Устройство для определения условного математического ожидания

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рц 3003097(22) Заявлено 280581 (21) 3291997/18-24с присоединением заявки МВ -(23) Приоритет -Опубликовано 07,03,83 Бюллетень Мо .9 51) М. Кл. 6 06 Р 15/36 Государственный ксмитет СССР по делам изобретений и открытий. 53) УДК 681.3(088.8) Дата опубликования описания 07,03,83(72) Авторыизобретения В.П. Калявин, Ю.Н. Костенко и А.В. Иозгалезский Новосибирский электротехнический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСЛОВНОГО МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОЖИДАНИЯ Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля и в автоматизированных сис темах управления. технологическими процессами.Известно устройство для определения условного математического ожида- ния, содержащее центрирующие фильтры, модульную схему, аналого-цифровой преобразователь, дискриминатор знака, схему сравнения, узел регулируемой задержки, схемы совпадений, временной селектор, пересчетную схЕму, реверсивный счетчик импульсов, триггер, кнопку и переключатели 1). Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения условного математического ожидания, содержащее источник опорного напряжения, блок сравнения, аналого-циФровой преобразователь, элемент совпадения, счетчик импульсов, временной селектор, делитель частоты и блок управления, включающий триггер и кнопку, с соответствуккцими связями. Устройство позволяет опрЕделить значения условного математического ожидания ш/х случайного процесса у стационарно связанного со случайным процессом х (2.Однако известные устройства нельзя использовать для определения текущих значений условного математического ожидания по вновь поступающим эна чениям х случайногопроцесса х и значениям у случайного процесса х. Действительно, для определения одного значения условного математического ожидания необходимо достаточно много значений у и х(. Кроме того, предполагается, что все значения у и х имеют одинаковую ценность для определения одного значения условного математического .ожидания,Целью изобретения является расширение Функциональных возможностей эа счет определения текущих значений условного математического ожидания.Для достижения цели в устройство для определения условного математического ожидания, содержащее источник опорного напряжения, выход кОторого подключен к первому входу блока сравнения, выходкоторого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, два счетчика и блок управления, введены два аналоговых сдвигающих регистра, два фильтра, блокпостоянной аналоговой памяти, два блока умножения и блок деления, при этом первый и второй выходы блока управления подключены соответственно к первым входам первого и второго аналоговых сдвигающих регистров, выход первого аналогового сдвигающего регистра через первый фильтр соединен с первым входом первого блока умножения, второй вход которого объединен с первым входом второго блока 10 умножения и соединен с выходом блока постоянной аналоговой памяти, вход которого подключен к третьему выходу блока управления, выход первого блока умножения соединен с вторым входом 15 айалого-цифрового преобразователя, выход которого .подключен .к .первому входу первого счетчика, второй вход которого объединен с первым входом второго счетчика и соединен с четвер О тым выходом блока управления, выход второго аналогового сдвигающего регистра подключен через второй фильтр к второму входу второго блока умножения, выход которого соединен с вто рым входом блока сравнения, выход которого подключен к второму входу второго счетчика, выходы первого и второго счетчиков соединены соответственно с первым и вторым входами блока деления, выход которого является выходом устройства, вторые входы первого и второго аналоговых сдвигаю щих регистров являются соответствен но первым и вторым входами уСтройст". ва.Кроме того, блок управления содержитдва форми 1.ователя импульсов записи, три формирователя импульсов считывания, два формирователя импульсов ЩО сдвига, элемент постоянной памяти, регистр разрядов, два регистра адреса, формирователь импульса, триггер, генератор прямоугольных импульсов, переключатель и три выключателя, при этом первый, второй и третий выходы элемента постоянной памяти подключе ны соответственно к входам первых формирователей импульсов записи, счи" тывания и сдвига, выходы которых объе- динены и являются первым выходом блока, четвертый, пятый, шестОй выходы элемента постоянной памяти соединены соответственно с входами вторых формирователей импульсов записи, считывания и сдвига, выходы которых55 объединены и являются вторым выходом блока, седьмой выход элемента постоянной памяти подключен к входу третье. го формирователя импульсОв считйва-. ния, выход которого является третьим 6 О выходом блока, восьмой выход элемента постоянной памяти соединен.с вхо" дом установки в ноль триггера, выход которого подключен к входу. генерато" ра прямоугольных импульсов, выход 65 которого соединен с первым управляющим входом регистра разрядов, второй управляющий вход которого объединен с первыми управляющими входами первого и второго регистров адреса и подключен к первому выводу первого выключателя, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, выходы первого и второго регистров адреса подключены к соответствующим адресным входам элемента постоянной памяти, управляющие входы которого соединены с соответствующими выходами регистра разрядов, выход старшего разряда регистра разрядов подключен к сдвиговому входу регистра разрядов и к первым выводам замыкающего и размыкающего переключателя, второй вывод размыкающего контакта переключателя соединен с вторым управляющим входом первого регистра адреса, выход старшего .разряда каждого регистра адреса подключен к сдвиговому входу соответствующего регистра адреса, второй управляющий вход второго регистра адреса соединен с вторым выводом замыкающего контакта, вход установки в единицу триггера подключен к выходу формирователя импульсов, вход которого соединен с первым выводом второго выключателя, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, шина нулевого потенциала соединена с первым выводом третьего выключателя, второй вывод которого является четвертым выходом блока.На фиг, 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока управления.Устройство содержит первый анало-говый сдвигающий регистр у - АСР 1, служащий для запоминания текущих значений у, 1 = 1,2 1 с и допускающий. считывание без расширения информации, а также второй аналоговый сдвигающий регистр х; - АСР 2, служащий для запоминания текущих значений х,=1 = 1,2 К и допускающий считывание беэ разршения информацйи, кроме того, первй 3 и второй 4 фильтры, блок 5 постоянной аналоговой памяти, в коФором хранятся значения функции веса Ч , первый блок б умножения, служащий для получения значений у. второй блок 7 умножения, служащий для получения значений х ф ,аналого" цифровой преобразователь (АЦП) 8, блок 9 сравнения, источник 10 опорного напряжения, первый счетчик 11 импульсов, второй счетчик 12 импульсов, блок 13 деления и блок 14 управления.Блок 14 управления содержит первый формирователь импульсов записи 15, первый формирователь импульсов считывания 16, первый формирователь импульс сов сдвига 17, второй формирователь1003097 20 йВ=;ЕЬч Х 1=1 сММХ.К) импульсов записи 18, второй Формирователь импульсов считывания 19, второй формирователь импульсов сдвига 20, третий формирователь импульсов считывания 21, элемент постоянной памяти 22, регистр разрядов 23, первый и второй регистры адреса 24 и 25, Формирователь импульса 26, триггер 27, генератор прямоугольных импульсов 28, выключатели 29-31 и переключатель 32. 10Известно, что оценку условного математического ожидания вух эргодического случайного стациойарного процесса у(1) по значению хс зргодического, стационарно свяэанйого с исследуемым, случайного стационарного х(Ц можно определить, располагая двумя реализациями: по одной каждого из названных процессов по выражению+;), кои, хИ,;)=)(;1 о,эи хИ.;рХ где Б - количество пересечений х( )=хо в реализации х (О )х - зйачение, относительно которого определяется оценка условного математического ожидания.Если же процессы х (1) и у(1) не стационарные или нестационарно связанные, т.е. имеют дрейф параметров во времени, то оценка условного математического ожидания будет сильно смещенной. В этом случае необходимо знать текущее значение определяемой оценки. Один из возможных способов решения этой задачи известен как 40 метод замороженных коэффициентов или метод скользящего интервала. Считается, что в течение некоторого интервала наблюдений Т + а можно 45 принять, что вХ сопз 1, где 1 =+ а, )с - 1 + а, Е - Т; а = 0,1,2,); ) "-)с. Тогда, пользуясь информацией, получаемой в интервале наблюдений Т(1 = )с - Т, , к),можно найти наилучшие в смысле минимума среднего квадрата ошибки значения оценок вХ с + а). Кроме этого, влияния информации, полученной в моменты времени )с,)с - 1 и.т.д., на точность оценки в ссс + а) неодинаково. Для учета йзменения ценности 1 информации вводится функция веса Чс 1, 7 ), где )с - число наблюдений в выборке; 1 - номер текущего наблюдения: ф - некоторый параметр функ ции веса. Как правило, полагают, что с увеличением возраста наблюдений ценность их для определенйя оценки в(Х с + а) убывает, т.е. функция веса уменьшается с ростом с - 1). 65 Функции веса могут быть, напр:мер, вида с) = ( 1 -3 )у д =укгде у = (О - 1) и другие.Предлагаемое устройство реализует алгоритм определения текущих оценок условного математического ожидания по выражению (1) с использованием метода скользящего интервала и с учетом ценности информации о процессах х и у(й) с помощью выбранной заранее функции веса.Устройство работает следующим образом.В первые кфир тактов работы устройства происходит заполнение АСР 1 и АСР 2 измеренными значениями х и у; соответствующих С . Для этого блок 14 управления последовательно подает команды на записье и фесдвиг 1 ф значений в регистрах. В следующие кфир тактов осуществляется попарное считывание значений х из регистров и значений 9 из блока 5. В процес- се считывания на выходах блоков умножений 2 имеем непрерывные реализации соответственно случайных процессов х(С) и у(С)с учетом Функции веса. При совпадении значений реализации х(1) со значением хс, которое выдается источником опорного напряжения 10, блок 9 сравнения выдает импульс, который записывается во второй счетчик 12 импульсов и открывает АЦП 8. Напряжение реализации уЪ. процесса У(М, соответствующее х щ х4 с преобразуется в число импульсов, которое считается первым счетчиком 11 импульсов. После считывания последней тройки у;, х-,с. показание счетчика 11 будет:,где Ь - коэффициент пропорциональности АЦП 8.В счетчике 12 будет зафиксировано значение Ы, равное числу пересечений х = хс в отрезке реализации х(О . Блок 13 деления определит.значение, которое и будет пропорционально оценке вх с); Таким образом, после )с тактов считывания будет определена )с-ая оценка условного математического ожиданияДалее устройство приводится в исходное состояние. Для этого блок 14 управления выдает импульс на сброс счетчиков в 0 и подает команду на сдвиг информации в регистрах, т.е.И-ов значение переписывается на место (И)-го, (Б)-е переписывается на место (Б)-го и т.д. Затем подается команда на запись хК+А и у+4 значений. В следующем такте осуществляется считывание троек значений хЧВ конце последнего такта считывания блок 13 деления определит(Е+1) -ое значение искомой оценки - в/Х В+1). Снова устройство приводится в исходное состояние, далее записываются значения хк и уК+2 К+2 И ТДТаким образом, в конце каждого В+)-го цикла считывания устройст во будет определять (1+)-ое значение оенки условного математического ожидания, т.е. Устройсто обеспечивает определение текущего значения условного математического ожидания по 20 вновь поступающим значениям х случайного процесса х(1) и значениям у. случайного процесса у с учетом предыдущей информации о процессах,Работает устройство следующим образом.Первой кнопкой блок приводится в исходное состояние. Для чего регист. ры 23-25 очищают и записывают в первые ячейки 1. При нажатии второй ЗО кнопки триггер 27 огрокидывается и открывает генератор 28, с которого импульсы поступают на регистр разрядов 23. Из элемента постоянной памяти считывается первое слово. По окон,чанию считывания последним разряднымимпульсом происходит сдвиг 1 врегистре адреса для считывания второго слова и т.д. до тех пор, пока небудут считаны К слов и не произойщдет заполнение АСР 1 и АСР 2 устройст,ва измеренными значениями х и у соответствующих . Затем переключатель 32 переключают в противоположное положение. После этого в цикле происходит генерация команд,обеспечивающих последовательное считывание данных из АСР 1 и 2 и блока 5, сдвигданных в АСР 1 и 2, запись вновь поступающих текущих значений х и у 1, вновь считывание данных из 1,2,5 ит.д. Каждый раэ, когда необходимо остановита генерацию команд в последующем такте, в 8 разряде слова, соответствующего предыдущему такту, должна быть записана 1. Эта 1 по, окончанию считывания очередного слова перебросит триггер 27, который запретит работу генератора 28. Для продолжения работы блока необходимо повторно нажать выключатель 30. Применение устройства дает возможность решить задачи прогнозированияизменения состояния изделий, благодаря чему становится возможным решить многие производственные и эксплуатационные задачи.формула изобретения1. Устройство для определения условного математического ожидания, содержащее источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, выход которого соединен с первым входом ана . лого-цифрового преобразователя, два счетчика, блок управления, о т л И- ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения его функциональных возможностей за счет определения текущих значений условного математическогоожидания, в него введены два аналоговых сдвигающих регистра, два фильтра, блок постоянной аналоговой памяти, два блока умножения и блок деления, причем первый и второй выходы блока управления подключены соответственно к первым входам первого и второго аналоговых сдвигающих регистров, выход первого аналогового сдвигающего регистра через первый фильтр соединен с первым входом первого блока умножения, второй вход которого объединен с первым входом второго блока умножения и соединен с выходом блока постоянной аналоговой памяти, вход которого подключен к третьему выходу блока управления, выход первого блока умножения соединен с вторым входом аналого - цифрового преобразователя, выход которого подключен к первому входу первого счетчика, второй вход которого объединен с первымвходом второго счетчика и соединен с четвертым выходом блока управления, выход второго аналогового сдвигающего регистра подключен через второй фильтр к второму входу второго блока умножения, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого подключен к второму входу второго счетчика, выходы первого и второго счетчиков соединены соответственно с первым и вторым входамиблока деления, выход которого является выходом устройства, вторые входыпервого и второго аналоговых сдвигающих регистров являются соответственнопервым и вторым входами устройства.2. Устройство по и. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок управ-ления содержит два формирователя импульсов записи, три формирователя им- пульсов сдвига, элемент постояннойпамяти, регистр разрядов, .два регистра адреса, формирователь. импульса, триггер, генератор прямоугольных импульсов, переключатель и три выключателя, причем первый, второй и третий выходы элемента постоянной памятиподключены соответственно к входампервых формирователей импульсов записи, считывания и сдвига, выходыкоторых объединены и являются первымвыходом блока, четвертый, пятый ишестой выходы элемента постояннойпамяти соединены соответственно свходами вторых формирователей импуль-.сов записи, считывания и сдвига, выходы которых объединены и являютсявторым выходом блока, седьмой выход 10элемента постоянной памяти подключенк входу третьего формирователя импульсов считывания, выход которогоявляется третьим выходом блока, восьмой выход элемента постоянной памяти соединен с входом установки вноль триггера, выход которого подключен к входу генератора прямоугольныхимпульсов, выход которого соединен спервым управляющим входом регистра рОразрядов, второй управляющий вход которого объединен с первыми управляющими входами первого и второго регистров адреса и подключен.к первому выводу первого выключателя, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, выходы первого и второго регистров адреса подключены ксоответствукицим адресным входам элемента постоянной памяти, управляющиевходы которого соединены с соответ" ствующими выходами регистра разрядов,выход старшего разряда регистра разрядов подключен к сдвиговому входурегистра разрядов и к первым выводамзамыкающего и размыкающего контактовпереключателя, второй вывод раэмыкающего контакта переключателя соединенс вторым управляющим входом первогорегистра адреса, выход старшего разряда каждого регистра адреса подключен к сдвиговому входу соответствующего регистра адреса, второй управляющий вход второго регистра адресасоединен с вторым выводом замыкающего контакта, вход установки в единицу триггера подключен к выходу формирователя импульсов, вход которогосоединен с первьм выводом второговыключателя, второй вывод которогоподключен к шине нулевого потенциала, шина нулевого потенциала соединена с первым выводом третьего выключателя, второй вывод которого является четвертым выходом блока. Источники информации,принятые во внимание,при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 285368, кл. 6 06 07/52, 1969. 2. Авторское свидетельство СССР 9 263295, кл. 6 06 0 7/52, 1968 (прототип).1003097 Составитель Л.Григорьян-ЧтенцТехред А.Бабинец Корректор Л. Бокшан Редактор Н. Джуган Тираж 704 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5