Статистический анализатор Советский патент 1983 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к вютислительной технике и, в частности, к устройствам для определениястатистических характеристик случайного процесса.

Известно устройство для определения статистических характеристик, содержащее блок входной информации, счетчик выборки., счетчик среднего арифметического и блок вычисления дисперсии 1.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является статистический анализатор, содержащий аналого-цифровой преобразователь, счетчик выборки, первый делитель, первый блок вычитания, блок вьмисления доверительного интервала, блок сравнения и блок регистрации 2.

Однако известные устройства обладают следующими недостатками. При анализе объем выборки- предполагается фиксированным, не связанным с динамическим характером исследуемого процесса, что приводит к недостаточной точности определения статистических характеристик случайного процесса.

Целью изобретения является повышение точности определения статистических характеристик случайного процесса .

Поставленная цель достигается тем, что в статистический анализатор, содержащий аналого-цифровой преобразователь, счетчик выборки, схему сравнения, первый делитель, первый блок вычитания, блок определения доверительного интервала и блок регистрации,

10 введены два сумматора, второй, третий и четвертый делители, ключи, второй блок вычитания, элементы задержки, блок умножения, квадратор, блок задания констант.ы и блок извлечения

15 квадратного корня, при этом выход ан.алого-цифрового преобразователя соединен с первьм входом первого ключа, второй вход которого подключен к первому выходу схемы сравнения,

20 второй выход которой соединен с пер-выми входами соответственно второго, третьего, четвертого и пятого ключей, выходы которых подключены к соответ- . ствующим входам блока регистрации,

25 выход первого ключа соединен с первым входом первого блока вычитания непосредственно, а через счетчик выборки - с первыми входами первого, второго и третьего делителей и вторвм

30 входом четвертого ключа, выход первого блока вычитания соединен с вторым входом первого делителя непосред ственно и через квадратор - с первым входом второго блока вычитания, второй вход которого соединен с первьам входом первого сумматора, вторьм вхо дом пятого ключа и соединен с выходом первого элемента задержки, вход которого объединен с вторым входом третьего делителя и подключен к выходу первого сумматора, второй вход которого соедйнен с выходом второго делителя, второй вход которого подключен к выходу второго блока вычитания, выход первого делителя соединен с первым входом второго суммато-г ра, второй вход которого-соединен с вторыми входами первого блока внчита ния, третьего ключ и соединен с выходом второго элемента задержки, которого объединен с первыми входами четвертого делителя и блока определе ния доверительного интервала и подключен к выходу второго сумматора, выход четвертого делителя соединен с входом схемы сравнения, а второй вход объединен с вторым входом блока определения доверительного интервала и подключен к выходу блока умножения входы которого соединены соответстве но с выходами блока задания константы и блока извлечения квадратного корня, вход которого соединен с выхо дом третьего делителя, а выход блока определения доверительного интервала соединен с вторым входом второго клю ча., Введение новых элементов и связей обеспечивает возможность управления объемом выборки для определения с заданной точностью статистических ха рактеристик - оценки математического ожидания и дисперсии независимо от динамического характера исследуемого процесса. На чертеже представлена схема предлагаемого статистического анализатора. Анализатор содержит аналого-цифро вой преобразователь 1, ключи 2 - б, счетчик 7 выборки, блоки 8 и 9 вычитания, делители 10 - 13, сумматоры. 14 и 15, элементы 16 и 17 задержки, квадратср 18, блок 19 извлечения квадрат ного корня, блок 20 умножения блок 21 задания константы, блок 22 определения доверительного интерзала схему 23 сравнения и блок 24 регистрации. .. . В устройстве последовательно соединены аналого-дифровой преобразователь 1, ключ 2, блок 8 вычигания, делитель 10, сумматор 14, элемент 16 задержки и ключ 3, последовательно соединены квадратор 18, блок 9 вычитания, делитель 11, сумматор 15, элемент 17 задержки и ключ 4, последовательно соединены счетчик 7 выборки, делитель 12, блок 19 извлечения квадратного корня, блок 20 умножения, блок 22 определения доверительного интервала и ключ 5. Счетчик 7 выборки своим входом соединен с выходом ключа 2, а выходом - с вторыми входами делителей 10 и 11 и первым входом ключа 6. Выход сумматора ,14 соединен также с вторым входом блока 22 и первым входом делителя 13, второй вход которого соединен с выходом блока 20 умножения, а выход - с входом схемы 23 сравнения,.первый выход которой соединен с вторым входом ключа 2, второй выход - с вторыми входами ключей 3-6, выходы которых соединены с соответствующими входами блока-24 регистрации. ёыход сумматора 15 соединен также с вторым входом делителя 12, а выход элемента 16 задержки соединен с вторыми входами сумматора 14 и блока 8 вычитания, выходом соединенного так же с входом квадратора 18. Выход пегмента 17 задержки соединен также с вторыми входами сумматора блока 9 вычитания. Выход блока 21 задания константы соединен с вторым входом блока 20 умножен.ия. Анализатор работает следующим образом. Статистические характеристики процесса - математическое ожидание знаг. чения процесса на п-ом шаге измере- . ния и дисперсия б п определяются по рекурентным формулам ( Venn, где х(п - измеренное значение случайного процесса на п-ом шаге измерения, , 0. В исходном состоянии ключ 2 открыт сигналом 1, поступающим на его управгляющий вход с выхода схемы 23 сравнения. Измеренные значения исследуемого случайного процесса х поступают с выхода аналого-цифрового преобразователя 1 через ключ 2 на входы счетчика 7 выборки и первого блока 8 вычитания. На второй вход блока 8 вы читания подается значение оценки математического ожидания - 1 с выхода элемента 16 задержки. Значение разности - 1 с выхода блока 8 вычитания поступает на первый вход делителя 10 и на квадратор 18. Счетчик 7 выборки выдает номер измеренного значения, который поступает на второй вход делителя 10. С выхода делителя 10 значение - ( - ) поступает на первый вход сумматора 14, на второй вход которо- го подается значение оценки метаматического ожидания - 1 с выхода элемента 1 б задержки. С выхода сумматора 14 значение оценки математического ожидания на п-ом шаге + ---( - mtn -1) подаётся на элемент 16 задержки, где задерживается на один такт работы анализатора. С выхода квадратора 18 значение (х(п - 1)2 поступает на первы вход блока 9 вычитания, на второй вход которого поступает значение оце ки дисперсии - 1 с выхода эле мента 17 задержки. С выхода блока 9 вычитания значение разности ( .:- ) - - 1 поступает на первый вход делителя 11, на второй вход которого поступает номер измере ного значения п с выхода счетчика 7 выборки. С выхода делителя 11 значе ( - - l f-ff tn-UJ поступает на первый вход сумматора 1 йа второй вход которого поступает , значение оценки дисперсии ( - 1 с выхода элемента 17 задержки. С выхода сумматора 15 текущее значение оценки дисперсии на п-омтакте О п ( - (. - 2 - l)-G(n - l)j поступает на элемент 17 задержки, где задерживает ся на один такт работы анализатора, Ключи 3-6 закрыты сигналом О, поданным со схемы 23 сравнения, и на блок 24 регистрации информация о текущих значениях оценок математическо го ожидания , дисперсии и объема выборки п не проходит. Текущее значение оценки дисперсии на п-ом такте с выхода суммато ра 15 подается на второй вход делителя 12, на первый вход которого пос тупает номер измеренного значения п с выхода счетчика 7 выборки, ч , Значение -,-i-i- с выхода делитепля 12 поступает на блок 19 извлечения квадратного корня,-откуда значеV%iпоступает на первый вход блока 20 умножения, на второй вход которого подается значение кван тиля нормального распределения t|, соответствующие доверительной вероят ности с выхода блока 21 задания константы. Полученное значение , подается на входы блоtn, n ка 22 и делителя 13, на други входы которых поступает текущее значение оценки математического ожидания на п-ом такте с выхода сумматора 14, В блоке 22 определения доверительного интервала вычисляются текущие значения левой и правой границ доверительного интервала, в котором находится математическое ожидание ту случайного процесса; Vy tvil4p,VQ vn iVwLnl tpVS. В делителе 13 вычисляется текущее значение относительной погрешности математического ожидания которое подается ча схему 23 сравнения-, где сравнивается с заданным значением ОъадЕсли текущее, значение относительной погрешности превышает заданное т.е. ,od , то схема 23 сравнения выдает сигнал О, идущий с одного его выхода на управлявдие входы ключей 3-6, оставляя . их.закрытыми, и сигнал 1, идущий с его другого выхода на управляющий вход ключа 2, оставляя его открытым. Работа статистического анализатора продолжается до тех пор, пока на некотором такте п текущее значение относите.льной погрешности не станет меньше или равным заданному значению т,е, йсГзаа В этом случае блок 23 сравнения выдает сигнал 1 на входы ключей 3 - 6.и сигнал О на вход ключа 2, При этом на блок 24 регистрации проходят значения оценки математического ожидания , оценка дисперсии , .левой и правой .границ доверительного, интервала и выборки п, а ключ 2 . прекращает пропускать измеренные значения случайного процесса. Таким образом, статистическая характеристика случайного процесса вычисляется с заданной точностью независимо от динамического характера исследуемого процесса, поскольку значение п.о ьема выборки управляется по величине текущей относительной погрешности вычисления , Повышение точности вычисления статистических характеристик случайных. процессов имеет существенное народнохозяйственное значение. Основным ист точником экономической эффективности после внедрения предлагаемого статистического анализатора является повышение эффективности контроля и управления объектом на основе более точных значений контролируемых параметров . Например, использование данного анализатора Rjia измерения среднего значения дебита жидкости нефтяных скважин на групповых замерных установках типа Спутник приводит к повышению точности измерения среднего дебита на 8-10% и соответственному уменьшению неопределенности при расчете плановых поступлений жидкоети из цеха добычи нефти и газа (ЦЦНГ на установки подготовки 1Гефти, а в свою очередь, снижает планируемое количество материально-энергетически ресурсов для подготовки нефти. Ориен тировочная экономическая эффективность от использования предлагаемого статистического ана лизатора. в системах добычи, сбгра, транспорта и подготовки нефти, газа и воды составляет около 80,0 тыс.рублей в год на: одном ЦЦНГ. Формула изобретения Статистичесикй анализатор, содержащий аналого-цифровой преобраэова-. тель, счетчик выборки, схему сравнения, первый делитель, первый блок вычитания, блок определения доверительного интервала и блок регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения его точности, в него введены два сумматора, второй третий и четвертый делители ключи, второй блок вычитания, злементы задержки, блок умножения, квадратор, блок задания константы и блок извлеч ния квадратного корня, аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом первого ключа, второй вход которого подключен к первому выходу схбмы сравнения, второй выход последней соединен с первыми входами соответственно второго, третьего, четвертого и пятого ключей, выходы которых подключены к соответствукидим входам блока регистрации, выход первого ключа соединен с первым входом первого блока вычитания непосредственно, а через счетчик выборки --с. первыми входами первого, второго и третьего делителей и вторым входом четвертого ключа, выход первого блока вычитания соединен с вторым входом первого делителя непосредственно и через квадратор с первым входом второго блока вычитания, второй вход которого объединен с первым входом первого сумматора, вторым входом пятого ключа и соединен с выхрдом первого элемента задержки, вход которого объединен с вторым входом третьего делителя и подключен к вьоходу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго делителя, второй вход которого подключен к выходу второго блока вычитания, выход первого делителя соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с вторыми входами первого блока вычитания, третьего ключа и с выходом второго элемента задержки, вход которого объединен с первыми входами четвертого делителя и блока определения доверительного интервала и подключен к выходу второго сумматора, выход четвертого делителя соединен с входом схемы сравнения, а второй вход объединен с вторым входом блока определения доверительного интервала и подключен к выходу блока умножения, входы которого соединены соответственно с выходами блока задания константы и блока.извлечения квадратного корня, вxd) которого соединен, с выходом третьего делителя, а выход блока определения доверительного интервала соединен с вторым входом второго клю-ча. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 398952, кл. G Об F 15/36, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР 551651, кд. G 06 F 15/36, 1977 (прототип).