Устройство для вычисления текущей оценки среднего значения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскив

Социалистических .Республик

МК,тз (61)Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено ОИ180 (21) 3214823/ 18-24

06 F 15/Зб с присоединением заявки ¹ б (23) Приоритет

- Государственный комитет

СССР . по аелам изобретений .. и открытий

ДК б81. 325 (088. 8) Опубликовано 150982. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 150982 б (72) Автор изобретения

B. Н. Попов (71) ЗаявительПензенский политехнический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ВЫЧИСЛЕНИЯ ТЕКУЩЕЙ ОЦЕНКИ

СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ.Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для аппа» ратурного анализа случайных процессов, в системах сбора и обработки информации. б

Известно устройство для вычисления текущей оценки среднего значения, содержащее аналого-цифровой .преобра,зователь, арифметический блок, регистр, реверсивный и двоичный счет-. чики, запоминающий блок и блок управления (1 .

Недостатками данного устройства являются большие аппаратурные затраты и сложность процесса вычисления средней величины.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст« ройство для вычисления текущей оценки среднего значения,содержащее пер" . вый, второй, третий и четвертый элементы И, выходы которого подключены к соответствующим входам первого и второго реверсивных счетчиков, преобразователь код=напряжение, выход которого, соединен с входом компаратора, блок управления, генератор тактовой частоты (2).. Недостатком данного устройства является ограниченный диапазон входного сигнала О», что обуславливается реализуемым алгоритмом (1) .установлено (с помощью ЭВМ), что Р; — весовые коэффициенты (выбираемых из ус" ловия минимального смещения вычисляемого среднего от истинного значения математического ожидания) находятся в зависимости от 0», т.е. являются функцией Оg Р f(0„). Таким образом, набор весовых коэффициентов Р удовлетворяет вполне определенному диапазону 0 входного сигнала Х ° Причем данный диапазон достаточно узкий. При

НаруШЭНИИ уСЛОВИя О> - f. > 0я 0яв%, где - допустимое (с точки арения смещения вычисляемого среднего от истинного значения) изменение 0я> оеэко возрастает погрешность вычисления среднего значения Х:. С увеличением

Ое возрастает сложность подбора весо- . вых коэффициентов P- и, начиная с некоторых значений D„„ становится не25 воэможньве укаэанный подбор Р; что и определяет недостаток данного уст ройства и ограничивает область его применения.

Цель изобретения - расширение диа30 паэона исследуемого сигнала.

959093

Поставленная цель достигается тем, что в устройстно для вычисления текущей оценки среднего значения, содержащее компаратор, первый вход которого подключен к выходу преобразовате". ля код-напряжение, входы которого 5 соединены с выходами первого реверсивного счетчика, нходы слснкення и нычитания которого подключены соотйетстненна .к выходам первого и второго элементов И, первый вход перво- 1р го э.пемента И объединен с первым вхадом третьего элемента H и соединен с первым выходом компаратора, второй выход которого подключен к первым входам второго и четвертого элементов И, выходы третьего и четвертого элементов И подключеиы к входам сло-.. жения и вычитания второго реверсивного счетчика, выход генератора импульсов соединен с вторым)1 входами первого и второго элементов И и с первым входом блока управления, состоящего из первого счетчика, выходы которого подключены к соотнетствующим входам дешифратора, выходы кото" рого соединены с первыми входами элементов И, вторые входы которых, кро"ме последнего, подключены к соответствующим выходам второго счетчика, второй вход последнего элемента И объединен с входом второго счетчика и является первым входом блока управления, выходы элементов И соединены с соответствующими входами элемента

ИЛИ,:выход которого является выходом блока управления, вход. первого .счет- 3S чика является вторым входом блока управления, выход которого подключен к вторым входам третьего и четвертого элементов И, введены ключ, запомИнающий элемент и дополнительный эле- 4О мент И, при этом тактовый вход первого реверсивного счетчика объединен с первым входом ключа, с вторым входом блока упранления и подключен к выходу дополнительного элемента И, 45 первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами компаратора, второй вход которого подключен к выходу запомииаюв1его элемента, вход которого соединен с выходом ключа, вход которого является входом устройства. На чертеже представлена структур-.

@ар схема устройства. Устройства содержит ключ 1, первый ренерсивный счетчик 2, блок 3 управления, дополнительный элемент И 4,,запоминающий элемент 5, компара1ор 6, преобразователь 7 код-йапряжение, первый и второй элементы И 8, 9, второй ренерсивный счетчик 10, третий и чет-6Р вертый элементы И 1 1, 12, генератор

13 тактовой частоты.

Блок управления содержит первЫй

14 и второй 15 счетчики, дешифратор

16, И элементов И 171 -17, элемент 65

ИЛИ 18, при этом выходы первого счетчика 14 подключены к соответствующим нходам дешнфратора 16, выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И 171 -17,, выходы которых подключены ко входам элемента ИЛИ 18, ныход которого является выходом блока 3 управления.

Вход второго счетчика 15 объединен с вторым входом и-го элемента И 17 и и является первым входом блока 3 управления, Выходы второго счетчика 15 подключены соответственно к вторым входам (n--1) элементов И 17(-17„ 1, вход первого счетчика 14 является вторый входом блока управления.

Алгоритм, по которому производится вычисление оценки среднего значения случайного процесса, описывается следующим рекурентным соотношением

X. = X„„+ P фи(Х;-Х;,), ()) где Х, — оценка среднего значения случайного процесса на (!-1) такте вычисления, Х, - значение случайного процесса на I-ом такте;

)+ 1, .если Х„.-X 1 70

1, если Х„.-Х4 „ с 0;

Р— набор весовых. коэффициентов, выбираемых из чсловия

Минимум . М(Х„. g -Х„. $ (2) где М(Х;)- истинное значение математического ожидания.

Для случайных процессов с известными законами изменения достаточно легко (с помощью ЭВМ) подбираются весоные коэффициенты Р, которые обеспечивают выполнение условия (2).

Путем моделирования на ЭВМ применительно-к алгоритму (1) получен ряд значений P. для наиболее часто встре1 чающихся законов изменения случайных процессов. Вычисление оценки среднего значения X . при использовании весовых каэффицйентов Р1 (как показали расчеты с помощью ЭВМ) позволяет увеличить точность и скорость вычисления для больших диапазонов изменения входного сигнала Х . . Перепишем (1) в ниде непрерывной суммы членов ряда и

X = X Р„91н и (Х„-Х,, )

1 4

Устройство, реализующее данный алгоритм, работает следующим образом.

Исходно ренерсивные счетчики 2, 10 находятся в нулевом состоянии, а в счетчике 14 блока 3 управления записана единица. Сигнал U „ на выходе преобразователя 7 код - напряжеННе равен нулю. В некоторый момент времени производится начальный запуск устройства. При этом ключ 1

959093 6

Ф . 0,25; Ф 0,125,..., что дает воэможность формировать любой коэффициент с заданной точностью, т.е. в общем виде значение весового коэффициента на I-ом шаге определяется в виде

6$ открывается на время, необходимое для запоминания входного сигнала

0„(е ), запоминающим элементом 5. цепь начального пуска на чертеже условно не показана. При появлении сигнала 0 (t;) на втором входе компаратора 6 (выполняется условие

U>(ti) > Uol на первом выходе формируется сигнал, который открывает элементы 8, 11. Состояние счетчика 14 блока 3 управления анализируется де- » шифратором 16. В общем случае дешифратор 16.открывает элемент или группу элементов 117» -17и ) в соответствии с кодом, записанным в счетчике

14. На первом шаге весовой коэффициент Р» = 1. В исходном состоянии дешифратор 16 открывает элемент И

17 п. Импульсная последовательность с выхода тактового генератора 13 по-. ступает на вторые элементы И 8, 9 непосредственно,а на вторые входы элементов И 11, 12 через элемент ИЛИ 18 и элемент И 17 и.

В первый цикл работы устройства сегенератора 13 и блока 3 управлевия через открытые элементы И 8 и 11 на входы сложения реверсивных счетчиков поступает импульсная последовательность с одинаковой частотой fo На выходе преобразователя 7 код - напряжение формируется сигнал, пропорциональный коду в счетчике 2. При равенстве сигналов 0 (t ) и U „ êoìïàратор б снимает разрешающий сигнал с первого выхода и закрывает элементы

И 8 и 11. В реверсивных счетчиках

2 и 10 сформированы коды 11 и 21, равные между собой и пропорциональные исследуемому сигналу 0 (t»).

В момент равенства сигналов

0„(t„) и U „ на первом и втором вйходах компаратора 6 устанавливаются равные логические уровни. При.. этом срабатывает элемент И 4, на выхоле которого формируется сигнал, поступающий на счетный вход счетчика 14 блока 3 управления, увеличивая его содержимое на единицу. Одновременно данным сигналом осуществляется перепись содержимого счетчика 10 в счетчике 2, а также открывается ключ

1. В запоминающем элементе 5 фиксируется очередное значение исследуемого сигнала.. Если исследуемый сигнал

U (t») изменился в любую из сторон, то вновь срабатывает компаратор 6 и B зависимости от знака изменения Ug(.t:) вырабатывает разрешающий сигнал на первом выходе, что соответствует по, ложительному приращению 0 (tj), либо .на втором выходе, что соответствует отрицательному приращению 0<(t ).

Импульсная последовательность fe с выхода тактового генератора 13 поступает на вход счетчика 15 блока 3 управления. На выходах последнего формируются частотйые дискреты fo 2

P. д à. f .2

Э) о где а - коэффициенты, равные соот10 ветственно 1 для группы. открытых элементов И 17 и

0 — для закрытых.

Второй весовой коэффициент Р„. равен 0,,5, при этом дешифратор 16 блока

15 3 управления открывает элемент 17, на второй вход которого поступает им- пульсная последовательность с частотой 0,5.

Если очередное значение исследуемого сигнала меньше предыдущего, то данная частотная дискрета постуйает через открытый элемент И 12 на вычитающий вход реверсивного счетчика 10. .На нычитающий . вход счетчика 2 поступает частота f . В момент уравновео шивания 0 (й„ ) сигналом с выхода преобразователя код - напряжен»»е 7, в реверсивном счетчике 10 зафиксирован код

30 "йа - " » -0,5 f .» э . (3) где tlTq = 1/Г (N«М )

Подставляя выражение длядТ» в (3) получим

N i= Н „-0,5(.й -Н,. ). (4)

Из последнего выражения видно, что в реверсивном счетчике зафиксиро« ван код М, равный среднему арифметическому двух значений сигналов

4() 0$ (» ) и 0х(а) . В момЕнт УРавновеш вания сигнала 0»t(t ) сигналом 0оп с

ПКН7 вновь срабатывает элемент И 4 и импульсы, формируемые на его.выходе, обеспечивают занесение очередной единицы в счетчик 14 блока 3 управления,.

45 перепись содержимого счетчика 10 в .счетчик 2, а также срабатывание ключа 1. При этом новое значение анализируемого сигнала U>(» ) фиксируется в запоминающем элементе 5.

59 . К мбменту 21-ro уравновешивания код Я в реверсивном счетчике 10 описывается выражением

М - (»-1) s» p„« н (»»ц

55 где и ((-1) - код в реверсйвном счетчике 10 в ((-4) такт уравновешивания, - код в реверсивном счет» чике 2В» -ый такт урав40 - . . новешивания, Р - текущее значение весового коэффициента, М +4,ЕСЛИ M».>NO(»»)

-» ЕСли t»»„g Я (». ») 95909 1 .. В отличие от прототипа в устройстве для вычисления текущей оценки среднего значения используется алгоритм (1), который обеспечивает большую эффективность вычисления с увеличением диапазона изменения исследуемого сигнала. Положительный эффект достигается без усложнения узла формирования весовых коэффициентов и практически всего устройства в целом.

Устройство для вычисления текущей 10 оценкИ среднего значения случайных процессов и сигналов обеспечивает больший эффект по сравнению с извест« ными устройствами, так как увеличен диапазон изменения входного сигнала 15 без сннжеиия скорости и эффективности вычисления текущей оценки среднего значения. Область применения устройства значительно шире, чем у прототипа. 20

Формула изобретения

Устройство для вычисления текущей оценки среднего значения, .содержащее компаратор, первый вход которого подключен к выходу преобразователя код-напряжение, входы которого соединены с выходами первого реверсивного, счетчика, входы сложения и .вычитания которого подключены соответственно к выходам первого и второго элементов И, первый вход первого элемента

И объединен с первым входом третьего элемента И и соединен с первым выходом компаратора, .второй выход которого подключен к первым входам второго и четвертого элементов И, выходы третьего и четвертого элементов И подключены к входам сложения и вычита- 46 ния второго реверсивного счетчика,выход генератора импульсов соединен с вторыми входами первого и второго элементов И и с первым входом блока управления, включающего первый счетчик, выходы которого подключены к соответствующим входам дешнфратора, выходы которого соединены с первыми входами элементов И, вторые входы которых, кроме последнего, подключены к срответствующнм выходам второг о счетчика, второй вход последнего элемента

И объединен с входом второго счетчика и является первым входом блока управления, выходы элементов И соединейы с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого является, выходом блока управления, вход nepsoro счетчика является вторым входом блока управления, выход которого подключен к вторым входам третьего и четвертого элементов И, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона исследуемого сигнала, в устройство введены ключ, запоминающий элемент и дополнительный элемент

И, при этом тактовый вход первого реверсивного счетчика объединен с первым входом ключа, с вторым входом блока управления и подключен к выходу дополнительного элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами компаратора, второй вход которого подключен к выходу запоминающего элемента, вход которого соединен с выходом ключа, вход которого . является входом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 619924, кл. G 06 F 15/Эб, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2895083/18-24 кл. G 06 F 15/36, 1979 (прототип).

959аВ3

Составитель Л. Григорьян-Чтенц

Редактор g, Колесникова Техред 3 ° 1IcUIRA Корректор А.Гриценко

Заказ 7018/66 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Гбсударствеиного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, F-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 лип ей теаю эак. 3 Х 6 3