Устройство для решения задач планирования экспериментов

,Н,Кав ельство СССР 15/20, 1979, ьство СССР 15/20, 1980. к ОСУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ Н АВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при выборе алгоритмов длрешения многоцелевой информационно расчетной подсистемой АСУ при подготовке количественных данных для составления планов и принятия решенийо степени обоснованности параметровпланов управления. Цель изобретенияповышение точности, Устройство содержит генератор импульсов 1, счетчик 2, группу ключей Э, группу регистров 4, элемент ИЛИ 5, дешифратор6, коммутатор 7, решающий блок 8,блок 9 регистров памяти, блок 10 выбора максимального числа, блоки умножения 12, дешифраторы 13, 45, блорегистров 18, распределитель импульсов 17, блок 20 регистрации, блоквычитания 16, накапливающий суммато1317450 14. Изобретение позволило повыситьточность решения задач планированияэкспериментов за счет выбора алгорит 1Иэобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при выборе алгоритмов (задач)дпя решения многоцелевой информационно-расчетной подсистемой АСУ в интересах подготовки количественныхданных для составления планов и принятия решений при оцновременной оптимизации набора задач с точки зренияобоснованности выдаваемьж ими данныхи информирования лица, принимающегорешение (л,п,р.) о степени обоснованности параметров плана управления.Цель изобретения - повышение точ 15ности устройства,На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.Устройство содержит генератор 1импульсов, счетчик 2, группу 3 ключей20группу 4 регистров, элемент ИЛИ 5,дешифратор 6, коммутатор 7 решающийблок 8, блок 9 регистров памяти, блок1 О выбора максимального числа, входИ 11 задания режима устройства, блок2512 умножения, дешифратор 13, накапливающий сумматор 14, элемент И 15,блок 16 вычитания, распределитель 17импульсов, блок 18 регистра, блок19 элементов И, блок 20 регистрации,блоки 21-26 деления блоки 27-29, 30сумматоры 30-32, блок 33 вычитания,блок 34 деления, блок 35 вычитания,блоки 36 и 37 извлечения квадратногокорня, блок 38 регистр 39, элементИ 40, регистр 11, элементы И 42-44 и 35дешифратор 45.Пусть задано множество целей управления Е=Е;, =1,М, преследуемыхавтоматизированным органом управления, Пусть для достижения цели Е; 40необходимо определить значения Одля И параметров управления, где3=И И,. Причем параметры д,1=1,Б, представляют собой средние значения, определяемые по множеству реализаций.алгоритма из множества1 п 1 . Каждая реализация моделирует мов, оптимальных по критерию обоснованности значения каждого параметра,управления, 1 ил 2 табл,2одну ситуацию управляемого процесса. Каждая ситуация характеризуется сос" тоянием объекта управления, условиями среды и т,п, Практически количество ситуаций не ограничено,Пусть каждый параметр о может быть вычислен одним из и алгорит 1мов, детализацией входных и экзогенных данных, точностью экзогенньж данных, сложностью вычислений, выраженной количеством элементарных операций. В зависимости от оперативного времени г отводимого для подготов" ки количественных данных ( д.) дляцели управления Е , погрешности исходных данных д , имеющихся априор 2 фных сведений о параметре О ,С (хаУ рактеристика накопленного опыта) наиболее обоснованное решение о значении параметра О может быть принято на основе количественных данныходного определенного алгоритма из множества 1 п 1. Степень обоснованнос 1ти значения параметра ь" определяют следующим образом: Я 1 г(1)8 о 1где К . - показатель обоснованностиФ -го параметра управления3для цели управления Евычисленного с помощьюг. -го алгоритма; г =1,п,8 ., - ценность информаци 1, дог ф 01)ставляемой г -м алгоритмомпо у -му параметру для це 1ли управления Е;, и ценность полной информации,которой необходимо располагать для принятия абсолютно правильного решения означении параметра д. со Уответственно,Выражение (1) может быть приведенок виду (2)(4) где Ы;1 где С 1. " коэффициент, учитывающийаприорные сведения (накопленный опыт) о значении 10параметра д для цели управления 2.;- оперативное, время, отводимое на подготовку количественных данных ( д., =1,И,); 15Ч - мощность вычислительныхсредств (операций/с), накоторых реализуется г -йалгоритм;С- сложность (количество элег.1 ментарных, операций) вычислений по г -му алгоритму;Р - заданная вероятность своевременного получения количественных данных; 25- средняя погрешность экзоФгг 1генных данных, используемыхв г;-м алгоритме, и входнойинформации по-му парамет 3ру, соответственно; 301 - общее количество факторов,учитываемых г -м алгоритмом, и количество факторов,непосредственно измеряемыхсоответственно, (входныеданные остальных юг, -1 гфакторов не измеряются непосредственно, а учитываютсячерез экзогенные данные).Доказано, что интегральной харак теристикой эффективности использования для составления плана управления при заданной цели 2 управления является показатель потерь (ресурсов, средств и т.п.) вида:45 где П, - потери, возникающие при заданной цели 2, управления;И. - степень риска (необоснованности) плана управления,состоящего из М. параметровуправления при заданной цели 2 управления,.К;111;=1- с Ы, В"1- информационный вес 1-го параметра управления в целевой функции с точки зрения ценности информации,содержащейся в показателео., дпя достижения цели ЕК;с;.=К;=шахК г; - максимальное значение степени обоснованности показателя управленияКак видно из (4), увеличение степени обоснованности К; уменьшаетстепень риска Ю; и в целом снижаетпотери при управлении Э.Таким образом, задача состоит втом, чтобы для заданной цели управления 2 для требуемого оперативно 1го времени Г при заданной погрешности исходных данных дг 3=1 Ии известных априорных сведенияхС, 1=1,Х; выбрать из множествап 1 обоснованности К; г, что необхо) 3димо для обеспечения минимальнойстепени риска (необоснованности)плана управления и, как следствие,минимальных потерь при управлении.Устройство работает следующим образом.Перед началом работы в каждый изрегистров блока 9 регистров памятизаносят в двоичном коде значения переменных, используемых в процессеработы устройства, Причем значенияпеременных заносятся для каждого параметра управления каждой из М .целейуправления и каждого алгоритма соответствующего параметра, Содержаниерегистров блока 9 регистров памятипредставлено в табл. 1,В узлы регистров 4 заносится ввиде кодов информация о местонахождении каждого значения переменной,соответствующей каждому параметрууправления и каждому алгоритму этогопараметра управления, Причем в -музле записана информация о местонахождении каждого значения переменной,соответствующей каждому из И пара 1метров управления и каждому из палгоритмов этого параметра для целиуправления 2;. Содержание -го регистра 4 представлено в табл. 2.Перед началом работы счетчик 2 устананливается в "0", все элементы И и ключи устройства закрыты, коммутаторы находятся в исходном состоянии, при котором все выходы разомкнуты, накапливающий сумматор 14 нахо вдится В состоянии 0 аДля простоты дальнейшего изложения регистры блока 9 регистров памяти именуются по находящимся н них переменным, например регистр ., - регистр в котором находится значение переменной г,и т.д.Сигналом Пуск запускается генератор 1 импульсов ина вход счетчика 2, а также на первый вход элемента И 40 поступает последовательность импульсов.Код с выходов счетчика 2 поступает на информационные входы группы 3 ключей, Оператор на пульте управления набирает номер цели 7., (например, нажатием соотнетствующей клавиши) и на -м входе устройства появляется сигнал, поступающий на управляющий вход -го ключа иэ группы 3 ключей открывает этот ключ, и код с выходов счетчика 2 через открытый ключ 3. поступает на входы1х-го регистра 4 группы, а также на входы дешифратора 45. Последовательной сменой кодов на выходах старших разрядов счетчика 2 из -го,регистра 4 группы последовательно извлекаются коды: 1 с,ь Ы;С;,Ч, -1 п(1-р) ;1 с.-п(1-р)Воздействуя на входы третьего дешифратора, код с выходов старших разрядов счетчика 2 вызывает последовательное появление сигналов на каждом из выходов дешифратора 45, которые, поступая на управляющие входы распределителя 17, последовательно подсоединяют выход элементов 42, являющийся первым выходом блокавыбора максимального числа, к входам каждого иэ регистров блока 18 регистров результата, Извлеченные из -го регистра коды групп переменных через элемент ИЛИ 5 поступают на входы дешифратора 6. На соответствующем каждому коду группы переменных выходе дешифратора 6 появляется сигнал, по которому первый коммутатор 7 подключает соответствующие выходы регистров блока 9 регистров памяти к входам решающего блока 8 и первому нхо 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ду блока 12 умножения. Так, при поступлении на входы дешифратора кода 1, н.сн С;м-1 п(1-р) коммутатор 7 подключает выходы регистров С, Г., -1 п(1-р), Чб.,. блока 9 регистров памяти к входам решающего блока: С;н. - к первому: -1 п(1-р) к третьему Г; - к четвертому; Ч - к пятому; 6,1, - к девятому, а выход регистра 3;. - к первому входу блока12 умножения. В промежутке времени между сменой кодов на выходах старших разрядов счетчика 2 происходит многократная смена кодов на выходах младших разрядов счетчика 2. Последовательная смена кодов на выходах младших разрядов счетчика 2 через тот же -й ключ группы 3 ключей вызывает последовательное появление на выходах "го регистра 4 кодов, которые, проходя через элемент ИЛИ 5 на входы первого дешифратора 6, переключают коммутатор 7 таким образом, что к соответствующим входам решающего; блока 8 и к входу блока 10 выбора максимального числа последовательно подключаются выходы регистров блока 9 регистров памяти, в которых записаны значения переменных 6. , С ,"1111., 1 , г;, соответствующие г -муг 4алгоритму д -го параметра управления, Так, при появлении первого кода на выходах младших разрядов счетчика 2 коммутатором 7 подключаются выходы регистров блока 9 регистров памяти: С - к второму входу решающего блока 8; 1 - к шестому входу решающего блока 8; 1 - к седьмому входу решающего блока 8; 6, - к восьмому входугрешающего блока 8; 1, - к четвертому входу блока 10 выбора максимального числа. При появлении второго кода на выходах младших разрядов счетчика 2 первый коммутатор 7 подключает выходы следующей группы регистров блока 9 регистров памяти: С - к второму входу решающего блока 8;1 - к шестому входу решающего блока 8 1 к седьмому входу решающего блока 8; С- к восьмому входу решающего блока 8; 1 - к четвертому . входу блока 10 выбора максимального чисЛа, И так далее, до тех пор, пока не будут выбраны переменные для всех г алгоритмов 1,-го параметра управления. В период времени между сменой кода на выходах младших разрядов счетчика 2 в решающем блоке 8 происходит вычисление значения К1 .+ - -1)1В блоке деление для г. -го алгоритма-го параметра1управления. Процесс вычисления Кг состоит в следующем,С помощью блока 21 деления, сумматора 31, блока 36 извлечения квадратного корня и блока 33 вычитания формируются последовательно величины: 1 1 1 1 ---- +1 (1+ - -) (1+ - -) -11С помощью блоков 27 и 28 умножения, блока 24 деления, сумматора 30 сложения и блока 25 деления последовательно формируются значения: Ч Т-С Еп(1-р)-Ч.1/С 1 п(1 р) 1С,.-Ч 1; /С 1 п (1-р); 1/ (С; -Ч/Сф 1 п(1-р) ); А в блоке 22 деления, блоке 35 вычитания, блоке 29 умножения и блоке23 деления последовательно вычисляются значения:.С помощью сумматора 32, блока 37 и блока 34 вычитания последовательно формируются значения: 1 1 сг) /2 ,26 деления производится С;, С Ч й /С 1 п(1-р)1.11 с 1 г 1 +( -1) )на (1+ )2 -1гСТаким образом, на выходе блока 26 деления получаем вычисленное значение К; г, которое поступает на первый вход лока 10 выбора максимального числа.После того как значения К;будутР" вычислены для всех алгоритмов, соответствующих д.-му параметру управления, на выходе младших разрядов счетчика 2 появляется код, который извлекает из 1-го регистра 4 памяти код Ю 1 , соответствующий окончанию анализа алгоритмов по 9 -му парамет 4 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ру управления, который, воздействуячерез элемент ИЛИ 5 на входы дешифратора 6, вызывает появление сигнала на его третьем выходе, который соединен с третьим входом блока 10 выбора максимального числа. Сигнал с третьего выхода дешифратора 6 по третьему входу блока 10 выбора максимального числа поступает на вторые входы элементов И 42 и 43, открывая их, Через открытый элемент И 42 число, записанное в регистре 39 числа, которое соответствует максимальному числу из множества чисел К; ффр К; , поступает на первый выход блока 10 выбора максимального числа, которым является выход третьего элемента И 42, На второй выход блока 1 О выбора максимального числа поступает в параллельном коде значение г (номер алгоритма), соответствующее максимальному значению К; , которое, воздействуя на входы дешгифратора 13, вызывает появление на соответствующем его выходе сигнала, по которому производится выбор алгоритма с номером г, соответствующим максимальному числу К . Максимальное значение Кг г с первого выхода блока 10 выбора максимального числа поступает на второй вход блока 12 умножения, первый вход которого соединен с одиннадцатым выходом коммутатора 7. Первый информационный вход распределителя 17 к данному моменту времени переключен сигналом с дешифратора 45 таким образом, что поступающее по его информационному входу максимальное значение К;,г дЛя-го параметра управления1записывается в соответствующий ему 1-й регистр блока 18 регистров результата, В блоке 12 умножения, формируется значение К, п 1 . для 3-гогпараметра управлениями, которое заносится в накапливающий сумматор 14, После того как на выходах счетчика 2 И. раэ сменится код (где М; - число параметров управления, необходимых для 2 -й цели управления), описанным вьппе способом вычисляются максимальные значения К для всех Х, параметров управления, на выходах младших разрядов счетчика 2 появляется код, который извлекает иэ д-го регистра 4 код (1 Й .), соответствующий окончанию работы устройства. Код Ю 11 проходя через элемент ИЛИ 5, воздействует на входы дешифратора 6 и вызывает на втором его выхо 1317450 10де поянление сигнала, который поступает на вторые входы элемента И 15 и блока 19, открывая их, и на второй вход генератора 1, прекращая егоработу, Через элемент И 15 с выхода накапливающего сумматора 14 на второй вход блока 16 вычитания поступает сформированная к этому времени сумНма , В.; о 1; , В блоке 16 вычитания1производится вычисление значенияН,1- К., й ,которое поступает на перц 1)рвый вход блока 20. Через блок 19 на вторые входы блока 20 поступает содержимое блока 18 регистров резуль 20 татов, в которых записаны максимальные значения 1 с для каждого у -го параметра управления.Формула изобретенияУстройство для решения задач планирования экспериментон, содержащее блок регистров памяти, два блока умножения, два блока деления, первый блок вычитания, группу ключей, три регистра и генератор импульсов, вход запуска которого является входом нПуск устройства, выход генератора импульсов соединен со счетным входом счетчика, выход первого блока вычита- З 5 ния соединен с входом делимого первого блока деления, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два блока извлечения квадратного корня, четыре блока деления, три блока вычитания, распределитель импульсов, блок регистров, дешифраторы, сумматоры, накапливающий сумматор, блок элементов ИЛИ, элементы И, блок элементов И, блок сравнения, коммутатор и блок регистрации, причем выходы счетчика соединены с информационными входами ключей группы, управляющие входы ко 50 торых являются входами задания рею- ма устройства, выходы ключей группы через одноименные регистры группы подключены к входам блока элементов ИЛИ соответственно, выходы которых соединены с нхоцами первого де 55 шифратора, группа выходов которого подключена к управляющим входам коммутатора, информационные входы которого соединены с выходами блока регистров памяти, первый выход коммутатора подключен к входу делимоговторого блока деления и к первомувходу первого сумматора, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый выходы коммутатора подключены соответственно кпервому и второму входам первого ивторого блоков умножения, к входамделимого и делителя третьего блокаделения, к первому входу третьегоблока умножения и к входу делимогочетвертого блока деления, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход которого через первый блок извлечения квадратного корня подключен к нходу делителяпятого блока деления, выход которогосоединен с. входом делителя первогоблока деления, выход которого подключен к первому входу блока сравнения и к информационному входу первого регистра., выход которого соединенс вторым входом блока сравнения и спервым входом первого элемента И,выход которого подключен к первомувходу четвертого блока умножения и кинформационному входу распределителя импульсов, выходы которого соединены с входами блока регистров, выходыкоторого подключены к информационнымвходам блока элементов И, выходы которого соединены с группой входовблока регистрации, выход второго блока деления соединен с первым входомтретьего сумматора, выход которогочерез блок извлечения квадратногокорня подключен к входу делимого пятого блока,целения и к входу уменьшаемого первого блока вычитания, входы делимого и делителя шестого блокаделения подключены соответственно квыходам первого и второго блоков умножения, а выход соединен с вторымвходом первого сумматора, выход которого подключен к входу делителя седьмого блока деления, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход третьего блока деления подключен к входу уменьшаемого второгоблока вычитания, выход которого соединен с вторым нходом третьего блокаумножения, выход которого подключенк входу делителя четвертого блокаделения, десятый выход коммутаторасоединен с первым входом второго элемента И, выход которого через второйрегистр подключен к первому входу/ Содержание регистровблока 9 памяти.2 мимС;См.М2 р 21 ь1 11 131 третьего элемента И, выход которого соединен с входами второго дешифратора, выходы которого являются выходами устройства, одиннадцатый выход коммутатора соединен с вторым входом четвертого блока умножения, выход которого через накапливающий сумматор подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого соединен с входом уменьшаемого третьего блока вычитания, выход которого подключен к входу блока регистрации, выход блока сравнения соединен с втоаым входом второго элемента И и с Количество регистров мМаю 3 ЕМ,.5 Йл,+М+2, Ьч 1макгде Н; - максимальное число параметров для 2 цели уп- равления первым входом пятого элемента И,выход которого подключен к тактовомувходу первого регистра, выходы старших разрядов счетчика соединены свходами третьего.дешифратора, выходыкоторого подключены к управляющимвходам распределителя импульсов, первый выход первого дешифратора соеди"нен с вторыми входами первого и третьего элементов И, второй выход первого дешифратора подключен к входуостанова генератора импульсов, к управляещему входу блока элементов И ик второмувходу четвертого элемента И. функциональное назначение, характеристики Оперативное время, отводимое для подготовки количественных данных для Е-йцели управления Среднеквадратическая погрешность исходных данных, используемых при подготовкеколичественных данных поО -му параметру для 2 -й цели управления Информативный вес у,-го па 1раметра управления в целевой функции с точки ценности информации, содержащейся в по- казателе д, для достиженияФцели 2,Коэффициент, учитывающий априорные сведения (накопленный опыт) о значении параметра д для цели управления ЕСреднеквадратическая погрешность экзогенных данных, используемых при подготовкеколичественных данных по б,.-му параметру для Е цели уйравления г -м алгоритмом(входные данные) для г -гоалгоритма В1;,Э1) п Номер алгоритма, используемого для вычисления д.-гопараметра управления Мощность вычислительныхсредств-1 п (1-р) Функция своевременности Рподготовки данных Количествоячеек памятио ,С;, , -1 п(1-р)К 6 1,С,р,Ч -1 п(1-р) Л 7 1 Содержание ячеек д-го узла памяти блока 4 памяти К нСКи Ъ Таблица 2 Функциональное назначение Коды выбора группы переменных (г ь о;-1 п(1-р), соответствующих 7 -й цели и д -му параметру управления из регистров блока 9 регистров памяти; извлекаются кодами старших разрядов счетчика. 2 Коды выбора группы переменньж (6,г 6 г 1 г 1 , г ), соответствуюг;щих д -му алгоритму параЗаказ 2425/44 Тираж 672 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4 К г.фг 1 К 1 г ф 1ф 1Фм егом,г,1 игн2гКК1ФККИ; метра управления, для цели управления 2 из регистров памяти; извлекаются кодами младших разрядов счетчика 2,Коды окончания анализа попараметру д3=1 Н 1Извлекаются кодами младших разрядов счетчика 2 Код окончания работы устройства по выбору алгоритмов для расчета параметровуправления по цели Е