Адаптивное цифровое прогнозирующее и дифференцирующее устройство

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для прогнозирования стационарных и нестационарных случайных процессов, повышения качества и точности управления в цифровых системах контроля и наведения различных объектов. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей путем получения оценок вторых производных по формулам численного дифференцирования для равноотстоящих точек (узлов) предыстории входной сглаженной дискретной последовательности. Технический результат достигается за счет адаптивного цифрового прогнозирующего и дифференцирующего устройства, в состав которого входят: блок сглаживания, содержащий сумматор, первый и второй реверсивные счетчики, одноканальный субблок сглаживания, субблок задания соотношения отклонений, субблок действительных отклонений, субблок единичных приращений, субблок управления динамической характеристикой, информационный, первый управляющий и тактирующий входы устройства и узел тактирования блока прогноза. 5 ил.

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для прогнозирования стационарных и нестационарных случайных процессов, повышения качества и точности управления в цифровых системах контроля и наведения различных (в т.ч. баллистических) объектов.

Известно цифровое прогнозирующее и дифференцирующее устройство (по патенту РФ №2470359, МПК G06F 17/17, 20.12.2012, бюл. №35), содержащее блок сглаживания и блок прогноза, в состав которого входят два вычитателя, узел управления динамикой прогноза, два субблока - квадратичного и линейного прогнозов, три субблока расчета первой производной в (n)-й, (n-1)-й и (n-2)-й расчетных точках предыстории входного сглаженного процесса. Устройство функционально ограничено.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является, выбранное в качестве прототипа, адаптивное цифровое прогнозирующее и дифференцирующее устройство (по патенту РФ №2475831, МПК G06F 17/17, 20.02.2013, бюл. №5), содержащее блок сглаживания и блок прогноза, в состав которого входят два вычитателя, узел управления динамикой прогноза, два субблока - квадратичного и линейного прогнозов, три субблока расчета первой производной в (n)-й, (n-1)-й и (n-2)-й расчетных точках предыстории входного сглаженного процесса и блок адаптации. Это устройство также функционально ограничено.

Техническая задача для предлагаемого устройства заключается в расширении функциональных возможностей путем получения оценок вторых производных по формулам численного дифференцирования для равноотстоящих точек (узлов) предыстории входной сглаженной дискретной последовательности.

Поэтому в адаптивном цифровом прогнозирующем и дифференцирующем устройстве, в состав которого входят: блок сглаживания, содержащий сумматор, первый и второй реверсивные счетчики, одноканальный субблок сглаживания из последовательно соединенных сумматора и регистра, субблок задания соотношения отклонений, содержащий регистр, счетчик и элемент задержки, субблок действительных отклонений, содержащий блок инверторов, два компаратора и элемент И, субблок единичных приращений, содержащий два элемента И и инвертор, субблок управления динамической характеристикой, содержащий два формирователя импульсов, элемент ИЛИ, счетчик, первый, второй и третий элементы И и триггер режима, информационный выход блока сглаживания, информационный, первый управляющий и тактирующий входы устройства; узел тактирования блока прогноза, содержащий элемент задержки, триггер, генератор импульсов, элемент И и регистр сдвига; блок прогноза, содержащий первый и второй вычитатели, каждый из которых содержит блок регистровой памяти, мультиплексор, блок инверторов и сумматор, субблок квадратичного прогноза, содержащий блок инверторов, первый и второй сумматоры, субблок линейного прогноза, содержащий сумматор и блок инверторов, блок оценки первых производных, содержащий первый субблок расчета первой производной в первой n-й (текущей) расчетной точке предыстории прогнозируемого процесса из одного сумматора, выход которого является вторым информационным выходом устройства, второй субблок расчета первой производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории из одного сумматора, выход которого является третьим информационным выходом устройства и третий субблок расчета первой производной в третьей (n-2)-й расчетной точке предыстории из блока инверторов, первого и второго сумматоров, выход последнего является четвертым информационным выходом устройства; узел управления динамикой прогноза, содержащий регистр хранения адреса ординат (расчетных точек) предыстории входного процесса, вход которого является вторым управляющим входом устройства задающим время (интервал) прогноза, компаратор, инвертор, элемент И и счетчик адреса, информационный выход которого заведен на адресные шины мультиплексоров обоих вычитателей; блок адаптации, содержащий первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент ИЛИ, инвертор, первый и второй элементы И, триггер и мультиплексор, на оба информационные входы которого, соответственно, заведены выходы субблоков квадратичного и линейного прогнозов, а выход мультиплексора является первым информационным выходом устройства, для решения поставленной задачи в блок прогноза введен субблок расчета второй производной в (n)-й (текущей) расчетной точке предыстории, содержащий блок инверторов и сумматор, на первый вход которого заведен выход мультиплексора блока адаптации, на второй вход - через блок инверторов выход мультиплексора первого вычитателя, выход сумматора является пятым информационным выходом устройства, а выход первого сумматора субблока квадратичного прогноза соединен с шестым информационным выходом устройства для оценки второй производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории прогнозируемого процесса.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг.1 - блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - блок-схема блока сглаживания; на фиг.3 - блок-схема одноканального субблока сглаживания; на фиг.4 - блок-схема узла тактирования блока прогноза; на фиг.5 - блок-схема блока прогноза и блока адаптации.

Известны формулы операторов прогноза, полученные аналитически с помощью аппроксимирующих многочленов по трем точкам (ординатам) предыстории входного случайного дискретного процесса по способу наименьших квадратов (Милн В.Э. Численный анализ. М., «ИЛ», 1951, стр. 212). Оператор прогноза по аппроксимирующему многочлену второй степени (квадратичному) по трем точкам предыстории имеет вид:

yп+1=3yп-3yп-1+yп-2. (1) [КВ3]

Оператор прогноза по аппроксимирующему многочлену первой степени (линейному) по трем точкам предыстории имеет вид:

yп+1=⅓(4yп+yп-1-2yп-2), (2) [ЛН3]

или его упрощенный вариант:

yn+1=½(3yn-yn-2), (3) [ЛН3]

где уп - первая (текущая) расчетная точка (ордината),

yп-1, yп-2 - соответственно, вторая и третья расчетные точки (ординаты) двухуровневой предыстории входной сглаженной дискретной последовательности. В численном анализе - это система равноотстоящих точек с шагом h, в реальном масштабе времени h - интервал между точками (ординатами), т.е. время (глубина) прогноза (Н).

Обозначим Δy1=(2yп-yп-1) как биразность первого уровня предыстории входной дискретной последовательности, т.е. разность между удвоенной текущей и предыдущей ординатой процесса, соответственно, Δy2=(2yп-1-yп-2) - биразность второго уровня предыстории.

После модификации уравнений (1) и (3) с учетом биразностей получим следующие выражения для операторов квадратичного [КВ3] и линейного [ЛН3] прогнозов, реализованные в предлагаемом устройстве:

yп+1=(2yп-yп-1)+[yп-(2yп-1-yп-2)]=(yп-Δy2)+Δy1=Z+Δy, (4) [КВ3]

где Z=yп-Δy2 и

yn+1=½(3yn-yn-2)=Δy1-½(yп-Δy2)=Δy1-½Z. (5) [ЛН3]

Известны формулы численного дифференцирования для равноотстоящих точек, выраженные через значения функции в этих точках (Дж. Поллард. Справочник по вычислительным методам статистики. М., «ФС», 1982, § 6.6, с. 61), в частности, для трех точек имеем:

y n ' = 1 2 h ( y n 2 4 y n 1 + 3 y n ) ,  (6)

y n 1 ' = 1 2 h ( y n 2 + y n ) ,  (7)

y n 2 ' = 1 2 h ( 3 y n 2 + 4 y n 1 y n ) ,  (8)

y n ' ' = 1 h 2 ( y n + 1 2 y n + y n 1 ) ,  (9)

y n 1 ' ' = 1 h 2 ( y n 2 y n 1 + y n 2 ) .  (10)

После преобразования уравнений (6)÷(10) с учетом биразностей получим следующие выражения для расчета производных, реализованные в предлагаемом устройстве:

y n ' = 1 2 h [ ( y n Δ y 2 ) + Δ y 1 y n 1 ] = 1 2 h ( Z + Δ y 1 y n 1 ) = 1 2 h ( y n + 1 [ К В 3 ] y n 1 ) ,  (11)

y n 1 ' = 1 2 h ( y n y n 2 ) ,  (12)

y n 2 ' = 1 2 h [ 2 Δ y 2 ( y n + y n 2 ) ] ,  (13)

y n ' ' = 1 h 2 ( y n + 1 Δ y 1 ) ,  (14)

y n 1 ' ' = 1 h 2 ( y n Δ y 2 ) = 1 h 2 Z .  (15)

Основными типовыми элементами устройства являются сумматоры (комбинационные) и блоки инверторов, а умножение коэффициентов на слагаемые выполняется соответствующими монтажными сдвигами шин последних при вводе в сумматор. Такие операции на блок-схеме (см. фиг.5) обозначены кружочком.

Величина Z=yп-Δy2, как многочлен и как элемент схемы (блок инверторов и сумматор), участвует в расчетах оценок квадратичного и линейного прогнозов (см. уравнения (4) и (5)), оценки первой производной в (n)-й (текущей) расчетной точке предыстории (см. уравнение (11)) и сама дает оценку второй производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории прогнозируемого процесса (см. уравнение (15)).

Использование ее в качестве самостоятельного информационного выхода в предложенном устройстве отвечает решению поставленной задачи - расширение функциональных возможностей.

Устройство содержит (см. фиг.1) блок сглаживания 1, блок прогноза 2 и блок адаптации 3. Блок сглаживания 1 содержит (см. фиг.2) сумматор 4, субблок 5 действительных отклонений, содержащий блок инверторов 6, два компаратора 7.1 и 7.2 и элемент И 8, первый реверсивный счетчик 9, субблок 10 задания соотношения отклонений, содержащий регистр 11, счетчик 12 и элемент задержки 13, субблок 14 единичных приращений, содержащий инвертор 15 и два элемента И 16.1 и 16.2, второй реверсивный счетчик 17, субблок 18 управления динамической характеристикой, содержащий два формирователя импульсов 19.1 и 19.2, элемент ИЛИ 20, счетчик 21, три элемента И 22.1, 22.2, 22.3 и триггер режима 23; информационный вход 24 блока сглаживания и устройства, первый управляющий 25 и тактирующий 26 входы устройства и блока сглаживания; одноканальный субблок сглаживания 27, содержащий (см. фиг.3) последовательно соединенные сумматор 28 и регистр 29; информационный выход 30. Узел тактирования 31 блока прогноза содержит (см. фиг.4) элемент задержки 32, триггер 33, генератор импульсов 34, элемент И 35 и регистр сдвига 36. Блок прогноза 2 (см. фиг.5) содержит первый 37 и второй 38 вычитатели, каждый из которых содержит блок регистровой памяти 39 из (А) последовательно соединенных регистров 40, мультиплексор 41, блок инверторов 42 (в предположении, что мультиплексор не имеет инверсных выходов) и сумматор 43; субблок 44 квадратичного прогноза, содержащий блок инверторов 45, первый 46 и второй 47 сумматоры; субблок 48 линейного прогноза, содержащий блок инверторов 49 и сумматор 50; блок 51 оценки первых производных содержит первый субблок 52 расчета первой производной в первой n-й расчетной точке предыстории процесса из одного сумматора 53, выход 54 которого является вторым информационным выходом устройства, второй субблок 55 расчета первой производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории из одного сумматора 56, выход 57 которого является третьим информационным выходом устройства, третий субблок 58 расчета первой производной в третьей (n-2)-й расчетной точке предыстории, в состав которого входят первый сумматор 59, блок инверторов 60 и второй сумматор 61, выход 62 которого является четвертым информационным выходом устройства; узел 63 управления динамикой прогноза, содержащий регистр 64 хранения адреса (А) ординат расчетных точек предыстории процесса, вход 65 которого является вторым управляющим входом устройства, задающим время прогноза Н=АТ (Т - цикл работы устройства, А - максимальный адрес регистра памяти 40 блока 39), компаратор 66, инвертор 67, элемент И 68 и счетчик адреса 69; блок адаптации 3 содержит два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 70.1 и 70.2, элемент ИЛИ 71, инвертор 72, два элемента И 73.1 и 73.2, триггер 74, мультиплексор 75 и первый информационный выход 76 устройства, субблок 77 расчета второй производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории из блока инверторов 78 и сумматора 79, выход 80 которого является пятым информационным выходом устройства, шестой информационный выход 81 устройства для оценки второй производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории прогнозируемого процесса.

Цикл работы устройства состоит из 4-х тактов. Блок сглаживания 1 работает в двух режимах: стационарном и динамическом (переходном), причем все операции выполняются в нем за один (1-й) такт.

На стационарном режиме блок сглаживает входной случайный дискретный процесс, детерминированная основа (медиана) которого может иметь постоянный, линейный или нелинейный (квадратичный) характер изменения во времени. Блок сглаживания 1 (см. фиг.2) реализует следующую модификацию оператора сигнатурного экспоненциального сглаживания:

yn=yn-1+sign[1/K(xn-yn-1)], (16)

где хn и yn - входная и выходная дискреты;

α=1/К - параметр сглаживания, К - параметр адаптации;

Δхn=(хn-yn-1) - текущие отклонения от медианы процесса.

В качестве критерия эффективности (точности) сглаживания выбрано соотношение d между нулевыми и действительными отклонениями Δхn. Последние формируют текущие единичные приращения обоих знаков выходной дискреты в соответствии с сигнатурной функцией в (16):

sign[Δxn/K]=0 для [Δxn-К]<0 (Δxn - нулевые отклонения),

sign[Δxn/K]=1 для [Δxn-К]>0 (Δхn- действительные отклонения).

На стационарном режиме (D=0 - признак режима) блок 1 сглаживает входную случайную последовательность дискрет до уровня заданного соотношением d (реальный диапазон d=7÷190), которое заносится перед началом работы устройства со входа 25 в регистр 11 субблока 10 задания соотношения отклонений. Последний представляет собой управляемый делитель частоты, например, при d=7 на выходе прямого переноса счетчика 12 появляется каждый седьмой тактовый импульс со входа 26, который через элемент задержки 13 перезаписывает инверсный код d из регистра 11 в счетчик 12 (для следующего цикла работы делителя) и вычитает «1» из первого реверсивного счетчика 9, содержащего код параметра адаптации К.

Адаптивное управление параметром сглаживания, обеспечивающее постоянство выходного значения дисперсии сглаженного процесса независимо от степени ее изменчивости на входе, производится следующим образом. Пусть (при определенном коде К в счетчике 9) возросла дисперсия входного дискретного процесса, т.е. возросло число действительных отклонений Δxn (обоих знаков). После сравнения их с параметром адаптации К на выходе блоков компараторов 7.1 и 7.2 субблока 5 (играющего роль отрицательной обратной связи) устанавливаются логические «1» (режим работы компараторов: [Δхn>К]=«1», [Δхn<К]=«0»), поступающие на вход элемента И 8. Так как на стационарном режиме триггер режима 23 находится в состоянии «0» (D=0), то с его инверсного выхода на первый вход элемента И 8 субблока 5 также поступает логическая «1». Высокий уровень сигналов на всех входах элемента И 8 разрешает прохождение тактовых импульсов с входа 26 на суммирующий вход первого реверсивного счетчика 9 (код К в последнем увеличивается) и на вторые входы элементов И 16.1 и 16.2 субблока единичных приращений 14. Сигнал с выхода одного из них (в зависимости от знака отклонения) поступает на суммирующий (или вычитающий) вход второго реверсивного счетчика 17 результата сглаживания, т.е. реализуется сигнатурная функция (16). Процесс роста К приведет к снижению числа действительных отклонений и будет продолжаться до тех пор, пока не наступит динамическое равновесие, т.е. число импульсов, поступивших от субблока 10 на вычитающий вход счетчика 9, будет равно числу импульсов, поступивших на его суммирующий вход от субблока 5, а дисперсия выходной сглаженной дискретной последовательности останется неизменной (для d=7: на одно действительное отклонение должно приходиться семь нулевых).

Переходный (динамический) режим может быть вызван запуском, ускорением, виражом, переходом с одного стационарного режима на другой и т.д., т.е. почти скачкообразным изменением процесса. Для сглаживания входной дискретной последовательности на переходных режимах (D=1) используется одноканальный субблок сглаживания 27 (см. фиг.3), который реализует следующий оператор экспоненциального сглаживания: yn=½(xn+yn-1), т.е. с минимальной степенью сглаживания и соответственно с минимальным фазовым сдвигом (запаздыванием) выходной дискреты. Субблок 27 работает на обоих режимах, инициируется тактовыми импульсами со входа 26 в регистре 29, но используется только на переходном (динамическом) режиме. Для стационарного случайного процесса вероятность появления серии, например, из m=8 (восьми) отклонений от медианы (детерминированной основы) процесса одного знака подряд, в соответствии с геометрическим законом распределения вероятностей, равна:

Р(х=m)=(½)m=1/256≈0,004,

т.е. настолько мала, что можно считать появление такой серии началом переходного режима. Субблок 18 фиксирует такую серию и работает следующим образом. Так как для стационарного режима наиболее вероятны отклонения разных знаков, то при смене знака в сумматоре 4 с «плюс» на «минус» и наоборот срабатывают формирователи импульсов 19.1 или 19.2 и через элемент ИЛИ 20 сбрасывают в «0» счетчик 21 и триггер режима 23 (D=0). На динамическом режиме (формирователи 19 не срабатывают) на счетчик 21 (например, 4-разрядный) непременно поступит восемь импульсов подряд с тактового входа 26. На выходе старшего разряда счетчика 21 установится логическая «1», высокий уровень сигнала которого обеспечит прохождение через первый элемент И 22.1 тактирующего импульса, который установит триггер режима 23 в «1» (D=1). Последний сигналом с инверсного выхода заблокирует работу субблока 5 действительных отклонений и соответственно субблока 14 единичных приращений, а высоким уровнем сигнала прямого выхода разрешит через второй элемент И 22.2 перезапись дискрет с одноканального субблока сглаживания 27 во второй реверсивный счетчик 17 результата сглаживания. По окончании переходного режима в сумматоре 4 неизбежно возникнут отклонения разных знаков, что приведет к срабатыванию формирователей импульсов 19 и соответственно к переключению триггера режима 23 в состояние «0» (стационарный режим сглаживания, D=0).

Операции прогнозирования, дифференцирования и адаптации выполняются за три такта соответственно 2-й, 3-й и 4-й. Формируются они серией из трех тактирующих импульсов от узла тактирования 31 (см. фиг.4). Тактирующий импульс с входа 26 обнуляет триггер 33 и записывает «1» в младший разряд сдвигового регистра 36. Тот же тактирующий импульс, задержанный элементом задержки 32, устанавливает в «1» триггер 33, разрешая тем самым прохождение импульсов от генератора 34 через элемент И 35 в регистр сдвига 36, на шинах младших разрядов которого («а», «б» и «в») и появляется вышеуказанная серия. Во 2-м такте производится запись ординаты текущей (первой) расчетной точки уп в первый регистр 40 блока 39 регистровой памяти первого вычитателя 37. Одновременно происходит перезапись (сдвиг) всех предшествующих ординат в соседние регистры 40 (т.е. формируется предыстория входного процесса). На адресный вход мультиплексора 41 поступает код адреса (А) ординаты предыстории со счетчика адреса 69, равный коду адреса, записанному со второго управляющего входа 65 в регистр 64 хранения адреса перед началом работы устройства, и определяющий время (интервал) прогноза Н=AT. В соответствии с этим адресом ордината с выхода мультиплексора 41 (уже как вторая расчетная точка yп-1) через блок инверторов 42 поступает на вход второго слагаемого сумматора 43, на входе первого слагаемого которого стоит удвоенная ордината предшествующей расчетной точки yп. На выходе сумматора 43 первого вычитателя 37 устанавливается биразность 1-го уровня предыстории входной дискретной последовательности. В 3-м такте производятся операции, аналогичные описанным выше, но уже для второго 38 вычитателя, на выходе которого устанавливается биразность 2-го уровня предыстории. Все сумматоры в устройстве - комбинационные. По завершении 3-го такта на выходе субблока 44 в соответствии с формулой (4) устанавливается код оценки квадратичного (нелинейного) прогноза для нестационарной входной дискретной последовательности, на выходе субблока 48 в соответствии с формулой (5) - код оценки линейного прогноза для стационарной или медленно меняющейся входной дискретной последовательности, а на выходах 54, 57, 62, 80 и 81 блоков 51 и 77 коды оценок первых и вторых производных в соответствии с формулами (11)÷(15). В 4-м такте сигнал с выхода («в») регистра сдвига 36 узла тактирования 31 в зависимости от сочетания знаков первых производных устанавливает триггер 74 блока адаптации 3 в состояние «1» (квадратичный прогноз) или в «0» (линейный прогноз). Прямой выход триггера 74, как адресный вход мультиплексора 75, обеспечивает выбор и передачу на его единственный выход 76 мультиплексора и устройства соответствующего кода оценки прогноза.

Узел управления динамикой прогноза 63 предназначен для исключения операции прогноза на динамических (переходных) режимах (D=1) работы устройства, путем сброса в «О» счетчика адреса 69 тактирующим сигналом (U0) из субблока 18 управления динамической характеристикой блока сглаживания. Нулевой адрес счетчика 69 на адресных шинах мультиплексоров 41 обоих вычитателей обеспечит на все время переходного режима расчет и установку на выходах обоих субблоков прогноза 44 и 48 кода текущей дискреты yn минимально сглаженного входного процесса. С переходом устройства на стационарный режим работы (D=0) триггер режима 23 субблока 18 разрешит прохождение тактирующего импульса со входа 26 через открытый элемент И 68 на счетный вход (Ua) счетчика адреса 69. С ростом адреса в последнем, на выходах обоих субблоков прогноза 44 и 48 устанавливаются коды (yn+1) прогнозируемого входного процесса с использованием информации из двухуровневой предыстории только для нового стационарного режима. Рост кода адреса h в счетчике 69 (h=aT, а=1,2,3,…А), т.е. восстановление заданного времени прогноза Н, будет продолжаться с каждым циклом до тех пор, пока он не станет равным заданному в регистре хранения 64 h=H. Компаратор 66 (режим работы: [H-h]->«1», [H≠h]→«0») в этом случае через ключ 67 и элемент И 68 закроет счетный вход счетчика адреса 69. Введение в устройство субблока расчета вторых производных в первой (n)-й и второй (n-1)-й расчетных точках предыстории (т.е. разнесенных по времени) дает возможность анализировать характер (тенденцию) изменения параметров прогнозируемого процесса (рост - снижение, ускорение - замедление и т.д.), что повышает качество управления, особенно быстродинамических объектов, использующих хорошо известные ПИД-регуляторы.

Адаптивное цифровое прогнозирующее и дифференцирующее устройство, в состав которого входят: блок сглаживания, содержащий сумматор, первый и второй реверсивные счетчики, одноканальный субблок сглаживания из последовательно соединенных сумматора и регистра, субблок задания соотношения отклонений, содержащий регистр, счетчик и элемент задержки, субблок действительных отклонений, содержащий блок инверторов, два компаратора и элемент И, субблок единичных приращений, содержащий два элемента И и инвертор, субблок управления динамической характеристикой, содержащий два формирователя импульсов, элемент ИЛИ, счетчик, первый, второй и третий элементы И и триггер режима, информационный выход блока сглаживания, информационный, первый управляющий и тактирующий входы устройства; узел тактирования блока прогноза, содержащий элемент задержки, триггер, генератор импульсов, элемент И и регистр сдвига; блок прогноза, содержащий первый и второй вычитатели, каждый из которых содержит блок регистровой памяти, мультиплексор, блок инверторов и сумматор, субблок квадратичного прогноза, содержащий блок инверторов, первый и второй сумматоры, субблок линейного прогноза, содержащий сумматор и блок инверторов, блок оценки первых производных, содержащий первый субблок расчета первой производной в первой n-й (текущей) расчетной точке предыстории прогнозируемого процесса из одного сумматора, выход которого является вторым информационным выходом устройства, второй субблок расчета первой производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории из одного сумматора, выход которого является третьим информационным выходом устройства и третий субблок расчета первой производной в третьей (n-2)-й расчетной точке предыстории из блока инверторов, первого и второго сумматоров, выход последнего является четвертым информационным выходом устройства; узел управления динамикой прогноза, содержащий регистр хранения адреса ординат (расчетных точек) предыстории входного процесса, вход которого является вторым управляющим входом устройства задающим время (интервал) прогноза, компаратор, инвертор, элемент И и счетчик адреса, информационный выход которого заведен на адресные шины мультиплексоров обоих вычитателей; блок адаптации, содержащий первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент ИЛИ, инвертор, первый и второй элементы И, триггер и мультиплексор, на оба информационные входы которого, соответственно, заведены выходы субблоков квадратичного и линейного прогнозов, а выход мультиплексора является первым информационным выходом устройства, отличающееся тем, что в блок прогноза введен субблок расчета второй производной в (n)-й (текущей) расчетной точке предыстории, содержащий блок инверторов и сумматор, на первый вход которого заведен выход мультиплексора блока адаптации, на второй вход - через блок инверторов выход мультиплексора первого вычитателя, выход сумматора является пятым информационным выходом устройства, а выход первого сумматора субблока квадратичного прогноза соединен с шестым информационным выходом устройства для оценки второй производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории прогнозируемого процесса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для прогнозирования стационарных и нестационарных случайных процессов. Технический результат заключается в возможности получения оценки второй производной по формуле численного дифференцирования для равноотстоящих узлов функции в n-й (текущей) расчетной точке предыстории входной сглаженной дискретной последовательности.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для прогнозирования стационарных и нестационарных случайных процессов, повышения качества и точности управления в цифровых динамических системах контроля.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах анализа и обработки видеосигналов, цифровом телевидении. Техническим результатом является выделение двумерной оценки динамического изображения в условиях недостаточной априорной информации о статистических характеристиках аддитивного шума и функции полезной составляющей.

Изобретение относится к цифровому прогнозирующему и дифференцирующему устройству. Технический результат заключается в упрощении аппаратной реализации и расширении функциональных возможностей устройства.

Изобретение относится к цифровой вычислительной и информационной технике и может быть использовано в станках с программным управлением и в автоматизированных системах научных исследований.

Изобретения относятся к вычислительной технике и могут быть использованы для обнаружения неисправностей спутников и корректировки таких неисправностей. Техническим результатом является возможность определения типа неисправности.

Изобретение относится к области обработки панхроматических (широкополосных по спектру формирующего их электромагнитного излучения) изображений с целью совершенного выделения интегрированных в них спектрозональных изображений.

Изобретение относится к средствам обработки информации для прогнозирования стационарных и нестационарных случайных процессов. .

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для прогнозирования стационарных и нестационарных случайных процессов, повышения качества и точности управления в цифровых системах контроля и наведения различных объектов.

Заявленное изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для коррекции на основе квантовой теории температуры радиационного термометра. Заявленный способ позволяет обнаружить параметры, отражающие структуру энергетических уровней, посредством приспособления эффективной физической модели, чтобы калибровать систему радиационного термометра. Для этого задают систему радиационного термометра в состояние измерения температуры, чтобы измерять температуру объекта, и обнаруживают значение энергии излучения объекта через оптическую систему. Определяют параметры, отображающие структуру энергетических уровней, посредством вычисления и обработки через PC или MCU в системе радиационного термометра согласно физической модели. Используют указанные параметры, отображающие структуру энергетических уровней, для калибровки радиационного термометра. Для реализации указанного способа коррекции температурных данных предложена также система радиационного термометра, содержащая модуль измерения температуры, модуль калибровки, PC или MCU, используемый для калибровки радиационного пирометра согласно параметрам, отображающим структуру энергетических уровней. Технический результат - повышение точности результатов измерений. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области цифровой вычислительной техники и может быть использовано в автоматических и автоматизированных системах различного назначения для идентификации параметров. Техническим результатом является повышение точности идентификации параметров динамических систем. Устройство содержит блоки хранения констант, блоки формирования функций, блоки формирования производной, блоки формирования произведения, блоки формирования разности, блоки формирования суммы, блоки транспонирования, блоки интегрирования. Указанный технический результат достигается за счет вычисления и последовательного уточнения значений параметров регуляризации. 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для обработки предварительно зарегистрированных однократных или редко повторяющихся нестационарных сигналов, сопровождаемых широкополосным стационарным процессом, например вибрационным. Достигаемый технический результат - выделение нестационарных сигналов, имеющих ограниченную длительность, произвольных по форме и спектру частот. Способ фильтрации нестационарных сигналов выполняется посредством корреляционного приема предварительно записанных на носитель информации с последующим выделением полезного сигнала, а поиск полезного сигнала осуществляется одновременно с запоминанием мгновенных значений корреляционной функции и спектральной плотности сигнала, их сравнением и выявлением отличий соответствующих характеристик от признаков стационарности, при этом производят оценку амплитудно-частотного диапазона полезного сигнала. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к активной радио- и ультразвуковой локации и, в частности, может быть использовано для подповерхностного зондирования. Согласно способу генерируют и облучают объект радио- и ультразвуковыми волнами различных частот и независимо регистрируют амплитуды, фазы и поляризации принятых волн. Изображение формируют вычислительными методами путем вычисления и пропорционального отображения для каждого элемента изображения значений функции правдоподобия ожидаемых значений амплитуд и фаз, рассчитанных на модели процесса зондирования соответствующего элемента объекта. При формировании изображения, предназначенного для визуального анализа, отдельные составляющие функции правдоподобия, рассчитанные для различных частот радио- и ультразвуковых волн, отображают различными цветами. Технический результат - повышение информативности за счет формирования цветных гибридных радиоультразвуковых изображений объектов. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам прогнозирования результатов измерений. Технический результат заключается в повышении достоверности результатов измерения за счет адаптации времени прогноза. Устройство содержит блок хранения входной реализации, выполненный в виде последовательно соединенных N линий задержки, выходы которых, а также вход первой линии задержки, соединены с входами блока аппроксимации полиномом первой степени и входами блока оценки среднего уровня сигнала. Выход блока аппроксимации полиномом первой степени соединен с входом блока определения периода упреждения, а также с первым входом блока прогноза и первым входом блока анализа. Выход блока прогноза соединен с входом блока обратного преобразования, выход которого соединен с первым входом коммутатора и третьим входом блока анализа, а второй вход коммутатора и четвертый вход блока анализа соединены с входом блока нелинейного преобразования. Выход блока оценки среднего уровня сигнала соединен с пятым входом блока анализа, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора. Выход коммутатора является выходом всего устройства. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области вычислительной техники, а именно к анализу и обработке изображений. Технический результат - обеспечение реконструкции значений пикселей динамических двумерных сигналов в условиях неполной априорной информации. Устройство редактирования видеопоследовательностей содержит: блок хранения данных, блок хранения пикселей, блок создания словаря, блок хранения словаря, блок поиска подобия, блок обработки, блок вычисления приоритета, блок заполнения изображения, блок управления, блок хранения маски, блок выбора меток случайным образом, блок поиска меток, блок задержки, блок хранения кадров, блок установки меток пользователя, блок выделения объектов с помощью альфа-канала, генератор тактовых импульсов. 4 ил.

Изобретение относится к области обработки электрических сигналов, а именно к методам удаления импульсной помехи из электрического сигнала. Техническим результатом предлагаемого способа является повышение чувствительности и точности определения отсчета с импульсной помехой. В способе электрический сигнал преобразуют в цифровой сигнал путем измерения его в равномерно фиксированные моменты времени, предсказывают отсчеты цифрового сигнала с помощью основного оператора линейного предсказания, формируют контрольный сигнал и, если его абсолютная величина на данном отсчете превышает порог срабатывания, считают, что найден отсчет с импульсной помехой, и заменяют его предсказанным отсчетом, с помощью дополнительного оператора линейного предсказания формируют оценки отсчетов цифрового сигнала, определяют невязки упомянутых операторов как ошибки предсказания отсчетов цифрового сигнала операторами на основе соответствующих последовательностей отсчетов, сдвинутых по времени относительно друг друга, образуют сигнал обобщенной невязки как полусумму невязок упомянутых операторов и принимают его за контрольный сигнал, причем выбирают амплитудно-фазовые частотные характеристики операторов линейного предсказания таким образом, чтобы при предсказании одного и того же отсчета сигнала, свободного от импульсной помехи, на основе одной и той же последовательности отсчетов сигнала ошибки операторов были противоположны по знаку и равны по модулю. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки информации с высокими требованиями к частотной избирательности выполнения фильтрации. Техническим результатом является повышение частотной избирательности полосовой фильтрации без снижения быстродействия. Устройство содержит блок умножения, сумматор, блок хранения выборочных значений сигнала, блок хранения коэффициентов, мультиплексор, четыре регистра, блок управления. 7 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к системам обработки изображений. Техническим результатом является уменьшение погрешности восстановления изображений. Предложено устройство восстановления искаженных значений пикселей изображений. Устройство содержит блок хранения изображения, блок хранения пикселей, блок создания словаря, блок хранения словаря, блок обработки, блок вычисления приоритета, блок определения адаптивной формы, блок поиска подобия, блок вычисления СКО, блок анализа, блок заполнения изображения, генератор тактовых импульсов. 6 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к системам обработки изображений. Техническим результатом является уменьшение погрешности определения расстояния от объектов сцены до камеры сенсора. Предложено устройство восстановления карты глубины сцены. Устройство содержит блок хранения входной реализации, блок хранения цветного изображения, блок определения участков квазистационарности, блок формирования маски, поэлементный умножитель, блок вычисления медианной оценки, блок хранения оценки полезной составляющей, счетчик текущей строки, счетчик текущего столбца, четыре блока задержки, блок хранения карты глубины, блок формирования маски карты глубины, блок восстановления карты глубины, генератор тактовых импульсов. 9 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для прогнозирования стационарных и нестационарных случайных процессов, повышения качества и точности управления в цифровых системах контроля и наведения различных объектов. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей путем получения оценок вторых производных по формулам численного дифференцирования для равноотстоящих точек предыстории входной сглаженной дискретной последовательности. Технический результат достигается за счет адаптивного цифрового прогнозирующего и дифференцирующего устройства, в состав которого входят: блок сглаживания, содержащий сумматор, первый и второй реверсивные счетчики, одноканальный субблок сглаживания, субблок задания соотношения отклонений, субблок действительных отклонений, субблок единичных приращений, субблок управления динамической характеристикой, информационный, первый управляющий и тактирующий входы устройства и узел тактирования блока прогноза. 5 ил.

Наверх