Устройство для определения среднего значения нестационарного случайного процесса Советский патент 1984 года по МПК G06G7/52 

Фи2.1 Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для определения характеристик нестационарных случайных процессов. Устройство может быть использовано, например, в системах автоматического управления и регулирования технологическими процессами. Известно устройство для определекия среднего значения нестационарного процесса, содержащее блок вычитания, первый вход которого является входом устройства, блок умножения и сумматор l . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения среднего значения нестационарного случайного процесса, содержащее блок вычитания, первый вход которого является входом устройства, блок умножения, сумматор блок вычисления абсолютной величины и интегратор, при этом выход блока вычитания подключен к входу блока вычисления абсолютной величины и к первому входу блока умножения, второ вход которого соединен с выходом бло ка вычисления абсолютной величины, выход блока умножения подключен к входу интегратора и к первому входу сумматора, второй вход которого объединен с вторым входом блока вьтитания и соединен с выходом интегратора а выход сумматора является выходом устройства 2 . Недостатками известных устройств является низкая точность определения характеристик нестационарного случай ного процесса. Цель изобретения - повышение точности устройства. Поставленная цель достигается тем что в устройство для определения сред него значения нестационарного случайного процесса, содержащее первый блок вычитания, первый вход которого является входом устройства, блок вычисления абсолютной величины, блок умножения, интегратор, сумматор, первый вход которого объединен с вторым вхо дом первого блока вычитания и соединен с йыходом интегратора, первый вхо блока умножения подключен к выходу илола умножении подключен к выходу первого блока вычитания, соединенному с входом блока вычисления абсолютной . « . . . « величины, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, введены второй блок вычитания и масштабный блок, выход которого подключен к первому входу второго блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом блока умножения, выход второго блока вычитания подключен к входу интегратора и второму входу сумматора, вход масштабного блока соединен с выходом первого блока вычитания. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - вид функции (), Устройство содержит блоки 1 вычитания, блок 2 вычисления абсолютной величины, блок 3 умножения, блок 4 вычитания, интегратор 5, сумматор 6 и масщтабный блок 7. Принцип действия предлагаемого устройства основан на гистерезисном сгла живании нестациЛнарного случайного процесса в соответствии с нелинейной рекуррентной процедурой: m,(,riM)lxCnl my ri4l-),tn-O), где - измеряемая на выходе устройства оценка среднего значения нестационарного случайного процесса в текущий момент и времени п; гг)(Еп-О- оценка среднего значения нестационарного случайного процесса в предьщущий момент времени п-1; inj - исследуемый нестационар ньй случайный процесс; 0(, , )f - коэффициенты пропорциональности. Если обозначить невязкуЕ(т , то (1) можно определить в виде m,tt mx n-i 6i-eL T|EWl-if-e n yri,( (г Нелинейная функция i () в правой части (2) имеет вид, изображенный на фиг. 2, и представляет собой участки двух парабол: -1 ()Г t-ot- -y-,npH причем,корнями уравнения( ) в6, i i v« г-Г7 г1 lelre являются точки , О, JT ,,.,1 Л В основе действия предлагаемого изобретения лежит тот факт, что устойство с нелинейностью вида (3), реализованной на блоках 2-4 и 7, охваченной интегрирующей обратной связью по цепи, вывод блока 4 - интег ратор 5 - второй вход первого блока 1 вычитания, имеет гистерезисную нелинейную характеристику с окном, равным 2 Х. Поэтому помехи, интенсивность которых меньше или равна ширине окна, эффективно сглаживаются. .Кроме того, оценка среднего для указанных помех может быть достигнута несмещенной. Устройство работает следующим образом:Исследуемый сигнал поступает на первый вход блока 1 вычитания, где из него вычитается A)( з получаемый на выходе блока 1 сигнал невязки пД - поступает на первый вход блока 3 умножения с масштабным коэффициентом, равным оС , а также на вход блока 2 вычисления абсолютной величины и черезмасштабный блок 7 с коэффициентом V на второй вход второго блока 4 вычитания. Выходной сигнал блока вычисления абсолютной величины п умножается в блоке 3 умножения на сигнал ((,. п1, ПРИ этом выходной сигнал бло ка 3 умножения(,. поступает на первый вход блока 4 вычитания, где из него вычитается сигнал У-б{д . Получаемый на выходе второго блока 4 вычитания сигнал f(n) поступает на вход интегратора 5 и первый вход сумматора 6, на второй вход которого подается сигнал m,,n-ll поступающий также на второ вход первого блока 1 вычитания с выхода интегратора 5. На выходе сумматора 6 вырабатывается сигнал 1П)п соответствующий оценке среднего значения нестационарного случайного про цесса, и, таким образом, выход сумматора 6 является выходом устройства Случайные флуктуации исследуемого процесса х Ъ, поступающего на вход устройства, не оказывают влияния на выходной сигнал устройства iri Сп, так как в окне сглаживания в соответ ствии с выбранным видом фукнции fCfQi) (фиг. 2) выходной сигнал второго блока 4 вычитания практически не изменяется. Если же возникает сигнал нев-тгки, обусловленный действительным отличием среднего значения исследуемого процесса от его оценки т, то невязка отрабатывается с высоким быстродействием, поскольку вне окна сглаживания устройство работает на параболических участках характеристики f(nn). Таким образом, отрабатывается лишь действительно имеющееся рассогласование между средним значением исследуемого нестационарного случайного процесса и его оценкой и эффективно сглаживаются случайные флуктуации исследуемого процесса, чем достигается повьщ1енная точность предлагаемого устройства, т.е. цель изобретения, Среднеквадратическое значение ошибки оценки среднего значения для прототипа составляет б 0,213, амплитуда шумовой составляющей Ар„ 0,31 при оптимально подобранных коэффициентах. В предлагаемом устройстве d 0,132, А 0,25, что примерно в 1,5 раза меньше, чем для прототипа. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет при несмещенной оценке обеспечить повышение точности определения среднего значения нестационарного случайного процесса в 1,3 раза. Применение предлагаемого устройства в системах автоматического управления и регулирования позволит повысить точность определения параметров управляемых объектов и технологических процессов, что, в свою очередь, обеспечит улучшение качества регулирования. В информационноизмерительных системах и вычислительной технике применение предлагаемого устройства позволит повысить точность и достоверность обработки информации, что и определяет получаемый от использования предлагаемого устройства технико-экономический эффект.

W

Фиг. 2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащее первый блок вычитания, первый вход которого является входом устройства, блок вычисления абсолютной величины, блок умножения, интегратор, сумматор, первый вход которого объединен с вторым входом первого блока вычитания и соединен с выходом интегратора, первый вход блока умножения подключен к выходу первого блока вычитания, соединенному с входом блока вычисления абсолютной величины, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй блок вычитания и масштабный блок, выход которого подключен к первому входу второго блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом блока умножения, выход второго блока вычитания подключен к входу интегратора и второму входу сумматора, вход масштабного блока соединен с выходом первого блока вычитания.