Экстраполятор Советский патент 1983 года по МПК G06G7/30 

Изобретение относится к вычислительной технике.

Известен экстраполятор осуществлп«иций прогнозирование случайного процесса методом экспоненциального сглаживания с одновременной подстройкой параметров экстраполирующего фильтра под текущие статистические характеристики случайного процесса Cl.

Его недостаток - ограниченные функциональные возможности, не позволяющие экстраполировать дискретные выборки входного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является экстраполятор, в котором очередное прогнозное значение формируется путем взвышенного суммирования прогноза, полученного на предыдущем шаге, и очередного значения сигнала, т.е. каждый новый прогноз получается на основе старого путем корректирования его по вновь полученному очередному отсчету. Очевидно, что если прогнозируемый процесс изменяется быстро (значения процесса, разделенные интервалом времени Т, корректированы сравнительно слабо ), корректировать старый прогноз нужно значительно, т.е. корректирующий коэффициент cL

должен быть сравнительно большим. Если же процесс S(t) изменяется медленно {коррелирован сильно). коэффициент оСдолжен быть небольшим. Практически в первом случае выбирают d,«.0,7-0,9, а во втором ,1 0,2 2.

I

Поскольку экспоненциальное сглаживание используется обычно для прог10нозирования процессов с неизвестными заранее свойствс1ми, угадать требуемое значение dt. невозможно и, следовательно, ошибка прогнозирования может оказаться большей.

15

Таким образом, в известном устройстве недостаточна точность прогнозирования процесса при отсутствии априорных сведений :о статистических свойст20 вах процесса, либо при изменчивости этих свойств во времени.

Цель изобретения - повышение точности экстраполяции.

Указанная цель достигается тем, что экстраполятор, содержащий первый

25 вычитающий элемент, первый вход которого является входом экстраполятора, первый суммирующий элемент, выход которого соединен с входом первого фиксирующего элемента и с входом

30 блока формирования экстраполирующего полинома, выход которого является вы ходом экстраполятора, содержит второ и третий вычитающие элементы, второй и третий суммирующие элементы, второ и третий фиксирующие элементы, три перемножителя, указатель минимального сигнала, сумматор и источник кода приращения, подключенный к информаци онному входу сумматора, при этом пер вые входы второго и третьего вычитаю щих элементов соединены с первым вхо |ц6м первого вычитающего элемента, вы од которого соединен с первыми вход ми трех перемножителей, выход первог фиксирующего элемента соединен с пер выми входами первого, второго и третьего суммирующих элементов, и с вторым входом первого вычитающего элемента, выходы перемножителей соединены с вторыми входами соответствующих суммирующих элементов, выход второго суммирующего элемента через второй фиксирующий элемент связан с вторым входом второго вычитающего элемента, выход третьего суммирующего элемента через третий фиксирующий элемент связан с вторЕЛМ входом третьего вычитающего элемента, выходы первого, второго и третьего вычитающи элементов соединены с соответствующи ми входами указателя минимального сигнала, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами сумматора, выход которого соединен с вторыми входами перемножителей. На чертеже представлена схема экс траполятора. Экстраполятор содержит вычитающие элементы 1, перемножители 2, суммирующие элементы 3, фиксирующиеэлементы 4, указатель 5 минимального сигнала, сумматор б, источник 7 кода приращения, блок 8 формирования экстраполирующего полинома. Блок С содержит группу фиксирующьт элементов 9, формирователь 10 приращений, сумматор 11. Экстраполятор работает следующим образом. Как и в прототипе, в экстраполяторе на каждом очередном шаге (т.е. при поступлении на вход очередного значения прогнозируемого процесса), выполняется операция сглаживания с пос тоянной ot, в результате чего получается величина ..S(tJ.(1-ot)X. I Эта величина является предсказанным значением прогнозом следующего отсчета S.j-, который на данном шаге еще не известен и появится лишь на следующем шаге. В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве помимо прогноза Х, который в дальнейшем называется основным, вычисляются два дополнительных прогноза и . Для этого помимо основной постоянной сглаживания о, формируются еще две величины OL, и об , одна из которых больше, а другая меньше на некоторую заранее выбранную величину (f. Затем на следующем шаге на вход поступает очередное значение процесса . Это значение сравнивается с основным прогнозом Х и с обоими дополнительными прогнозами Х и Х . Если основной прогноз дает самую малую по абсолютной величине ошибку, то значение постоянной сглаживания на следующем шаге сохраняется прежним. - Если же оказывается, что какой-либо из дополнительных прогнозов X , либо х| лучше основного, т.е. дает меньшую по модулю ошибку, то на сл дуюцем шаге при вычислении качестве постоянной сглаживания при1пп.;ается соответственно dl t либо ol- . При этом формируются новые дополнительные значения постоянной сглаживания ot t|-c t+v одно из которых больше, а другое меньше основного и т.д. Поэтому независимо от того, каким было установлено начальное значение постоянной сглаживания, эта. величина дрейфует в сторону увеличения, либо уменьшения, пока не достигнет некоторого установившегося значения. Результаты моделирования на ЦВМ показывают, что это установившееся значение близко к оптимальному обеспечивает среднеквадратичную ошибку прогноза, близкую к минимальной). Сумматор б построен таким образом, что в нем могут быть записаны неотрицательные числа, не превышающие единицу. На первом шаге на вход поступает значение отсчета 5 . На второй вход каждого из вычитающих элементов 1 подается исходное число от фиксирующих элементов 4, 42 и 4 j . На выходах каждого из элементов 1 появляются разностные сигнё1Лы л Д , величина которых одинакова. Эти, разности поступают на указатель 5 минимального сигнала, который сравнивает поступившие на него сигналы по абсолютной величине. Указатель 5 подает управляющий сигнал на вход суммирования или вычитания сумматора б в зависимости от того, какой сигнал минимален, или л . Если все разности й, Л и Л равны по модулю или если минимальной является основная разность л, указатель 5 управляющих сигналов не вырабатывает. Поскольку на первом шаге все разности равны, , в сумматоре сохраняется исходное число XQ , и коэффициент умножения в перемножителях 2-, 22 н 2з не изменяется. & результате на выходе суммирующего элемента 3,,. формируется прогноз X,ot,4,, (S,-XoHo ° l5l - -l) Первый шаг операции экспоненциального сглаживания выполнен. На выходе элемента 32 формируется первый допол нительный прогноз, (ос,4сл)5.нс1,, элемент 3 формирует второй дополнительный прогноз .i,-d)5,..-(ct,-()X. Затем, при поступлении второго отсче та Sj, вычитающие элементы 1 формируют три разностных сигнала 4о-5оХ., л| . В iaBHCHмости от того, какая из этих разностей меньше по модулю, на выходе указателя 5 формируется управляющий импульс, увеличивающий или уменьшающий содержимое сумматора 6 на величину заданного приращения. В случае равен ства разностных сигналов число в .сумматоре б остается прежним. Далее, при поступлении очередного отсчета, процессы повторяются: проверяется, какой из трех прогнозов оказался точнее и по результатам про верки корректируется постоянная сгла живания. С учетом этой коррекции вновь формируется очередной основной прогноз, который поступает на выход, и два дополнительных прогноза Х, и у2 В результате описанного процесса значение, постоянной сглаживания непрерывно корректируется. В установившемся положении происходят небольшие случайные колебания около достиг нутого значения оС. Работа элементов, объединенных в блок 8, полностью совпадает с работой прототипа и заключается в следующем . Сигнал с выхода основного суммирую щего элемента 3 последовательно фиксируется на элементах 9 с постоянным временным шагом. В блоке 10 формируются разности вплоть до п-го порядка, а сумматор 11 формирует прогноз в виде полинома п-го порядка, в кото ром коэффициенты являются экспоненциально сглаженными. Только сте-. пень сглаживания экстраполирующей функции изменяется с учетом статисти ческих свойств процессов. Таким образом, экстраполятор явля ется адаптивным. Результаты моделирования показали что при экстраполировании нормальной марковской последовательности единичной дисперсии с корреляционной функцией р (tr): е- после завершения процесса, адаптации среднее значение постоянной сглаживания составило - 0,94, что практически совпадает оптимальным значением, полученным еоретически. Дисперсия ошибки прогозирования составила при этом й 0,22. В прототипе при начальном начении oL 0,1, дисперсия составляа 0,554. Таким образом, предлагаемое уст- ойство обеспечивает более чем дву .ратное повышение точности прогнозиования (когда прогнозируемый проесс является процессом с дискретным временем). Однако экстраполятор пригоден и для случая, когда прогнозируемый процесс зависит от времени непрерывно. В этом случае фиксирующие элементы 4,9 могут быть выполнены в виде элементов задержки на время экстраполяции С. Технико экономический эффект от использования изобретения заключается в повышении точности экстраполяции. Формула изобретения Экстраполятор, содержащий первый вычитающий элемент, первый вход которого является входом экстраполятора,первый суммирующий элемент, выход которого соединен с входом первого фиксирующего элемента и с выходом блока формирования экстраполирующего полинома, выход которого является выходом экстраполятора, отличающий ся тем,.что, с целью повышения точности экстраполяции . он содержит второй и третий суммирующие элементы, второй и третий фиксирующие элементы,, три перемножителя, указатель минимгшьного сигнала, сумматор и источник кода приращения, подключенный к информационному входу сумматора при этом первые входы второго и третьего вычит тающих элементов соединены с первым входом первого вычитающего элемента, выход которого соединен с первыми входами трех перемножителей, выход первого фиксирующего элемента соединен с первыми входами первого, второго и третьего суммирующих элементов и с вторым входом первого вычитающего элемента, выходы перемножителей соединены с вторыми входами соответствующих суммир ующих элементов, выход второго сум1 1ирующего элемента через второй фиксирующий элемент связан с вторым входом второго вычитающего элемента, выход третьего суммирующего элемента через третий фиксирующий элемент связан с вторым входом третьего вычитающего элемента, выходы первого, второго и третьего вычитающих элементов соединены с соответствующими входами указателя минимального сигнала, первый и второй

выхода которого соединены с соответствующими управляющикш входами сумматора, выход которого соединен с вторыми входами перемножителей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 842855, кл. Q Об С, 7/30, 1979.

2.Авторское свидетельство СССР

744641, кл. G 06G 7/30, 1977(прототип).