Устройство прогнозирования

 

O П И С А Н И Е ()834676

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Соцкалкстнческнх

Реслублнк

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 25.01.79 (21) 2718504/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл

G 05 В 23/02

Гооудерстееииык конитет

Опубликовано 30.05.81. Бюллетень №20

Дата опубликования описания 05.06.81 (53) УДК 621.396 (088.8) Ilo делан изобретеиий и открытий

П. А. Андрюшин, E. С. Дмитриевский, О. И. ИрларионИт---= и А. П. Кутейников

1

Ленинградский институт авиационного приборос роен щ г f (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

Изобретение относится к системам контроля и управления и предназначено для прогнозирования значения контролируемых параметров по данным серии периодических измерений, в частности, в системах контроля средств обеспечения полетов гражданской авиации.

Известны устройства прогнозирования экстраполирующего типа, работающие на основе двух методов: аналитического экстраполирования и экстраполирования по методу наименьших квадратов. Первый метод тв основан на иопользовании для прогноза функ— ции, проходящей через измеренные значения.

При этом возможно использование в экстраполяторах устройств, автоматически подбирающих вид функции прогноза, наиболее близкой к реальной функции изменения измеряемого параметра во времени и обеспечивающей минимум постоянной составляющей ошибки прогноза.

Однако этот метод не позволяет бороться со случайной ошибкой прогноза, возникающей за счет ошибки измерения.

Второй метод. основан на использовании для прогноза функции, полученной с помощью обработки измеренных значений по

2 методу наименьших квадратов. При это . случайная ошибка прогноза существенно уменьшается по сравнению с аналитическиv. методом прогноза.

Известен экстраполятор, в основу кото рого положен первый метод. Экстраполятор предназначен для использования в системах автоматического управления и содержит последовательно соединенные квантователь входного сигнала, блок текущего среднего, вычислительный блок, блок выработки шага квантования, блок вычисления экстраполируемой функции, блок ошибки, а также блок определения степени приближающего полинома, вход которого соединен с выходом блока ошибки, а его первый выход — с квантователем, второй выход — с вычислительным блоком. Кроме того, выход блока текущего среднего соединен со вторым входом вычисления экстраполируемой функции и блока ошибки (1) .

Существенным недостатком этого устройства является наличие случайной составляющей ошибки прогноза, обусловленной ошибками измерения, которая резко увеличивается с увеличением степени аппроксимирующего полинома и времени прогноза.

834676

Наиболее близким к предлагаемому является экстраполятор, работающий по методу наименьших квадратов. Он содержит последовательно соединенные блок ввода исходных данных, блок преобразования, вычислительный блок, блок памяти и сумматор, а также блок управления, первый выход которого соединен с входом блока ввода исходных данных, второй выход — с вторым входом блока преобразования, третий выxo3, — со вторым входом вычислительного блока, четвертый выход — со вторым входом блока памяти, блок весовых коэффициентов, вход которого соединен с пятым выхо.дом блока управления, а выход — с третьим входом вычислительного блока. Экстраполятор работает llo закономерности у = й.

=Ex„A„, где у — прогнозируемое значение

L 1 параметра; х — измереннде i-oe значение параметра; и — число измерений; A„— постоянный коэффициент, зависящий от степени аппроксимирующего полинома, числа измерений и, метода экстраполяции, номера шага прогноза (2).

Данный экстраполятор не обеспечивает минимум полной ошибки прогноза, так как в устройстве не предусмотрена компенсация постоянной составляющей ошибки прогноза.

Цель изобретения — уменьшение полной ошибки прогноза за счет коррекции ее случайной составляющей и рационального выбора аппроксимирующего выражения либо первой, либо второй степени.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство прогнозирования, содержащее последовательно соединенные блок ввода исходHblx данных, преобразователь «аналогкод», блок памяти, вычислительный блок, выход которого через блок памяти подключен ко входу сумматора, второй вход через задатчик весовых коэффициентов — к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен со вторым входом преобразователя «аналог — код», третий выход— с третьим входом блока памяти, четвертый выход — с третьим входом вычислительного, блока, а пятый выход —.со входом блока ввода исходных данных, и блок индикации, введены последовательно соединенные первый блок коррекции, второй блок коррекции и блок сравнения, выход которого подключен ко входу блока управления, шестой выход которого соединен с первым входом первого блока коррекции, подключенного вторым входом ко второму входу задатчика весовых коэффициентов, а третьим входом — к третьему выходу блока памяти, четвертый выход которого соединен со вторым входом второго блока коррекции, выход сумматора подключен к блоку индикации.

Предлагаемое устройство позволяет на основе уже измеренных значений параметра сократить полную ошибку прогноза путем рационального выбора аппроксимирующего многочлена. Для этого производится оцен- Блок 9 коррекции производит вычисление и коррекцию полной ошибки прогноза(l,z по следующему вь1ражению

35 где 04 — дисперсия ошибки прогноза при линейной модели прогнозирования, имеет постоянный характер и может быть вычислена для заданного числа измерений и числа шагов прогноза;

D„l, — дисперсия ошибки прогноза при квадратичной модели прогнозирования, имеет также постоянное значение при заданном числе измерений и шагов прогноза;

D — дисперсия ошибки измерения, величина постоянная, зависящая от числа измерений и шагов прогноза;

М вЂ” постоянная составляющая ошибки измерения.

Блок 10 сравнения анализирует величину и знак ошибки.

8 rf+3YO 1 " (1, то на блок 6 управления выдается сигнал на прогнозирование по линейному закону.

45

55 Если

4 ка полной ошибки прогноза как для многочлена 1-ой степени, так и для многочлена

2-ой степени, и из них выбирается тот, которому соответствует минимальная ошибка.

На чертеже представлена блок-схема

5 устройства.

Устройство содержит блок I ввода исходных данных, преобразователь 2 «аналог-код», вычислительный блок 3, блок 4 памяти, сумматор 5, блок 6 управления, задатчик 7 весовых коэффициентов, первый блок 8 коррекции, второй блок 9 коррекции, блок 10 сравнения, блок ll индикации.

Устройство прогнозирования работает следующим образом.

По сигналу блока 6 управления значения измеренного параметра подаются с помощью блока 1 в преобразователь 2 и далее на блок 8 коррекции, на второй вход которого из задатчика 7 поступают весовые коэффициенты, которые являются постоянными для заданного числа измерений и ша20 гов прогноза. В блоке 8 коррекции производится определение ее величины и коррекция по формуле

М = . о„. у;

af где М вЂ” постоянная составляющая полной ошибки прогноза;

b„— весовой коэффициент, имеющий пос— тоянное значение и зависящий от числа измерений и шагов прогноза;

y. — измеренное значение параметра;

1. — коэффициент смещения. зв

834676

Формула изобретения

Состав и тель Е. Вор соби на

Редактор Л. Филь Техред A. Бойкас Корректор Г. Решетник

Заказ 4055/74 Тираж 940 Йодписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

М-ЗЖм Фь > 11 Тр 1кв блок 6 управления осушествляет прогнозирование по квадратичному полиному.

Таким образом, предварительная оценка ошибки прогноза перед вычислением прогнозируемого значения параметра позволяет скорректировать при прогнозировании постоянную и полную ошибки прогноза, так как на основании данных коррекции вычислительный блок 3, блок 4 памяти и сумматор 5 расчитывают прогнозируемое значение параметра на заданное число шагов по модели, определяемой блоком 6 управления. Расчеты прогнозируемого значения производятся на основании той же серии измерений параметра, что коррекция модели. Результаты прогноза поступают на блок 11 индикации.

Применение предлагаемого прогнозатора в системах контроля и управления позволяет уменьшить полную ошибку прогноза измеряемого параметра по сравнению с известным на 15 — 20î/î

Устройство прогнозирования, содержащее последовательно соединенные блок ввода исходных данных, преобразователь «аналог-код»; блок памяти и вычислительный блок, выход которого через блок памяти подключен ко входу сумматора, второй вход через задатчик весовых коэффициентов— к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен со вторым входом

S преобразователя «аналог-код», третий выход — с третьим входом блока памяти, четвертый выход — с третьим входом вычислительного блока, а пятый выход — со входом блока ввода исходных данных, и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности прогнозирования, в устройство введены последовательно соединенные первый блок коррекции, второй блок коррекции и блок сравнения, выход которого подключен ко входу блока управления, шестой выход которого соединен с первым входом первого блока коррекции, подключенного вторым входом ко второму входу задатчика весовых коэффициентов, а третьим входом — к третьему выходу блока памяти, четвертый выход которого соединен со вторым входом второго блока коррекции, выход сумматора подключен к блоку индикации.

Источники информации, принятые .,о внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР №333571, кл. G 06 G 7/30, 1973.

2. «Автоматика и телемеханика». 1962, т. XXIII, № 9, с. 1264. (прототип).