Устройство для прогнозирования случайных функций

О П И С А Н И Е ( )943741ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51)М, Кл. С 06 Г 15/336 с присоединением заявкиРкудврсжнай квинтвт СССР яо аелэи изобретений н открытий(72) Авторы изобретенияГ.Г.Кузнецов и П.А.Черненко ЦУкраинское отделение Ордена Октябрьской Ревсц 1 цции(7) Заявитель всесоюзного государственного проектно-изыскательскогои научно-исследовательского института "Энергосетьпроект"(5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХФУНКЦИЙ 1Изобретение относятся к вычисли-тельной технике, предназначено для прогнозирования дискретных временных Функций нестационарных случайных процессов и может быть использовано в системах автоматического управления и регулирования. Известно устройство для экстраполяции случайных процессов, содержа" щее блоки задержки, сумматор 1,Недостатком устройства является возможность прогнозирования только стационарных случайных функций и на интервале, ограниченном временем кор-, реляции этих функций.Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее аналого-циФровой преобразователь, регистры, блок весовых коэффициентов, го блоки памяти, блок управления, блок формирования адреса и др.Однако в устройстве недостаточно большой интервал прогноза, при уве 2личении которого резко возрастают погрешности.Целью изобретения является увеличение интервала прогнозирования.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для прогнозирования случайных Функций, содержащее аналого-цифровой преобразователь, информационный вход которого является информационным входом устройства, а управляющий вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, блоки памяти, управляющие входы которь 1 х соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, введен блок анализа, включающий блок регистров, регистр, блоки элементов И и ИЛИ, счетчик, выходы которого .подключены ко входам дешифратора, элемент задержки, элемент И и комбинационный сумматор, выходы которого подключены поразрядно ко входам регистра, вход блока регистров блока анализаподключен к выходу3 94374 первого блока памяти, первый входблока элементов И блока анализа соединен с выходом второго блока памяти, первые информационные входы блоков памяти соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй вход блока элементов И объединен с первым входом элемента И блока анализа и является разрешающим входом устройства, второй вход элемента И блока анализа соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход элемента И блока анализа подклюцен ко входу счетчика и элемента задержки блока анализа, выход которого соединен с первым входом блока элементов ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу блока элементов И, выходы блока элементов ИЛИ и регистра блока анализа подключены ко вторым информационным входам соответственно первого и второго блоков памяти, выход дешифратора блока анализа подключен к третьему информационному входу блоков памяти, входы комбинационного сумматора блока анализа подключены к соответствующим выходам блока регистров. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - рисунки, поясняющие работу устройства; на фиг.3 схема блока управления, на Фиг. 4 "блок-схема. блока анализа. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, блок памяти2, блок памяти 3, двоичный счетчик4, блок управления записью 5, блоканализа 6, генератор 7 тактовых импульсов. Счетчик 4 и .блок управлениязаписью 5 образуют единый, блок уп"равления,Устройство работает следуацим образом,На вход преобразователя 1 поступает непрерывный во времени сигнал.Преобразователь 1 в моменты поступления тактовых импульсов генерато"ра 7 преобразует непрерывный сигналв цифровой код, который поступаетв соответствующие яцейки блока 2 памяти. Блок 2 - трехмерное запоминающее устройство, представляет собой набор двумерных матриц памяти.В каждую матрицу записывается однареализация слуЧайного процесса. Частота дискретизации и длина реализа"ции процесса задаются, соответственно, интервалом между тактовыми импульсами и емкостью двоичного счет 1 4цика 4. Блок управления 5 по числутактовых импульсов, подсчитанных счетчиком 4, определяет адрес записиочередного кода в блок 2 и блок 3.При полном заполнении информацией блока 2 происходит "стирание" самойстарой реализации случайного процесса и запись на ее место новой реализации,Блок управления записью фиг. 3)осуществляет управление записью информации в первый и второй блоки памяти, показанные на фиг. 3 в видематриц,Блок управления 5 записью состоитиз первого дешифратора 8, второгодешифратора 9 и ключей 1 О,Работает блок 5 следуацим образом.На общие (горизонтальные). шины матрицы блоков 2 и 3 в моменты, определяемые тактовыми сигналами, поступает позиционный код, характеризующийтекущее значение случайной функции(измеряемого параметра). Счетчик 4состоит из,двух последовательно соединенных двоичных счетчиков 11 и 12.Счетчик 11 подсчитывает количествотактовых сигналов, а дешифратор 8определяет номер вертикальных шин матриц блоков памяти 2 и 3, Счетчик 12подсчитывает количество циклов работы счетчика 11, а дешифратор 9.определяет номер матрицы памяти 2 и 3.Таким образом, совокупность, сигналовф на выходе дешифратора 8 и 9 и на выходе преобразователя определяют адрес ячейки памяти для.записи информации (единицы) в блоках памяти2 или 3. емкость счетчика 11 определяется количеством дискретных временных отсчетов одной реализации случайного процесса, а емкость счетчика12 " количеством реализаций случайного процесса, хранящихся в блокепамяти 2 плюс одна прогноэируемаяфункция, записываемая в блок памяти 3.При наборе заданного количествареализаций статистики, т.е. при заф полнении блока памяти 2, очередноеизмеренное значение функции поступает в блок памяти 3 и служит признаком начала прогнозирования.Собственно прогнозирование наци 3 нается после полного заполнения блока2 реализациями случайного процесса,т.в. после набора статистики заданного объема. Измерение, поступившее43741 6 5 9в устройство .после заполнения блока2, записывается в соответствующуюячейку блока 3. После этого анализатор-предсказатель производит анализ реализаций случайного процесса,записанных в блоке 2, определениенаиболее вероятной прогнозной дис-.кретной Функции этого процесса и записывает ее в блок 3, который представляет соой двумерную матрицу,Из блока 3 информация выводится нарегулируоцие органы или индикацию.Блок анализа 6 (фиг. 4) состоитиз элемента И 13, элемента задержки14, двоичного счетчика 15, дешифратора 16, блока регистров 17, блокаэлементов ИЛИ 18, комбинационногосумматора 19, блока элементов И 20и регистра 21.Работает блок 6 следующим образом,При поступлении дискретного значения измеренного параметра во второй блок памяти 3, формируется сигнал "Разрешение прогноза", поступа"ющий на входы блоков 13 и 20. Навыходе блока 20 при этом появляетсяпозиционный код, соответствующийсостоянию матрицы блока 3 (или очередному измеренному значению). Проходя по общей шине всех матриц блока памяти 2, этот сигнал "распознает" все матрицы, которые имеют такоеже состояние, что и матрица блока 3.При поступлении на второй вход блока13 тактового сигнала, импульсом наего выходе производится увеличениечисла в счетчике 15 на единицу, врезультате чего на выходе дешифратора появляется сигнал, соответствуоцийследующему моменту времени (первыйпрогнозный момент времени). После этого импульс с выхода блока 13, задер"жанный элементом задержки 14, посту.пает через элементы ИЛИ блока 18 наобщие шины матриц первого блока памяти и происходит считывание состояний из матриц первого блока памяти .2 в регистры блока 17. Комбинационным сумматором 19 определяется состояние с наибольшим весом, что определяет наиболее вероятное прогнозное значение параметра в этот моментвремени. Зто состояние позиционнымкодом передается в регистр 21 и записывается в соответствующую ячейкублока памяти 3. Адрес ячейки опреде"ляется позиционным кодом дешифратора16 и регистра 21. Таким образом осу 5 10 15 20 25 ЭО Э Ю 45 Я ществляется прогноз на один временный интервал. Причем факт записи информации в блок 3 является признакомначала прогноза. Следовательно, послезаписи первого прогнозного значенияфункции начинается уже описанныйцикл прогноза на следующий временной интервал и так далее, пока небудет осуществлен прогноз на заданное количество временных отсчетов,Тактовый сигнал на входе элемента 13существует в течение времени, необходимого для осуществления прогнозадискретной случайной функции.Работа блока 6 поясняется нижеприведенным примером, в котором дляпростоты принято, что блок 2 имеетдесять матриц размером 55: по осиХ - пять дискретных состояний пара"метра, по оси т, - пять временных отсчетов, Операции прогнозирования иллюстрируются рисунками, приведенными на фиг. 2, на которых даны условные обозначения матриц блока 2(фиг. 2 аг) и блока 3 (Фиг. 2 д).Пусть блок 2 заполнен и в очеред"ной момент 1в устройство поступает измеренное значение параметраХ=3, Зто значение записывается в матрицу 11 (фиг. 2 д) в ячейку с координатами (с=1, Х=3) в дальнейшем координаты обозначаются 1, 3 1). Длянахождения прогнозного значения параметра в момент 1 =2 выполняются следующие операцииБлок 6, посылая по общей шине состояния 1, 3 импульс, распознаетвсе матрицы блока 2, которые имеюттакое же состояние.На фиг. 2 а показано, что это будут матрицы 1, 3, 7..Блоком 6 анализируется состояниеэтих матриц в момент 1 =2. Из фиг.2 аследует, что это будет, соответственно, состояние (2,2,2,3 и 2,2.Из всех обнаруженных состоянийв момент т, =2 этих матриц, блок 6 определяет наиболее вероятное значениепараметра. Очевидно, что это состояние 2,2. На основании этого, в матрицу 11 (блок памяти 3) записывается прогнозное значение (2,2,Для нахождения прогнозных значений в последующие моменты времени 1=3 4, 5, в цикле выполняются операции (фиг, 2 б, в, г соответственно), Количество таких циклов определяется интервалом прогнозирования.На Фиг. 2 д показана полученная прогнозная дискретная Функция случайного процесса.По мере поступления новых измерений прогнозная Функция, в случае существенных отклонений, корректируется путем выполнения описанных операций.Основным эффектом предлагаемого устройства является возможность прогнозирования нестационарных случайных процессов на время, значительно превышающее интервал корреляции процессов, повышение точности прогнозирования.формула изобретенияУстройство для прогнозирования случайных функций, содержащее аналогоцифровой преобразователь, информационный вход которого является информационным входом устройства, а управляющий вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, блоки памяти, управляющие входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения интервала прогно" зирования, в устройство введен блок анализа, включающий блок регистров, регистр, блоки элементов И и ИЛИ, счетчик, выходы которого подключены ко входам дешифратора, элемент задержки, элемент И и комбинационный сумматор, выходы которого подключены поразрядно ко входам регистра,37418вход блока регистров блока анализаподключен к выходу первого блокапамяти, первый вход блока элементовИ блока анализа соединен с выходомвторого блока памяти, первые информационные входы блоков памяти соединены с выходом аналого"цифрового преобразователя, второй вход блока элементов И объединен с первым входом 1 о элемента И блока анализа и являетсяразрешающим входом устройства, второй вход элемента И блока анализасоединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход элемента И бло 1 з ка анализа подключен ко входу счетчика и элемента задержки блока анализа, выход которого соединен с первым входом блока элементов ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу о блока элементов И, выходы блока элементов ИЛИ и регистра блока анализа подключены ко вторым информационным входам соответственно первогои второго блоков, памяти, выход де-шифратора блока анализа подключенк третьему информационному входублоков памяти, входы комбинационного сумматора блока анализа подключены к соответствующим выходам блока регистров,Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство ССОРУ 591873, кл. 6 06 Г 15/00, 19762. Ивахненко А.Г. и Лапа В.Г.Кибернетические предсказывающие устройства. Киев, "Наукова думка",1965, с, 42 (прототип)..Редакто Заказ 5113 5 лиал ППП атент, г. жгород, ул. роектная Тираж 73 ИРИ Государственн по делам изобрет 035, Москва, ЖПодписного комитета СССРний и открытийРаушская,наб., д. Ы