Устройство для идентификации случайных процессов

(51) 5, 05 В 23/02 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН а памяти конс а реги еления сравнения, д танты, блок блока ул ноже го блока умн сумматор и трчем выход трет ия и 1 хо женин являет азаццал соцокупцост т такую модцфикаци устропства. У блока реализ классического а наименьших 1 ичестцо габт метод квадратов, когда кс деций идецтифцицруе процесс це фпкгпр определяетея в ходе наблюдения уомяцу 1 моментом остацова мого случапцого.тся заранее, а последовательц ого процесса а 5 людений. Этот огда, когда пака статистики, наэпьсит пороговый момент цасливаемаяванной опо па липп цои, прсцозцачцо определяемыц уровень, од заданным з фикапии, 11 о чпости иденти ачециемсле оста ова цаблюде е устрс йстн т и, в ,ецтифпкниде оце а появляетсяаиии случайногцки параметра на ць резул процесса вавторегресс цноп модели. 00 ледоваи наблю- учайного иство реализует ипроцедуру обрабо ецтифицируемого ится к техничесжет быть испольх задачах иденельную ений ид роцесс л й одифик а юся та прогнозироваявляюода цаи цией юбых других прися в условиях дратов,ала наблюеа опрегового урм специ" ьших к елительность ин фиксируется за те ко нных получи ния мои ста ле треб дель ка деляется превышен ня накапливаемым ачен и слуцион татистики, учитываюентифицируемого слуа. По заданному знаид ифнкации не приоднозначцо определяальнои опорнои с щей структуру ид- расши и айного проению точно с овышение быстр блиэитель ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Сибирский физико-техцическийинститут им. В.Д,Кузнецова приТомском государственном университете им, Ь.В.Куйбышева(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИСЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ(57) Изобретение позволяет осуществлять гарантированную в смысле обеспечения любой наперед заданной точности идентификацию как стационарных, так и нестационарных случайныхпроцессов, представляемых авторегрессиоцной моделью, Устройство содержит входной аналого-цифровой преобразователь, входной блок пуска-останова, блок задержки сигнала, дванакапливаюь;их сумматора, три блоказадержки информации, квадратор, блок Изобретение отнокой кибернетике и мэовано в практическтификации, фильтрациния, управления и вложениях, где требуаприори неизвестныхэквивалентную в смыточности описания мционарных, так и нечайных процессов.Цель изобретенияласти применения идействия устройства40 ется пороговый уровень, а следовательно, и тот момент, когда можнопрекратить наблюдения (так как заданная точность идентификации уже5достигнута) и сформировать ца выходепредлагаемого устройства искомыйрезультат, специальным образом процормировав прц этом последнее наблюдение идентифицируемого случайОного процесса,На фцг.1 изображена структурнаясхема предлагаемого устройства; нафиг,2 - структурная схема блока пуска-остацова; на Фиг.З - структурнаясхема блока циФровой задержки информацииустройство (фцг.1) содержит аналого-цифровой преобразователь 1, блок2 пуска-остацова, бдок 3 цифровойзадержки сигнала, первый накапливающий сумматор 4, блок 5 умножения, пер.вый 6 и второй 7 блоки цифровой задержки информации, регистр 8 памятиконстанты, третий блок 9 цифровой 25задержки информации, блок 10 сравнения, второй цакапливающий сумматор11, квадратор 2, сумматор 13, второй блок 14 умножения, блок 15 деления, второй регистр 16 памяти константы и третий блок 17 умножения.Входами )стрсйства являются информационный вход аналого-цифрового преобразователя 1, а также входы 18"Пуск" и 9 "Останов" блока 2 пуска 35остацова.Блок 2 пуска-останова (Фиг.2) содержит логический элемент ИЛИ 2.1,логический элемент И 2.2, линию 2,3цифровой задержки сигнала и управляющий триггер 2,4.Входами блока 2 являются вход20 "Пуск", вход 21 "Останов" и вход22 "Перезапуск", а выходом - выход23 импульсов запуска АЦП 1.Блок К (1.=6,7 цли 9) цифровой задержки инФормации (Фиг.З) содержитлогические элементы НЕ К. и К,2,логические элементы И К.3,1-К.З.и иК.4.1-К.4.и (и - число разрядов н50представлении цифровой информации),триггеры К.5,1-К.5.и входного запоминающего регистра, логические элементы И К,6,1-К,б.и и К.7,1 -К.7.п итриггеры К.8,1-К,8,и выходного запо 55минающего регистра.Входами блока К являются вход 24поступления синхроцизирующих (управляющих) сигналов, информационныевходы логических элементов И К.3.1 К.З.и и К.4,1-К.4.и, образующие всовокупности векторный информационный вход 25, и вход 27 "Уст.О" (необходим только для блока б цифровойзадержки информации), Выходы триггеров К.8.1-К,8.и выходного запоминающего регистра в совокупности образуют векторный информационный выход26 блока К,Блок К (К = 6,7,9) цифровой задержки информации работает следующимобразом (фцг.З)При появлении синхроимпульса цауправляющем входе 24, открываютсяэлементы И К,б, 1-К,б,и и К,7,1 К.7.и, выполняющие функции вентилей,и происходит перезапись содержимого1триггеров К,5,1-К,5.и в триггерыК,8,1-К,8.и, причем укаэанная перезапись осуществляется за время,меньшее времени задержки управляющего импульса, обеспечиваемой элементами НЕ К.1 и К,2. Затем этим х =фх + +,отсчет шума в момент времени с с М = О и М= О (М - знак матема 2тического ожидания; (3 дисперсия);текущий отсчет в дискретном времени,где же сицхроимпульсом открываются элементы И К.31-К.З.и и К.4.-К,4.и,выполняющие функции входных вентилей и входная информация, поступившая на вход 25, записывается в триггеры К,51-К.5.и и хранится в нихдо прихода на вход 24 следующегосинхроимпульса. Время задержки информации, поступающей на вход 25блока К, равно периоду поступлениясинхроимпульсов на его управляющийвход 24,Устройство работает следующим образом,Идентификация осуществляется вклассе авторегрессионных моделейидентифицируемых случайных процессов. Указанные модели удовлетворительно описывают любой случайныйпроцесс. На этом основании подлежащий идентификации случайный процессможет быть представлен уразцениемавторегрессии5 62Требуется идентифицировать случайный процесс, что эквивалентнонахождению оценкиистинного значения параметра Я из (1), если задано, что допустимое среднеквадратическое отклонение найденной оценки 3от 1 не должно превьгшать с., т,е,2для осуществления идентификациислучайного процесса, гарантированнойв смысле выполнения условияМ(ф - Я) с К (2)предлагаемое устройство формирует(после завершения последнего, 11-го,шага наблюдения) нормированную статистику - параметр фйПеред пуском устройства в регистры8 и 16 памяти константы вводятсясоответственно константы С и 1/Г, опеделяемые на основе заданной точностгиэ соотношенияс = О/Я,если дисперсия 5 известна, и из соотношения/если 5 неизвестна, но известно, чтоона не превышает известной константы(т,е5Р)Сигнал Пуск, пройдя через блок2 пуска-останова, приводит в исходноесостояние блоки предлагаемого устройства (на фиг,1 не показаны связи,обеспечивающие сброс в "0" соответствующих блоков устройства) и запускает АЦП 1, преобразующий поступающуюна его информационный вход непрерывную реализацию х(й) идентифицируемогослучайного процесса в представленныев цифровом коде дискретные отсчетых , Б = 1,2 которые с информа 5ционного выхода АЦП 1 одновременнопостулают на входы блока 5 умножения,блока 6 цифровой задержки информациии квадратора 12. Импульсы с выходасигнализации конца преобразованияАЦП 1 поступают на блок 3 цифровойзадержки сигнала, где задерживаютсяна время выполнения операций перемножения в блоке 5 умножения и суммирования в сумматоре 4, после чего одновременно подаются на управляющие входа йакапливающих сумматоров 4 идля одновременного считывания (накаждом рабочем такте) накопленной вних информации.Поступающая с информационного вьг.хода АЦП 1 информация об отсчетах х 5,Б1,2, (укаэанная информация ввиде готового результата преобраэо 8046 6 вания считыва ется с информационно говыхода АЦП 1 импульсами с выхода сиг.нализации конца преобразования, подаваемыми на вход считывания этого жеАЦП 1, на фигзта связь не показана,после задержки на один рабочий тактпредлагаемого устройства в блоке 6цифровой задержки информации приоб 1 б ретает на другом входе блока 5 умножения вид х, Б1 2 (х О,так как после включения предлагаемогоустройства на выходе АЦ 111 появляетсях 1, т.е, результат первого преобра зования, потом х, и т,д.), вследствие этого результат О на выходе блока 5 умножения имеет, например, наБ-м рабочем такте видО 5 х, х, Б 1,2,.Работа блоков 1-12 предлагаемогоустройства (фиг1) периодически повторяется, причем период повторениярабочий такт устройства - складывается из времени выполнения операциипреобразования в АЦП 1, времени выполнения операции перемножения вблоке 5 умножения (или в квадраторе12), времени выполнения операции сложения в сумматоре 4 (или в сумматоре ЗО 1) и времени выполнения операциисравнения в блоке 10 сравнения ( входящие в состав рабочего такта времясчитывания информации из блоков 1-12и время задержки, осуществляемой ли нией 2,3 в составе блока 2 пускаостанова, исключены из рассмотренияиз-за их малости по сравнению с временем выполнения операций в блоках,при необходимости учет указанных вре мен легко осуществим). Блоки 13-17предлагаемого устройства включаютсяв работу лишь после появления науправляющем выходе блока 10 сравнениясигнала разрешения работы указанных 45 блоков, Понвлепие этого сигнала означает завершение последнего, М-го,рабочего такта (блоки 1-12 прекращают работу) и начало дополнительноготакта (блоки 13-11 включаются на 5 О время, необходимое для формированияна выходе устройства результата гарантированной идентификации случайного процесса, поступившего на его вход),С выхода блока 5 умножения результат Оз. одновременно поступает на информационный вход блока 14 умножения и на информационный вход накап 1628046ливающего сумматора 4, выходной результат (статистика - параметр) которого имеет, например, на Б-м рабочем такте следующий видЗ 5"4 Е "К- "ККс1Одновременно с формированием результатов Ц и У формируются результат 11 (на выходе квадратора 12) и1 О опорная статистика Пц (на выходе накапливающего сумматора 11), которые имеют, например, на Б-м такте следующии вид11 22 Зф 15цКС выхода накапливающего сумматора 4 результат 11 поступает на блок 7 цифровой задержки инФормации, где за держивается на время одного рабочего такта, поэтому результат 07 на выходе блока 7, например, на Б-м такте имеет следующий вид:)-125П = .Е.К 1Результат Цс выхода сумматораЦ1 поступает на вход вычитаемого блока 10 сравнения, на второй информационный вход (вход уменьшаемого) которого с выхода регистра 8 памяти подается значение пороговой константы С, с ее помощью определяется последний (М-й) рабочий такт, так как сделанных (к М-му такту, включая наблюдение на Б-м такте) наблюдений идентифицируемого случайного процесса достаточно для осуществления его идентификации, гарантированной с 1 ю бой наперед заданной точностью Я ,На информационном выходе блока 10 сравнения образуется, например, на Б-м такте разность 11 следующего видаБ 452ф к:которая поступает на вход блока 9 цифровой задержки информации, осуществляющего задержку на время одно 50 го рабочего такта, вследствие чего результат 0 на его выходе, напри 9ч мер, на Б-м такте имеет следующии вид55С выхода блока 9 результат 11 по 9ступает на вход делимого блока 15деления,При появлении на управляющем выходе блока 10 сравнения управляющего сигнала 11 этот сигнал одновременногпоступает на входы разрешения работы блока 15 деления, блока 14 умножения, сумматора 13 и блока 17 умножения, которые срабатывают в укаэанной последовательности. Сигнал Оо не задержан относительно Об и сфор- мирован так, что знаку плюс" (при5С - , х к ) 0) соответствует сигнал О", а знаку "минус" (при Сх ( 0) - сигнал " 1 п - сигналККвраэрецения работы, причем появление сигнала Уозначает, что для блоков 1-12 завершился последний (Б-й) рабочий такт и наступило время работы блоков 13-17 (дополнительный такт) предлагаемого устройства, в которых началось формирование выходного результата, т,е, результата гарантированной идентификации входного случайного процесса.Так как на последнем (И-м)рабочем такте на вход делителя блока 15 деления с выхода квадратора 12 поступает результат хН , а на вход делифмого блока 15 с выхода блока 9 задержки - результат У , на выходе блока 15 после его срабатывания появляется результат У 1 (нормирующая статистика) след ующего вида:2.С-,хкто1В .гМкоторый поступает на другой информационный вход блока 14 умножения. Так как на первом информационном входе блока 14 уже имеется (на Ю-м такте) результат У = х 11, х 1 с выхода блока 5 умножения, блок 14 (по имеющемуся сигналу разрешения его работы) формирует на своем выходе результат У,1, следующего вида:01 = х х 1 Презультат УН поступает на второй вход сумматора 13, на первый вход которого с выхода блока 7 цифровой задержки информации поступает (на М-м такте) результатй-7К- КфКьсумматор 13 срабатывает, так как его работа разрешена, формируя на своем выходе результат И следующего вида:"О .Е 1, х К 1 х х 1кРезультат О 1 поступает ца первый вход блока 17 умножения, на второй вход которого с выхода регистра16 памяти подается значение константы 1/С, а так как работа блока 17разрешена, он срабатывает формируяна своем выходе результат С 7 (нор" 1 Омированная статистика - параметр)следующего вида:4 КПп Э /С( х хк+ О х х ,Результат 111 = я являясь оценкой параметра 71 авторегрессцоцноймодели (1) идентифицируемого случайного процесса, поступившего ца входпредлагаемого устройства, представляет собой результат его идентификации (по И наблюдениям), гарантированной в смысле обязательно;о выполнения условия (2),Синхронизация работы устройствав целом осуществляется следующим образом (фиг.),Сигналом Пуск" осуществляетсясброс в "0" накапливающих сумматоров4 и 11, входного и выходного запоминающих регистров в блоке 6 (фиг.3) 30и триггера знака в блоке 10 (цдфиг1 укаэанные связи це показаны)приводится в единичное состояниетриггер 2.4 (в блоке 2) и запускается (на первое преобразование),ЛЦП 1,Работа ЛЦП 1 и блоков 5, 4 и 7, д также АЦП 1 и блоков 12, 11, 10 и 9осуществляется последовательно вовремени, причем в качестве сигналасинхронизации для всех перечисленных 40блоков (кроме ЛЦП 1) используется сигнал окончания операции предыдущегоблока (на фиг.1 укаэанные цепи синхронизации не показаны), Сигналом синхронизации для АЦП 1 (ца второе, третье и т.д. преобразования) являетсясигнал окончания операции сранценияв блоке 10, который поступает с отдельного выхода блока 10 на вход 22"Перезапуск" (фиг.2) блока 2 (ца 50фиг.1 указанная связь не показана).Как и для блоков 5 и 12, синхрониэирующим сигналом для блока 6,поступающим на его управляющий вход24 (фиг.З) являются импульсы с выхода сигнализации конца преобразования АЦП (на фиг.1 указанная связьне показана). Считывание готовой информации из сумматорон 4 ц 11 осуществляется одновременно путем одновременной подачи ца их входы считывания (после задержки в блоке 3 на времяобработки выходной цнформации АЦП 1 в блоке 5 умножения ц сумматоре 4, которое равцо времениЛ обработки той же информации с выхода АЦП в квадраторе 12 и сумматоре 11), импульсов сигнализации конца преобразования с отдельного выхода АЦП 1,Работа блоков 1-12 повторяется с периодом, равным длительности рабочего такта, вплоть до последнего (И-го) рабочего такта, когда в блоке К10 выполняется условие С - Ъ х0Кпосле чего триггер знака в составеблока 10 устанднлинаетсв н состояние"1". Со знакового выхода блока 101сигнал 1 одновременно подается н авход 2 1 "Ос т а но н " бп о к а 2 ( ц а фи г . 1указанная с н я з ь ц е по к и з ац а ) ц нав ходы р а з р еш с ци и р д б о ты блоков 1 5 ,1 4 , 1 3 и 1 7 . Сигнал ц а входе " Остацо в " б лок а 2 ( ф ц г . 2 ) прекращает р аботу блоков 1 - 1 2 , дл и чего у с т дн авл ив де т уп р и нп я ющи й триггер 24 в11 11с 1 с то и и ие О , з а ии р д и т ем с амымэп сне ц т И 2 , 2 для и ро х ожде ни я поступающего ц и вход 2 2 " Перезапуск " бл ок а 2 с н г ц ап и окончания о и е р а ции с р а вне ц ия ( с ц г и дп д и е р е з а и у с к а АЦП 1 ) сотдельного выхода бло к д 1 0 , болеепозднее и оя вл е и це сигнала пе р е з а и у ск а и д входе 2 2 блока 2 ( о т но с и т ел ьномомента появлении с и г ч ал а " 1 " н авходе 2 1 блока 2 ) о с у ще с т нп я е тс яе го небольшой задержкой , о бе с и е чин аемой пиние й 2 , 3 блока 2 ,Сигнал " 1 " с о з ц ако в о г о выходаблока 1 О разрешает работу ( то ч не е ,дает общее р а з р еше нн е н а работу)блоков 1 5 , 1 4 , 1 3 и 1 7 в о время дои олцц тел ьцо г о такта ( нли св е р х т ак т а) ,которые срабатывают друг з а другомв укаэанной по сп едов а т ел ьно с ти ,причем в качестве с цгн ала с ц нх рони з ации (сиг н ала начала операции)для каждого н з этих блоков ис польз уется сигнал окончания операциипредыдущего блока ( на фи г , 1 указанные цепи синхрониэ ации не показаны) .Предлагаемое устройство о бес пе чив ае т к ак идентифик ацию стационарныхслучайных процес сов , гарантирован11ную лишь приближенно и лишь при неопределенно большом, числе наблюде-ний, так и идентификацию нестационарных случайных процессов гаранти 95 рованную при,однозначно определяемом (по заданной точности идентификации) числе наблюдений при повышении быстродействия162804 1 О 30 формула изобретенияУстройство для идентификации случайных процессов, содержащее входной аналого-цифровой преобразователь, входной блок пуска-останова, подсоединенный выходом к входу запуска аналого-цифровога преобразователя, блок цифровой задержки сиГнала, подсоединенный входом к выходу сигнализации конца преобразования аналого 20 цифрового преобразователя, первый и второй накапливающие сумматоры, первый блок умножения, первый блок цифровой задержки информации, квадратор, первый регистр памяти константы, блок деления и блок сравнения знаковый выход которого подсоединен к входу разрешения работы бгока деления, информационный выход аналот го-цифрового преобразователя подсоедиНен к входам первого блока умножения, квадратора и первого блока цифровой задержхи информации, подсоединенного выходом к другому входу первого блока умножения, выход которого подсоединен к информационному входу первого, накапливающего сумматора, выход блока цифровой задержки сигнала подсоединен к входам считывания первого и второго 40 накапливающих сумматоров, выход квад 12ратора подсоединен к информационному. входу вторрго накапливающего сумматора, выход которого подсоединен к информационному входу блока сравнения к другому информационному входу которого подсоединен выход первого регистра памяти константы, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью. расширения области применения и повышения быстродействия устройства, в него введены второй и третий блоки умножения, второй и третий блоки цифровой задержки информации, второй регистр памяти константы и сумматор, выход первого накапливающего сумматора через второй блок цифровой задержки информации соединен с первым информационным входом сумматора, второй информационный вход которого соединен с выходом второго блока умножения, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с выходом первого блока умножения и выходом блока деления, первый информационный вход которого соединен через третий блок цифровой задержки информации с информационным выходом блока сравнения, второй информационный вход блока деления соединен с выходом квадратора, входы разрешения работы второго блока умножения, сумматора и третьего блока умножения подсоединены к знаковому выходу блока сравнения, выход сумматора соединен с первым информационным входом третьего блока умножения, второй информационный вход которого соединен с выходом второго регистра памяти константы, а выход является информационным выходом устройства.1628046 оставитель А,Лаще анина Техред А.Кравчу Редакто ректор Л,Патай ГКНТ ССС зводстненно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 Заказ ВНИИА Тираж 473 арственного комитет 113035, Москва, Подписное о изобретениям и открыти 35, Раушская наб д. 4/