Устройство для определения статистических моментов

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

< >723589 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.03.78 (21) 2589375/18-24 с присоединением заявки РЙ (23 } Приоритет (53)M. Кл.

G Ой F 15/36 зваударствеииый каиитет

СССР аа делам изобретений и вткрытий

Опубликовано 25.03.80. Бюллетень У 11 (53) УДК 681.3 (088.8) Дата опубликования описания 25.03.80 (72) Авторы изобретения А. Г. Струнин, В. И. Губарь,.Ю. М. Туз и В. С. Мирошниченко

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50 — летия

Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ

МОМЕНТОВ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при определении комплексных математических характеристик стационарных и нестационарных случайных процессов с высокой точностью.

Известно устройство для определения статис тических моментов случайных процессов, содержащее нелинейные блоки для возведения сигналов в требуемую степень в аналоговой или цифровой форме, блоки усреднения и усили10 тель (1).

Такое устройство не обеспечивает высокой точности вычисления статистических моментов высоких порядков.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения статистических моментов, содержащее первый переключатель, один из входов которого является входом устройства, а выход соединен с информационным входом масштабного усилителя, управляющий вход которого соединен с первым выходом автоматического регулятора масшгаба, второй выход которого через блок запроса подключен к управляющим входам четырех усредняющих усилителей, два квадратора, перемножитель, два инвертора и второй переключатель (21.

Работа такого устройства осуществляется в два такта. 3а счет этого иэ уравнения преобразования исключаются все нечетные степени аддитивной погрешности масштабного усилителя, однако четные степени аддитивной погрешности усилителя и аддитивные погрешности умножителя, квадраторов и усредняющих усилителей полностью входят в результат измерения моментов высоких порядков. Наличие такой аддитивной погрешности в значительной степени может исказить результат анализа, поскольку она воспринимается как смещенность и нестационарность исследуемого процесса.

Цель изобретения — повышение точности вычисления статистических моментов за счет уменьшения аддитивной погрешности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения статистических моментов введены третий переключатель, третий инвертор, усилитель-ограничитель, четыре ингегратора, четыре компаратора, четыре ключа, че7235 l0

15 веденный в степени с первой по четвертую с помощью квадраторов 3 и 6 и устройства 4 умножения, усредняется в усредняющих усилителях 2, 7, 12 и 13. Автоматический регулятор .10 масштаба позволяет поддерживать выходную величину масштабного усилителя 5 в требуемом диапазоне, а также увеличивает быстродействие прибора с помощью:блока 11 исключения переходного процесса, С выходов усред25 няющих усилителей 2, 7, 12 и 13 сигнал поступает на интеграторы 17, 20, 23 и 28, где интегрируется за время первого такта Те, а на выходе усилителя-ограничителя 15 образуется величина Е sigr Х, где Š— уровень ограничения усилителя- ограничителя, а — 1 при XOO

51g è Х= 0 при Х =0

1 при Х(0

Во втором такте переключатели 1, 8 и 25 переводятся в положение б, а ключи 16, 19, 22 и 27 размыкаются и импульсы с частотой

f начинают поступать с генератора 30 на счетчики 31, 32, 33 и 34. В то же время на интеграторы 17, 20, 23 и 28 поступает величйна

Е с выхода усилителя-ограничителя 15, полярность которого на входах интеграторов 17, 20, 23 и 28 противоположна полярности напряжения, поступившего в первом такте. При,этом

1-ый интегратор разряжается до нуля за время Тх, и закрывает ключ, которым он управляет. Покажем,.что количество импульсов в счетчиках не зависит от аддитивной погрешности нелинейных блоков (умножителя б „и квадраторов. бкв, бк масштабного усилителя б, и усредняющих, усилителей 2, 7, 12 и13 (б,б,б,б ).

35 чен ко входу четвертого счетчика, информацион- 40

Устройство для определения статистических эле- 4

1

3 тыре счетчика и генер тор импульсов. Выход масштабного усилителя подключен к информационному входу первого усредняющего усилителя, ко входу первого квадратора и к первому входу перемножителя, выход первого усредняющего усилителя через последовательно соединенные первый инвертор и усилитель-ограничитель соединен со вторым входом первого переключателя и через последовательно соединенные первый интегратор и первый компаратор подключен к управляющему входу пер- вого ключа, выход которого соединен со входом первого счетчика, Выход первого квадратора подключен ко второму входу перемножителя, Ко входу второго,квадратора и к информационному входу второго усредняющего уси лителя, выход которого подключен к одному входу второго переключателя непосредственно, а к другому входу — через второй инвертор.

Выход второго переключателя через последовательно соединенные второй интегратор и второй компаратор соединен с управляющим входом второго ключа, выход которого подключен ко входу второго счетчика. Выход умножителя соединен с информационным входом третьего усредняющего усилителя, выход которого через последовательно соединенные третий интегратор и третий компаратор подключен к управляющему входу третьего ключа, выход которого соединен со входом третьего счетчика. Выход второго квадратора подключен к информационному входу четвертого,усредняющего усилителя, выход которого. подключен к одному входу третьего переключателя непосредственно, а к другому входу — через третий инвертор, выход третьего переключателя через последовательно соединенные четвертый интегратор и четвертый компаратор соединен с управляющим входом четвертого ключа, выход которого подилюные входы всех четырех ключей объединены и соединены с выходом генератора импульсов.

На чертеже представлена блок-схема устрой ства. ментов содержит первый переключатель 1, первый усредняющий усилитель 2, первый квадратор 3, умножитель 4, масштабный усилитель

5, второй квадратор 6, второй усредняющий усилитель 7, второй переключатель 8, второй инвертор 9, автоматический регулятор 10 масштаба,блок 11; исключения переходного процесса, третий и четвертый усредняющие усилители 12 и 13, первый инвертор 14, усилитель.ограничитель 15, первый ключ 16, первый интегратор 17, первый компаратор 18, второй ключ 19, второй интегратор 20, второй компаратор 21, третий ключ 22, третий интегратор 23, третий компаратор 24, третий переключатель

89 4 25, третий инвертор 26, четвертый ключ 27, четвертый интегратор 28, четвертый компаратор

29, генератор 30 импульсов, счетчики 31 — 34.

Устройство работает в два такта.

В первом такте, длительность которого То, переключатели 1, 8, 25 стоят в положении а, а ключи 16, 19, 22 и 27 разомкнуты. Входной сигнал проходит через масштабный усилитель

5 с коэффициентом передачи Ке (1+ б, ), где

Ке — истинное значение коэффициента передачи, б, — аддитивная погрешность коэффициента передачи, и приводится к диапазону, необходимому для выполнения операций умножения и квадратирования с малой мультипликативной погрешностью. Далее сигнал, предварительно возСледовательно, интегрирующие усилители 17, 20, 23 и 28 работают как преобразователи постоянного напряжения по известному принципу

"двойного интегрирования". Поскольку погрешность таких преобразователей без особого труда реализуетоя на уровне сотых долей процента, ими можно пренебречь. Для такого идеали9 6 него введены третий переключатель, третий инвертор, усилитель-ограничитель, четыре интегратора, четыре компаратора, четыре ключа, четыре счетчика и генератор импульсов, при этом выход масштабного усилителя подключен к информационному входу первого усредняющего усилителя, ко входу первого квадратора и к первому входу умножителя, выход первого усредняющего усилителя через последовательно соединенные первый инвертор и усилитель— ограничитель соединен со вторым входом первого переключателя и через последовательно соединенные первый интегратор и первый компаратор подключен к управляющему входу первого ключа, выход которого соединен со входом первого счетчика, выход первого квадратоja подключен ко второму входу перемножителя, ко входу второго квадратора и к информационному входу второго усредйяющего усилителя, выход которого подключен к одному входу второго переключателя, непосредственно, а к другому входу — через второй инвертор, выход второго переключателя через последовательно соединенные второй интегратор и второй компаратор соединен с управляющим входом второго ключа выход которого подключен ко входу второго счетчика, выход умножителя соединен с информационным входом третьего усредняющего усилителя, выход которого через последовательно соединенные третий интегратор и третий компаратор подключен к у равляющему входу третьего ключа, выход которого соединен со входом третьего счетчика, выход второго квацратора подключен к информационному входу четвертого усредняющего усилителя, ч выход которого подключен к одному входу третьего переключателя непосредственно, а к другому входу — через третий инвертор, выход третьего переключателя через последовательно соединенные четвертый интегратор и четвертый компаратор соединен с управляющим входом четвертого ключа, выход которого подключен ко входу четвертого счетчика, информационные входы всех четырех ключей объединены и соединены с выходом генератора импульсов.

72358 (1+ 5к)4 (+с1кв1 ("квя)(+

Ь фоТ ь- Х4

Е4.

Таким образом, результат измерения совершенно не зависит от адцитивных погрешностей масштабного усилителя, квадраторов, умножи\

° геля и усредняющих усилителей, т. е. устройств, наиболее критичных к изменению различных влияющих факторов, что позволяет применять ,в устройстве для опредег. :нйя статистических моментов простые и дешевые блоки и одновра ç менно повысить точность Измерения статистических моментов до сотых долей процента, что устраняет необходимость разработки высокоточных и стабильных нелинейных преобразователей и малодрейфовых усилителей.

Формула изобретения

Устройство для определения статистических моментов, содержащее первый переключатель, адин из входов которого является входом. устройства, а выход соединен с информационным 45 входом масштабного усилителя, управляющий вход которого соединен с первым выходом автоматического регулятора масштаба, второй выход .которого через блок запроса подключен к управляющим входам четырех усредняющих усилителей, два квадратора, перемножитель, два инвертора и второй переключатель, отл ичающееся тем, что, с целью повышения точности вычисления статистических моментов, в уь 25

50 зированного преобразованного преобразователя справедливы следующие соотношения: T> U> =Т Uz где T> — время заряда конденсатора инвертируюшего усилителя напряжением U Òa — время разряда конденсатора интегрирующего усилителя напряжением- 0 до нуля; т. е. T> =

Т1 — — -, или число N импульсов с частоО

1 (1 з той fo, записанное в счетчик за время Т .

0»

N = foTl —— (12 или по каждому выходу устройства (положив для простоты Ко — — 1) х ((+6, )(1+8 <) foò„ о о Е(4+К„ (1+б ) E, я2

Х, Ц+бк) (4+б„ )(НЮ, „) т Т о о E О+бк9 (+ Гч2Я+Ю„ь )

Ь х т х (1+ к) (1i.дав ) И -< щ )И+< ээ,) р (4+ як) з + 5кИ ) (+d „(< „

Ьто Хэ

Еэ Х

Источники информащ и, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Я4 318033, кл. G 06 F 15/36, 1970.

2. Заявка Р 2475656/18-24, кл. G 06 6 7/52, 31.10.77 по которой принято положительное решение.

723589

Составитель Л.Ригорян

Техред M.Ïåòêo Корректор М. Пожо

Редактор Л.Алексеенко

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 929/15 Тираж 751 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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