Устройство для прогнозирования непрерывного случайного сигнала с ограниченным спектром

 

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано в системах управления и связи с запаздыванием для прогнозирования случайных сигналов. Цель изобретения - повышение точности прогноза. Устройство содержит прогнозирующие активные фильтры, каждый из которых включает элемент 5 задержки, блок 6 суммирования, блоки 7,8 умножения на постоянный множитель. Устройство обеспечивает повышение точности прогноза за счет снижения дисперсии ошибки. 3 ил.

союз СОВетских. социАлистических

РЕСПУБЛИК (51)4 G 06 F 15 46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фиг. 2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОткРытиям

ПРИ fNHT СССР

1 (21) 4340925/24-24 (22) 06.11.87 (46) 23.07. 89, Бюл, У 27 (72) С.Г. Рассомахин и Ф.В, Лученко (53) 621. 396(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Н 531 167) кл, G 06 G 7/30, 1974.

Авторское свидетельство СССР

М 1137482в кл. G 06 F 15 /46е 1983 ° (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

НЕПРЕРЫВНОГО СЛУЧАЙНОГО СИГНАЛА С ОГРАНИЧЕННЫИ СПЕКТРОМ (57) Изобретение относится к автома„.80„„149йЫЯ А1

2 тическому регулированию и может быть использовано в системах управления и связи с запаздыванием для прогнозирования случайных сигналов. Цель изобретения — повышение точности прогноза. Устройство содержит прогноэирующие активные фильтры, каждый из которых включает элемент 5 задержки, блок 6 суммирования, блоки 7, 8,умножения на постоянный множитель. Устройство обеспечивает повышение точности прогноза эа счет снижения дисперсии ошибки. 3 ил, .В, О Си 4и р

8()= O ы

40 квадраты модулей передаточных функций цепочки из n= 10 прогнозирующих активных фильтров при времени прогно- 4

2 эа 2„= 2с для известного А, (кривая 1) и предлагаемого А < (кривая 2) устройств.

Для случая В = 1 спектральные плотности ошибки прогноза для прототипа и предлагаемого устройства совпадают с кривыми 1 и 2 соответственно.

Устройство содержит первый 1, второй 2, третий 3, и-й 4 прогноэирую щие активные фильтры, элемент 5 задержки, блок 6 суммирования, первый 7 и второй 8 блоки умножения на постоянный множитель.

3 1495816

Изобретение относится к автоматическому регулированию и мажет быть использовано в системах управления и связи, обладающих запаздыванием, 5 для прогнозирования значений случайных сигналов, обладающих ограниченным

1 спектром, Целью изобретения янляется повышение точности прогноза, 10 !

Прогнозирование основано на предсказании случайного сигнала по его значениям в предыдущие моменты времени.Спрогнозированный навремя Д 8„ я 1 случайный сигнал xl,tw7„) nîëó÷àåòñÿ путем перемножения промежуточных сигналов х;(t) (i = 1,2,...,п) („— время прогноза каждым прогнозирующим активным фильтром).

Применение и последовательно вклю- 20 ченных прогнозирующихактивных фильтров позволяетсместить вправопо оси

- частот максимум спектра Ьшибки прогноза т, е. разнести его со спектром прогнозируемого сигнала, Для случая использова" 25 ния и, и n > и, прогнозирующих активных фильтров максимум спектра ошибки смещается в область более высоких частот в п /п„раз. Таким образом, выбором числа и можно .обеспечить ми- 30 нимум спектра ошибки прогноза в за, данной ограниченной полосе частот.

На фиг, l представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 схема прогнозирующего активного филь- 35 тра; на фиг. 3 — графики спектральной плотности прогнозируемого сигнала

8 (ц>) вида устройство работает следующим образом„ Определяют передаточную функцию прогноэирующего активного фильтра а

К (2)

1 -J g(a3 I

I+be где Ъ и а — коэффициенты усиления блоков 7 и 8 соответственно, Домножают числитель и знаменатель

1(о7, на е и получают и

)(,ф/ б ае

К

Мй (3) и л

1 jid""1 - м, е +Ье

При а = 2, Ъ = 1 выражение (3) принимает нид и

1 (Д) е и (4)

cos(Числитель выражения (4) соответствует передаточной функции идеального экстраполятора, а знаменатель определяет ошибку прогноза, которая имеет периодический характер и явно выраженный максимум на критической частоте. Чтобы обеспечить минимальную ошибку прогноза в области эффективной ширины спектра случайного сигнала, время прогноза,необходимо выбирать достаточно малым (в этом случае знаменатель в (4) близок к единице), что не всегда соответствует требуемому, В то же время Bbl6ор достаточно мало го значения нремени прогноза каждого фильтра .,и последовательное соединение всех фильтров позволяет обеспечить заданное время прогноза С„ = и а, и минимизировать ошибку прогноза в области эффективной ширины спектра пр о гноэируемо го сигнала.

Передаточная функция всего устройства равна ,1пм i ф4 n е е

К =К вЂ” — — — (5) л

П

cos (со,) cos (со,)

Модуль передаточной функции части устройства, определяющий спектральную плотность ошибки прогноза, определяется как

° и

А= !1-К е 1. (6)

Тогда дисперсия ошибки прогноза рав-. на

2 1(м ь„ „„= ) 11 — К 1а() 1 (7) б

Для обеспечения устойчивого функционирования устройства необходимо выполнить условие (Ь < 1. Коэффициент b r:åîáõoäèìo выбирать, учитыная, что будучи близок к единице, он обес149581 печивает малое значение дисперсии ошибки прогноза в области низких частот и большое значение дисперсии ошибки прогноза на критической часто" 5 те, С уменьшением значения Ь возрастает дисперсия ошибки прогноза в области низких частот и уменьшается на критической частоте, Коэффициент а выбирается из условия а 2b. 10

Число фильтров и ..также влияет на величину дисперсии ошибки прогноза, С ростом и максимум дисперсии ошибки прогноза смещается вправо по оси частот и его значение на критической час-15 тоте возрастает. Поэтому при выборе значений Ь и и необходимо учитывать, какое значение времени прогноза необходимо обеспечить и какова спектральная плотность прогнозируемого 20 сигнала. Путем выбора значений Ь и и можно обеспечить такую передаточную функцию устройства, что в области эффективной полосы спектра прогнозируемого сигнала оно будет достаточно хорошо аппроксимировать работу

"идеал ного" экстраполятора, При этом положительный эффект достигается за счет того, что модуль передаточной функции А части устрой- 30 ства, определяющей спектральную плотность ошибки прогноза, близок к нулю в области низких частот, где сосредоточена основная часть энергии проГнозируемого сигнала ° Для Я(и} оп 35 ределяемого выражением (1), дисперсия ошибки прогноза для прототипа опреде6 6 ляется площадью под кривой, 1, а для предлагаемого устройства — под кривой 2.

Фо р мул а и з о б р е т е ни я

Устройство для прогнозирования непрерывного случайного сигнала с ограниченным спектром, содержащее и прогнозирующих активных фильтров, соединенных последовательно, вход первого прогнозирующего активного фильтра является входом устройства, каждый прогнозирующий активный фильтр, со держит блок суммирования, элемент задержки и первый блок умножения на постоянный множитель, вход первого слагаемого блока суммирования является входом прогнозирующего активного фильтра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности точности прогноза, в каждый прогнозирующий активный фильтр введен второй блок умножения на постоянный множитель, выход которого является выходом прогноэирующего активного фильтра, а вход связан с входом первого блока умножения на постоянный множитель, вход которого подключен к выходу блока суммирования, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки, вход которого связан с выходом первого блока умножения на постоянный коэффициент, выход n-ro прогнозирующего активного фильтра является выходом устройства, 1495816

Заказ 4268/47 Тираж 668 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4(5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Редактор А, Шандор »

Составитель В, Воронков

Техред М.Дидык Корректор О. Ципле