Устройство для квантования случайных процессов

, 108481 9) бц С 06 Г 15/36 ИДЕТЕЛЬСТ У К АВТОРСКО нструк- изации техим тво СС1973.о СССР1977 СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБР(71) Специальное проектно-кторское бюро средств автоманефтедобычи и нефтехимии "Нпромавтоматика"(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КВАНТОВАНИЯСЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ, содержащее блоквычитания, блок усреднения, блокзадания констант, блок управления,состоящий из регистра, элемента И,элемента НЕ, счетчика, пороговогоэлемента и генератора импульсов,выход которого соединен с входомсчетчика, выход которого подкпючен кпервому входу порогового элемента,второй вход которого объединен спервым входом элемента И и подключенк выходу регистра, второй вход элемента И объединен с входом элементаНЕ и подключен к выходу пороговогоэлемента, выход элемента И соединенс управляющим входом первого блокапамяти, аналого-цифровой преобразователь, управляющий вход которогосоединен с выходом делителя частоты,а выход является выходом устройства,блок выборки адреса, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения его быстродействия, введены второй блок памяти, первый и второй элементы И, первый и второй делители, счетчик импульсов, амплитудныйселектор, блок масштабирования и ком.мутатор, информационные входы которого являются соответственно информационными входами устройства, а информационный выход коммутатора соединенс первым входом первого элемента И,и информационным входом аналого-цифрового преобразователя, второй входпервого элемента И соединен с выходом элемента НЕ блока управления,а выход первого элемента И подключенк информационному входу первого блока памяти и входу блока усреднения,выход которого соединен с первым вхо.дом амплитудного селектора, второйвход которого соединен с выходомпервого блока памяти, а выход амплитудного селектора соединен с входомсчетчика импульсов, выход которогосоединен с первым входом первого делителя, второй вход которого подключен к выходу порогового элементаблока управления, а выход черезблок масштабирования соединен спервыми входами блока вычитания ивторого элемента И, выход второгоэлемента И подключен к информационному входу второго блока памяти, выходкоторого соединен с входом делителячастоты, с вторым входом блока вычитания и с первым входом второго делителя, второй вход которого подключен к выходу блока вычитания, а выход соединен с первым входом схемысравнения, второй вход которой подключен к блоку задания констант, авыход соединен с вторым входом второго элемента И и с управляющим входом второго блока памяти, адресный1вход которого объединен с управляющим входом коммутатора и 1084812подключен к выходу блока выборки адреса.10 15 20 30 35 40 45 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах сбора информации со стохастических объектов, например с объектов нефтяного производства.Известно устройство для квантования случайных процессов, содержащее аналого-цифровой преобразователь, выход которого является выходом устройства, блок вычитания и блок управления 1,1.Недостатками этого устройства являются низкая точность квантования случайного процесса и малое быстродействие при анализе большой совокупности случайных процессов (более ста) .Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для квантования случайных процессов, содержащее аналого-цифровой преобразователь, выход которого является выходом устройства, делитель частоты, выход которого соединен с управляющим входом аналогоцифрового преобразователя, блок усреднения, первый блок памяти, блок вычитания, задатчик относительной ошибки и блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого блока памяти2 ),Однако в известном устройстве при существенном изменении характера протекания процесса необходимо производить корректировку его интервала квантования, что связано со сложным преобразованием (с определением автокорреляционной функции, вычислением ее приращения и соответствующего ему времени спада) и, следовательно, с низким быстродействием. Если при изменении характера протекания процесса не осуществлять корректировку интервала квантования, это приводит либо к недостаточной точности при последующем восстановлении исходного непрерывного процесса, если процесс стал более динамичным, либо к избыточной точности,если процесс стал менее динамичным, что увеличивает длительность последующей обработки квантованного сигнала.Для объектов нефтяного производства характерно наличие большого количества (более ста) контролируемых параметров, являющихся кусочно-стационарными случайными процессами,что при использовании известногоустройства обусловливает низкое быстродействие работы и недостаточную точность квантования.Целью изобретения является повышение быстродействия устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для квантования случайных процессов, содержащее блок вычитания, блок усреднения, блок задания констант, блок управления, состоящий из регистра, элемента И, элемента НЕ, счетчика, порогового элемента и генератора импульсов, выход которого соединен с входом счетчика, выход которого подключен к первому входу порогового элемента, второй вход которого объединен с первым входом элемента И и подключен к выходу регистра, второйвход элемента И объединен с входомэлемента НЕ и подключен к выходупорогового элемента, выход элементаИ соединен с управляющим входомпервого блока памяти, аналого-цифровой преобразователь, управляющийвход которого соединен с выходом делителя частоты, а выход являетсявыходом устройства, блок выборкиадреса, введены второй блок памяти,первыйи второй элементы И, первыйи второй делители, счетчик импульсов,амплитудный селектор, блок масштабирования и коммутатор, информационные входы которого являются соответственно информационными входами устройства, а информационный выходкоммутатора соединен с первым входом первого элемента И и информацион.ным:входом аналого-цифрового преобра.1084 40 Г щ О, 22 Г( эователя, второй вход первого элемента И соединен с выходом элемента 11 Е блока управления, а выход первого элемента И подключен к информационному входу первого блока памяти и5 входу блока усреднения, выход которого соединен с первым входом амплитуд. ного селектора, второй вход которого соединен с выходом первого блока памяти, а выход амплитудного селектора соединен с входом счетчика импульсов, выход которого соединен с первым входом первого делителя, второй вход которого подключен к выходу порогового элемента блока управления, а выход через блок масштабирования15 соединен с первыми входами блока вычитания и второго элемента И, выход второго элемента И подключен к информационному входу второго блока20 памяти, выход которого соединен с входом делителя частоты, с вторым входом блока вычитания и с первым входом второго делителя, второй вход которого подключен к выходу блока25 вычитания, а выход соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой подключен к блоку задания констант, а выход соединен с вторым входом второго элемента И и с управляющим входом второго блока памяти, адресный вход которого объединен с управляющимвходом коммутатора и подключен к выходу блока выборки адреса.При такой схемной реализации каждый случайный процесс квантуется ссоответствующим интервалом квантова.ния, определяемым по формуле где с - интервал квантования, ч;боп - допустимая относительнаяпогрешность ступенчатойаппроксимации случайногопроцесса:,- средняя частота следования потока импульсов случайного процесса с егосредним уровнем, чФормула (1) следует из теории аппроксимации и теории выбросов случайных процессов, Из теории аппроксимации случайных процессов известно, 55 что средняя квадратичная погрешность ступенчатой аппроксимации 6 освязана с интервалом квантования ь и нормиро. 81 4 ванной автокорреляционной функцией (ЛКФ) рпроцесса зависимостью 6= 2 Ь 1- р(т 11, (21 где 6 2 - дисперсия процесса.Из теории выбросов известно, что для дифференцируемого нормального стационарного случайного процесса формула для определения средней частоты следования Л потока импульсов совпадения случайного процесса с заданным уровнем может быть записана следующим образом(" -,1Р с рк где р 1 - вторая производная нормированной автокорреляционнойфункции процессаш - математическое ожидание прхцесса. Для объектов нефтяного производства характерны случайные процессы с АКФ вида р(Г)=(1+с(171) Рр(-с(, 11), (41 где с - параметр АКФ, вторая производная рц(о) для которых равна р (о 1=-о(, . (У 1Подставляя выражение (5) в (3), получаем х) Л: - ехр - , (ь) с я 2х откуда вытекает, что средняя частота следования В потока импульсов совпадения случайного процесса с его математическим ожиданием, т.е, при С = шх, определяется выражением- (1 1НПоскольку погрешность 6 должнасоп быть весьма малой, интервал квантования 7 должен быть значительно меньше интервала корреляции АКФ. Для этого случая, разлагая выражение (4) в ряд Тейлора при малых, имеем15 26, пороговый элемент 27, элементИ 28 и элемент НЕ 29.Схема 7 сравнения соединена первым и вторым входами с выходом вто 5рого делителя 16 и входом блока 12задания констант соответственно,а выходом - с управляющим входомвторого блока 3 памяти и вторым входом элемента И 11, выход которогосоединен с информационным входомвторого блока 3 памяти. Выходом устройства является выход аналого-цифрового преобразователя 5.Устройство работает следующимобразом.В соответствии с командой блока17 управления, подаваемой с его пятого выхода на управляющий входкоммутатора 1, случайный процесс хчерез соответствующий 1.-ый информационный вход коммутатора 1 подаетсяна аналого-цифровой преобразователь5, а через вход элемента 10, открытого сигналом "1", поданным на егодругой вход с выхода блока 17 управления, проходит на блок 2 памяти ина блок 4 усреднения. По истечениизаданного времени измерения блок 17управления выдает сигнал "О", идущий с его второго выхода на управляющий вход элемента И 10 и запираюо щий его, прекращая тем самым прохождение процесса х, на первый блок 2памяти и блок 4 усреднения. В этотже момент времени блок 17 выдает сиг- З 5нал "1", идущий с его первого выхода на управляющий вход первого блоока 2 памяти, По этому сигналу происходит считывание процесса х и40передача его на один вход амплитудного селектора 6, на другой входкоторого подается среднее значениепроцесса х, с выхода блока 4 усреднения.Амплитудный селектор 6 выдает ко 45лебания процесса с амплитудой, большей среднего уровня, и формирует навыходе поток импульсов совпаденияпроцесса с его средним уровнем. Вкачестве амплитудного селектораможет быть использован триггер Шмитта. Поток импульсов совпадения поступает на счетчик 8 импульсов, арезультат суммирования подается напервый вход делителя 15, на второйвход которого подается значение ЬСзаданного времени измерения с третьего выхода блока 17, Результат деления, представляющий собой среднюю частоту следования потока импульсов совпадения 3, -го процесса с его средним уровнем, с выхода делителя 15 подается на блок 13, где в соответствии с Формулой (12) происходит вычисление интервала квантования .Величина Г. подается на вход1элемента И 11 и на первый вход блока 9 вычитания, на второй вход которого подается величина интервала квантованияс выхода второго бло 1ръ.г ка 3 памяти. Модуль разности )ь; - ; с выхода блока 9 вычитания подается на один вход второго делителя 16, на другой вход которого подается величина ь, с выхода второго блока13 памяти. Отношениеявляющееся относительной ошибкой, свыхода делителя 16 подается на первый вход схемы 7 сравнения, на второй вход которой подается допустимая относительная ошибками . с выхода блодопка 12.Если Г;Е . , схема 7 сравнениядопвырабатывает сигнал "О", идущий с ее выхода на управляющие входы второго блока 3 памяти и второго элемента И 11, который остается закрытым и не пропускает величину, на информалционный вход второго блока 3 памяти. По сигналу "О", поданному на управляющий вход второго блока 3 памяти, информация в нем не стирается. В эгом случае квантование о-го процесса продолжается с прежним интервалом,допЕсли с; ) Е;, схема И 7 сравнения вырабатывает сигнал "1", идущий сего выхода на управляющие входы второго блока 3 памяти и элемента И 11, который открывается и пропускает величину ь, на информационный вход второго блока 3 памяти.Блок 17 управления формирует для каждого 1-го процесса сигнал, содержаший порядковый номер этого процесса, который с его четвертого выхода ,подается на адресный вход второго блока 3 памяти. В этом случае происходит стирание прежней величины интервала квантования С; и запись новой величины для 1-го процесса.С выхода блока 3 памяти величинагинтервала квантованияподается на (управляемый) делитель 14 частоты, который формирует импульсы управления аначого-циФровым преобразователем 5 с периодом управления1Корректировка интервалов квантования остальных случайных процессов при существенном изменении характера их протекания осуществляется аналогично описанному,Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с базовым объектом является возможность простой и быстрой корректировки интервалов квантования при изменении характерапротекания технологических процессов. Изобретение обеспечивает повышение 15оперативности и точности управления производственными процессами за с егболее точного восстановления значений контролируемых параметров, атакже сокращение затрат на статистические исследования контролируемыхпараметрово при изменении характераих протекания.В качестве базового объекта выбрана автоматизированная система контроля и управления технологическими процессами подготовки нефти на базе управляющей вычислительноГ машины М, в которой используется жесткая (с постоянными интервалами квантования) программа опроса датчиков технологических параметров.1084812 Составитель Э.СечиТехред Т.Фанта орректор А.Гриценк актор Н,Джуга аказ 34 б одписно омитета СССР открытииая наб., д. 4/ ф Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,ВНИ п 3035, Тираж 69 ПИ Государственного делам изобретений осква, Ж, Раушс