Анализатор амплитудных распре-делений

 

ОП ИСААКИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик 1 798868

Ф и

1,, ю/ / (61) Дополнительное к авт. свил-ву —(22) Заявлено 10.04.79 (21) 2751818/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 23.01.81. Бюллетень № 3

Дата опубликования описания 25.01.81 (51) М. Кл.

G 06 F 15/36

Государстееииый комитет по делам изооретеиий и открытий (53) УДК 681.3 (088.8) (72) Автор изобретения

Б. С. Демченко

Краснодарский ордена Трудового Красного Знамени завод.электроизмерительных приборов (71) Заявитель (54) АНАЛИЗАТОР АМПЛИТУДНЫХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ

Изобретение относится к цифровой вычислительной и электроизмерительной технике, предназначено для определения плотности распределения вероятностей нестационарных случайных процессов с медленными изменениями статистических характеристик и может быть использовано при оперативной статистической обработке информации в задачах автоматического управления, технологического

10 контроля, диагностики и т. д.

Известен анализатор для определения функции плотности распределения вероятностей, в котором подсчитывается число выборок, попавших в дифференциальный

И коридор. Указанный анализатор содержит входное устройство, аналого-цифровой преобразователь (АИП), генератор импуль1 сов опроса, цифровой дискриминатор, электронно-счетный частотомер (11.

Однако в рассматриваемом анализаторе при достаточно большом количестве функциональных узлов производится последовательное определение ординат функции определения плотности вероятностей. Это сужает область применения анализатора, особенно для задач технологического контроля, автоматического управления, где требуется исслецовать процессы в реальном масштабе времени. Данный анализатор также не позволяет исследовать нестационарные случайные процессы.

Наиболее. близким по технической сущности к предлагаемому является анализатор амплитудных распределителей, содержащий АИП; производящий преобразование ординат аналоговых входных реализаций в цифровой код, который управляет адресным дешифратором запоминающего устройства (ЗУ). ЗУ разделено на отдельные каналы (зоны), поставленные в соответствии с уровнями квантования АИП. По адресам, устанавливаемым кодами чисел из АИП, в каналах ЗУ считываются числа, к которым в сумматоре прибавляется единица, поступающая из блока выбора оценки при появлении события. По истечении времени анализа в каналах ЗУ

79886& ф пОлучаются числа, пропорциональныь опенкам определяемого распрэцеления в точхак, соответствующик уровням АБП. Анализатор позволяет автоматически устанавливать уровни анализа, ставя в соот» ветствие с каналами ЗУ уровни квантова ив» Allll (2).

Однако устройство не позволяет определять o щвнаты плотности распрецеления вероятностей для нестационарнык процессов. Во многик задачак автоматического уцравления, например, в задачах автома тического определения статистических карактеристик, ара мсследовании роста црожжевык культур прикодится сталкиваться с нестационарными процессами, так как структура меняется от многих влияющих факторов в текнОлогичэском процессе. В этик задачак процессы нестационарные с медленно меняющимися статистическими карактеристиками, так как процесс роста - это инерционная система. Белью настоящего изобретения является расширение функциональнык

Воэможностей эа счет Определения плотности расцрецеления вероятностей как стационарнык, так и нестационариык случайнык процессов.

Бель изобретения - расширение функциональнык возможностей за счет Оцре- деления плотности распределения вероятностей нестационарнык случайнык процессов, Поставленная цель достигается тем, что в анализатор амцлитудны с распределений, содержащий аналого-цифровой преобразователь, вкод которого является вко дом анализатора, а выкод соединен через блок выбора оценки с первым вкодом сумматора, второй вкод и выкод которого соединены соответственно с выходом и первым вкодом эаноминающего устройства, второй вкод которого подключен к выкоцу адресного дешифратора, введены блок элементов 2ИИЛИ, счетчик, ключ, триггер управления, регистр сдвиra, информационный ахоп и выкод которог î соединены соответственно с выкодом запоминающего устройства и третьим вкоцом сумматора, управляющий вход ре» гистра сдвига соединен с управляющим входом блока элементов 2И ИЛИ и пер вым выкоцом триггера управления, вто» рой выкод которого подключен ко второму управляющему вкоцу блока элементов

2И-ИЛИ, второй информационный юсод ка торого соединен с выкодом аналогоцифрового преобразователя, а первый инфор мационный вкоц - с выкоцом с етчика, вход которого подключен к выкоду блока выбора оценки непосредственно, а через ключ - к sxoay триггера управления, выход скем 2И-ИЛИ подключен к входу адресного дешифратора. .На чертеже изображена функциональная схема анализатора.

Устройство состоит иэ аналого-цифрового преобразователя (AUll) 1, адресно1й го цешифрьтора 2, блока 3 выбора оценки, запоминающего устройства 4 (ЗУ), сумматора 5, блока 6 элементов

RH-ИЛИ, счетчика 7 адреса утечек, триггера 8 управления aqpecoM, регистра 9 сдвига и ключа 10.

АБП преобразует входной аналоговый сигнал Х ($) в дискретный отсчет (цифровой KOR). Разрядность цифрового кода зависит от числа уровней квантования по амплитуде входного сигнала. Выходные цепи АБП 1, по числу двоичнык разрядов в дискретном отсчете вкодного сигнала поразрядно подключены к вкодам первых элементов И блока 6 элементов 2И-ИЛИ, вторые вкоды первых. элементов И соединены вместе и подключены к одному иэ вкодов триггера 8 управления адресом. На первые вкоцы вторых элементов И блока

6 элементов 2И-ИЛИ поразрядно подключены выкоды счетчика 7. Вторые входы вторых элементов И блока соединены вместе и подключены к другому выкоду триггера 8. Выходы блока 6 (по числу разрядов в дискретном отсчете) подклв

И чены к дешифратору 2 адреса, который преобразует коц адреса в номер ячейки памяти ЗУ 4. ЗУ соцержит число ячеек, равное числу уровней квантования вкоцаего сигнала ио амплитуде. Входы-вы»оды ЗУ подключены ко вкодам - выкодам сумматора 5 соответственно. Разрядность

ЗУ и сумматора Определяется. объемом выборки М . Выкзды ЗУ подключены ко вкоцам сумматора 5 также через регистр

9 сдвига, информация с выкодов ЗУ при этом может савигатьс» по разрядной "

cetae сумматора 5.

Выкоц блэка 3 выбора оценки соединен с первым вкодем сумматора (с целью добавления "+1 в сумматор), счетным вкздом счетчика 7 и через ключ 10 со счетным sK949M f pa at&pa 8»

Нкед блэка 3 выбора оценки подключен к выкоду AUD 1 и для любого выходного дискретного Отсчета (кода) блок вырабатывает +1 (импульс).

Дия Определения плотности распределения стационарных процессов ключ 10 разомкнут. Йля Определения распределения

98868 6

Тс=" =@2 "à

1С =2 Ь

5 7 нестационарных процессов ключ 10 эамкнут е

Число ординат (точек) кривой функции плотности распределения вероятностей опрецеляется числом уровней квантования (числом уровней анализа) входного сиг,нала по амплитуце.

Объем выборки М (величина, пропорциональная постоянной времени слежения) выбирается в зависимссти от статисти» ческой погрешности и скорости измене ния статистических характеристик.

Величина К устанавливается крат» ной числу уровней квантования: (= С12й гае g - коэффициент. пропорциональности, равный 1,2, Д вЂ” число двоичных разрядов дис кретного отсчета.

В предлагаемом анализаторе используется метод экспоненциального сглаживания. В режиме экспоненциального сглаживания очередная оценка вычисляется на основании рекурентного соотношения:

2 (1 +1)=2 (1 ) —, 2 ()+ „Zb>+<) 2 (4. + 1) 1 цля плотности расцределеj ния вероятностей означает свершение события.

Период слежения (сглаживания) определяется временем, эа которое определя» ется значение функции плотности распределения:

rge д - время, через которое произ водится дискретизация входных сигналов.

Минимальный период слежения равен:

Работа анализатора цля минималького периода слежения происходит следующим образом.

За минимальный период слежения ре гистрируется, > = 2 событий Х (4g ), которые распределяются по каналам ЗУ в зависимости oi пребывания в заданном уровне анализа и эа этот же период сле женин от содержимого каждоге канала берется утечка,- причем последователь но канал за каналом.

В исходном состояния в ЗУ анализатора зафиксированы значения оценок ор .динат кривой функции плотности pacnpeaenessa P t ), 1 «0,1..., К, счетчик

М

39

7 в единичном состоянии, триггер управпения ацресом и сумматор в нулевом сос тоянии.

В дискретный момент времени Ьо на

АЦП фиксируется входной аналоговый car. нап, который преобразуется в дискретный отсчет X „(1 =О;1,...,22), код дискретного отсчета Хо через блок эпемьнтов

2И-ИЛИ 6 поступает на дешифратор 2 иэ ЗУ согласно установленного адреса (1 -го), считывается число событий, которое заносится на сумматор 5. Из блока 3 на первый вход сум,матора 5 выдается импульс. Блок 3 вы бора оценки производит преобразование любого дискретного отсчета, поступающего на его вход от AHA, в импульсный сигнал, что соответствует наличию свершившегося события.

В сумматоре 5 по переднему фронту импульса с блока выбора оценки образуется сумма 2o ()+ ) o„() +

+ 42О1(ЬЭ- ), которая записывается в ЗУ по тому же ацресу, а сумматор сбрасывается в нуль. По переднему фронту импульса блока выбора оценки счетчик 7 устанавливается в нулевое состояние, а триггер 8 по заднему фронту уста навливается в ециничное состояние. Потен циал с выхода триггера управления адресом блокирует прохождение информации от AHf1, разрешает прохождение от счетчика адреса утечек и прохождение информации через регистр 9 сдвига. Нулевой ацрес с выходов счетчика 7 адреса утечек через блок 6 элементов 2И»ИЛИ поступает на вхоц деаифратора 2, по. которому иэ ЗУ считывается число Z

% которое записывается в сумматор 5 через вторые входы, через третьи входы поступает в сумматор число х (в от ЗУ через регистр 9. В с мматоре

Образуется раэНость f o Z O I Ф кото рая записывается. по тому we адресу в

ЗУ. Сумматор сбрасывается в нуль. Вычитание от накопленного числа событий

Ьеличины Й"О 1н аналогично; утечке,Воторая может. быть восстановлена на этом же периоде слежения, если такое событие произойдет для заданного уровня анализа.

Далее.в дискретный момент времени, на АБП фиксируется следующий сигнал, который преобразуется в дискретный отсчет Х.1 . Согласно коду дискретного отсчета выбирается адрес ЗУ, считывает" я число событий из ЗУ 2< (6 ) по

М, установленному адресу в сумматор, в

7 798868

8 сумматоре про з е производится цобавление еди целения вероятностей в реальном масшницы и новая сумма (4>+1) = 11(

11

При замкнутом ключе 10 анализатор определяет плотность распределения вему же адресу. роятностей цля стационарного процесса. еса станавливается

Наиболее эффективно использование данпервый (л ду щ ) р пе вый (следующий) адрес, по которому

% нык анализаторов в управлении технолосчитывается число событий Z гическими процессами. Они позволяют оперативно слецить эа процессом, повыгистр 9 сдвига у р у с вига в с мматор поступает создается экономический эффект в на ся разность: родном хозяйстве.

2 -Х,(Р которая записывается по первому ацресу ЗУ. B момент времени 1„Ъ1 получается дискретный отсчет ) „и, который преобразуется в адрес, и к хранящемуся числу событий по данному адресу добавляется единица, в результате получается новое число событий:

Е (М-1) j(t>+S) = Z (М-1)1 (t> ) +

+ Z (e-1)1(%А+4), 1 которое записывается по тому же адресу

В счетчике 7 устанавливается (и — 1 ) ацрес (послецний в данном минимальном периоде слежения) и образуется разность:

Z (vn- )(w-<) — Z (в-Я(ю <) i которая записывается по последнему адресу ЗУ..

Таким образом, за период слежения в каналы ЗУ попадает столько событий, каков закон распределения случайной величины и за этот период от каждого канала берется по одной утечке.

Зля любого другого периода слежения, отличного от минимального, работа анализатора аналогична, только за пе- с . риоц слежения определяется и = О 2 событий.

Если закон распределения не изменяется, то для периода слежения в ЗУ сохраняется одна и та же кривая закона распределения. При изменении закона распределения отдаются предпочтения вновь поступающей информации, а старая информация забывается, т. е. утечка разрушает старую информацию в тех каналах

ЗУ, где.нет ее подтверждения, а в других каналах она увеличивается с постоянной времени, пропорциональной 8

Анализатор позволяет непрерывно слецить эа изменением плотности распре« формула изобретения

15 Анализатор амплитудных распределений, содержащий аналого-цифровой преобразователь, вход которого является вхоцом анализатора, а выход соединен через блок выбора оценки с первым вкоцом сумматора, второй вход и выход которого соединены соответственно с выхоцом и первым входом запоминающего устройства, второй вход которого подключен к выходу адресного дешифратора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения плотности .распрецеления вероятностей нестационарных случайных процессов, в него введены блок элементов 2И-ИЛИ, счетчик, ключ, триггер управления, регистр сдвига, информационный вход и выход которого соединены соответственно с выкоцом запоминающего устройства и третьим входом сумматора, управляющий вход регист35 ра сдвига соединен с управляющим âõîдом блока элементов 2И-ИЛИ и первым выходом триггера управления, второй выход которого подключен ко второму управ40 ляюшему входу блока элементов 2И-ИЛИ, второй информационный вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а первый информационный вход - с выходом счетчика, вход которого подключен к выходу блока вы45 бора оценки непосредственно, а через ключ - к входу триггера управления, выкод блока схем 2И-ИЛИ подключен к входу адресного дешифратора.

Источники информации, 50 принятые во внимание при экспертизе

1. Мирский Г. Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов, М., "Энергия", 1972, с. 304-309.

2. Йоморацкий А. Н., Иванов Л. Н., Юрлов Ю. И. Многоцелевой статистический анализ случайных сигналов. Новосибирск, Сибирское отделение, Наука", 1975, с. 38, 39, рис. 43 (прототип).

79 8868

Составитель Э. Сечина

Редактор Т. Кугрышева,Техред A. Ач Корректор С-. Шекмар

Заказ 10058/69 Тираж 756 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

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

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