. Положительный эффект достигается без усложнения узла формирования весовых коэффициентов и практически всего устройства в целом,Устройстно для вычисления текущей 10 оценкИ среднего значения случайных процессов и сигналов обеспечинает больший эффект по сравнению с извест ными устройстнами, так как увеличен диапазон изменения входного сигнала 15 без сннжевия скорости и эффективности вычисления текущей оценки среднего значения. Область применения устройства значительно шире, чем у прототипа. 20Формула изобретенияУстройство для вычисления текущей оценки среднего значения, .содержащее компаратор, первый вход которого подключен к выходу преобразователя код-напряжение, входы которого соединены с выходами первого реверсивного, счетчика, входы сложения и вычитания которого подключены соответственно к выходам первого и второго элементов И, первый вход перного элемента И объединен с первым входом третьего элемента И и соединен с первым выходом компаратора, .второй выход которо" го подключен к первым входам второго и четвертого элементов И, выходы третьего и четвертого элементов И подключены к входам сложения и нычита- "46 ния второго реверсивного счетчика,выход генератора импульсов соединен с вторыми входами первого и второго элементов И и с первым входом блока управления, включающего первый счетчик, выходы которого подключены к соответствующим входам дешнфратора, выходы которого соединены с первыми входами элементов И, вторые входы которых, кроме последнего, подключены к соответствующим выходам второго счетчика, второй вход последнего элемента И объединен с входом второго счетчика и является первым входом блока управления, выходы элементов И соединейы с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого является, выходом блока управления, вход первого счетчика является вторым входом блока управления, выход которого подключен к вторым входам третьего и четвертого элементов И, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона исследуемого сигнала, в устройство введены ключ, запоминающий элемент и дополнительный элемент И, при этом тактовый вход первого реверсивного счетчика объединен с первым входом ключа, с вторым входом блока управления и подключен к выходу дополнительного элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами компаратора, второй вход которого подключен к выходу запоминающего элемента, вход которого соединен с выходом ключа, вход которого . является входом устройства.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРВ б 19924, кл. 6 06 Г 15/Эб, 1975.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2895083/18-24кл. О Об Г 15/Зб, 1979 (прототип).959 аюз Составитель Л Григорьян-Чтенцтор 9, Колесникова Техред З.Палий . Корректор А.Гриценко з 7018/66ВНИИПИ Гбсудпо делам113035, Иос Подпи г. Ужгород, ул. Проектная,л ППП "Пат ЖЙ Овтеву Тираж 731арственного комитета СССРэобретений и открытийва, 3-35, Раушская наб д