Устройство для определения параметров модели структурной функции Советский патент 1984 года по МПК G06G7/19 

2.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что функциональный преобразователь первого канала содержит усилитель и сумматор первый вход которого объединен с информационным входом усилителя.

и является информационным входом функционального преобразователя, выход сумматора является выходом функционального преобразователя, управляющий вход усилителя является управляющим входом функционального преобразователя.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что функциональный преобразователь второго канала содержит первый, второй, третий, четвертый , пятый и щестой усилители, первьй, второй и третий сумматоры, делитель, причем информационный вход первого усилителя объединен с информационными входами второго, третьего и четвертого усилителей и является информационным входом функционального преобразователя , выход первого усилителя соединен с первым- входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго усилителя , выход первого сумматора соединен с первым входом делителя, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, выход делителя через пятый усилитель подключен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу шестого усилителя, выход третьего сумматора является выходом функционального преобразователя, информационный вход шестого усилителя подключен к выходу делителя, а управляющий вход объединен с управляющими входами второго и четвертого усилителей и является управляющим входом функционального преобразователя, выход третьего усилителя соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу четвертого усилителя.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ СТРУКТУРНОЙ ФУНКЦИИ, содержащее элемент НЕ, вход которого объединён с входом квадратора и является входом устройства, первьй и второй каналы, каждый из которых содержит первый регулируемый фштьтр , блок умножения, второй регулируемый фильтр и блок усреднения, вход которого подключен к выходу сумматора того же канала, первьш и второй входы которого подключены соответственно к выходам второго регулируемого фильтра и блока умножения того же канала. информационные входы вторых регулируемых фильтров двух каналов объеди нены и подключены к выходу квадратора, первые входы блоков умножения двух каналов объединены и подключены к выходу элемента НЕ, второй вход блока умножения каждого канала подключен к выходу первого регулируемого фильтра того же канала , информационные входы первых регулируемых фильтров двух каналов объединены и подключены к входу элемента НЕ, отличающ-еес я тем, что, с целью расщирений его функциональных возможностей за счет обеспечения возможности исследования моделей с нелинейным пара(Л метром, в каждый канал введен функциональный преобразователь, второй канал - блок вычитания и g .усилитель, вход которого подключен ;к выходу блока вычитания того же канала, выход усилителя соединен с управляющими входами первого и втоМ о эо рого регулируемыхфильтров и функциональных преобразователей двух каналов, первый вход блока вычита:л ния второго канала подключен к ходу блока усреднения первого канала, второй вход - к выходу блока усреднения того же канала, третий вход сумматора каждого канала подключен к выходу функционального пре образрвателя того же канала, информационные входы функциональных преобразователей двух каналов объединены и подключены к выходу квадратора, выходы блока усреднения первого канала и усилителя второго канала являются выходом устройства.

1

Изобретение относится к специализированным вычислительным средствам, предназначенным для статической обработки случайных процессов.

Известно устройство, содержащее блоки задержки, вычитания, возведения в квадрат и ус/реднения lj.

Недостатки устройства связаны с трудностью создания широкодиапазонных блоков задержки аналогового сигнала и неудобной для дальнейшего использования формой представления результатов измерения..

Наиболее близким по технической сз нрсти к предлагаемому является устройство, содержащее два фильтра Лагерра, группы перемножителей, сумматоров, блоков усреднения, .квадратор и инвертор причем вход первого фильтра Лагерра является входом устройства, а выходы его з.веньев подключены к первым входам соответствующих блоков умножения, первые входы сумматоров подключены к выходам соответствующих блоков умножения, вторые входы соединены ; выходами соответствующих звеньев второго фильтра Лагерра, третий вход первого сумматора объединен с входом второго многозвенного фильтра Лагерра и подключен к выходу 1квадратора, вход которого объединен с входом инвертора и подключен к входу устройства, выход инвертора соединен с вторыми входами блоков умножения, выходы сумматоров подключены к входам соответствующих блоков усреднения Г2.

В известном устройстве линейная, относительно оцениваемых параметров , модель структурной .функции (СФ). является приемлемой для ограниченного класса процессов, и зачастую рациональньм оказывается применение более компактной модели с нелинейно входящими в нее параметрами, подлежащими определению.

Цель изобретения - расширение

функциональных возможностей за счет обеспечения возможности исследова31

ия моделей с нелинейным параметом.

Указанная цель достигается тем, то в устройство для определения араметров .модели структурной функции , содержащее элемент НЕ, вход которого объединен с входом квадратора и является входом устройства, первый и второй каналы, каждый из которых содержит первьй регулируемый фильтр , блок умножения, второй регулируемый фильтр, - и блок усреднения, вход которого подключен к выходу сумматора того же канала, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам второго регулируемого фильтра и блока умножения того же канала, информационные входы вторых регулируемых фильтров двух каналов объединены и подключены к выходу квадратора, первые входы блоков умножения двух каналов объединены и подключены к выходу элемента НЕ, второй вход блока умножения каждого канала подключен к выходу первого регулируемого фильтра того же канала, информационные входы первых регулируемых фильтров двух каналов объединены и подключены к входу элемента НЕ,в калздый канал введен функциональньш преобразователь, а во второй канал блок вычитания и усилитель, вход которого подключен к выходу блока вычитания того же канала, выход усилителя соединен с управляющими входами первого-и второго регулируемых фильтров и функциональных преобразователей двух каналов, первый вход блока вычитания второго канала подключен к выходу блока усреднения первого канала, второй вход к выходу блока усреднения того же канала, третий вход сумматора .каждого канала подключен к выходу функционального преобразователя того же канала, информационные входы функциональных преобразователей двух каналов объединены и подключены К выходу квадратора, выходы блока усреднения первого канала и усилителя второго канала являются выходом устройства.

Функциональный преобразователь первого канала содержит усилитель и сумматор, первый вход которого объединен с информационным входом

1308524

усилителя и является информационным входом функционального преобразоваI теля выход сумматора является выходом функционального преобразова5 теля, управляющий вход усилителя является управляющим входом функционального преобразователя.

Функгцюнальный преобразователь второго канала содержит первьй, второй, третий, четвертьм, пятый и шестой усилители, первьй, второй и третий сумматоры и делитель, информационньй вход первого усилителя объединен с и 1формационнь1ми входами второго, третьего и четвертого усилителей и является информационным входом функ1щонального преобразователя выход первого усилителя Соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго усилителя, выход первого сумматора соединен с первым входом делителя, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, выход делителя через пятьй усилитель подключен к первому входу третьего сумма- I тора, второй вход которого подключен к выходу шестого усилителя, выход третьего сумматора является выходом .функционального преобразователя информационный вход шестого усилителя подключен к выходу делителя, а управляющий вход объединен с управляющими входами второго и четвертого усилителей и является управляюпщм входом функционального преобразователя выход тре тьего усилителя соединен с первым вхог дом второго сумматора,второй вход которого подключен к выходу четвертого усилителя.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства j на фиг. 2 - блок-схема функционального преобразователя первого канала; на фиг. 3 - блок-схема функционального преобразователя второго канала.

Устройство (фиг. 1) содержит два канала по числу оцениваемых пч-раметров оС модели СФ, первый регулируемый фильтр 1 в каждом канале, .информационные входы всех первых

5

регулируемых фильтров объединены с входами элемента НЕ 2,. квадратора 3 и являются входом устройства, первый и второй входы блока 4 умножения каждого канала подключены соответственно к выходам первого регулируемого фильтра 1 того же канала и выходу элемента НЕ 2, информационные входы вторых регулируемых фильтров 5 и функциональных преобразователей 6 двух каналов объединены и подключены к выходу квадратора 3, выход функционального преобразователя 6 каждого канала соединен с соответствующим входом сумматора 7 того же канала, два других входа которого подключены к выходам блока 4 умножения и второго регулируемого фильтра 5 того же канала, выход сумматора 7 каждого канала соединен с входом блока 8 усреднения того же канала второй канал устройства дополнительно содержит блок 9 вычитания и усилитель 10, вход которого подключен к выходу блока 10 вычитания того же канала, выход усилителя 10 второго канала соединен суправляющими входами первых и вторых регулируемых фильтров 1 и 5 и функциональных преобразователей 6 двух каналов. Первый вход блока 9 вычитания второго канала подключен к выходу блока 8 усреднения первого канала, второй вход . блока 9 вычитания второго канала подключен к выходу блока 8 усреднения того же канала„ Выходы блока 8 усреднения первого канала и усилителя 10 второго канала являются выходом устройства.

На фиг. 2 и фиг, 3 представлены блок-схемы функциональных гфербразователей 6, входящих в состав каналов преобразования устройства в случае его реализации для определения параметров модели СФ вида С (f , о() Ыо(1 - е- ).

Функциональньй преобразователь первого канала содержит усилитель 1 (с регулируемым коэффициентом усиления) , сумматор 12, первьй вход которого соединен с информационным входом усилителя 11 и является входом функционального преобразователя 6 первого канала, управляющий вход усилителя 11 является управляющим входом функционального преобразователя 6 первогоканала, вы3.08526 ход - подключен к второму входу сумматора 12, выход которого является выходом функционального преобразователя 6 первого канала. 5 Функциональньш преобразователь второго канала содержит первый усилитель 13 (с коэффициентом усиления, равным двум) , второй усилитель 14 (с регулируемым коэффициентом

10 усиления) , третий усилитель 15 (с коэффициентом усиления, равным трем), четвертый усилитель 16 (с регулируемым коэффициентом усиления) , входы которых соединены и яв5 ляются информационным входом функ-. т. ционального преобразователя 6 второго канала, первый и второй сумматоры 17 и 18. первые входы которых подключены к выходам первого и тре0 тьего усилителей соответственно 13 |И 15, вторые входы первого и второго сумматоров 17 и 18 подключены к выходам соответственно второго 14 и четвертого 16 усилителей , а выходы первого и второго сумматоров 17 и 18 соединены с соответствующими входами делителя 19, пятьш усилитель

20(с коэффициентом усиления, равным двум) ,и шестой усилитель 21

0 (с регулируемым коэффициентом усиления) , входы которых соединены и подключены к выходу делителя 19, третий сумматор 22, первый вход которого подключен к выходу пятого уси5 лителя 20, второй вход сумматора 22 подключен к выходу шестогЬ усилителя 21, а выход является выходом функционального преобразователя 6 второго канала, управляющие входы

0 второго 14, четвертого 16 и шестого

21усилителей соединены между собой и являются управляющим входом функционального преобразователя 6 второго канала.

5 Устройство работает следующим образом.

При подаче на вход реализации в общем случае нецентрированного, нестационарногЪ по математическому

0 ожиданию случайного процесса x(t) усилитель 10 изменяет параметры регулируемых фильтров 1 и 5 и функциональных преобразователей 6 до обнуления выходного сигнала блока 9

5 вычитания. При этом выходной сигнал otp блока 8 усреднения первого канала и значения параметров di фильтра и функциональных преобразовате7113085лей принимаются в качестве оценок параметров модели , ,ч, X, ч С( Г . ct) , , IT) , (1) где С - конечнопараметрическая но-5 дель нормированной СФ. Полученные таким образом значения параметров oi( и pt модели (1) обеспечиваютминимум взвешенной средне- квадратической погрешностиО л-Гсс,(«-с„(.,)Л№г. О где Cjf()M(t)-x(t-t) - структурная функция пер-15 вого порядка случайного процесса;(fj - весовая20 функция, определяемая область при ближе- ния СФ 25 выбранной моделью м Справедливость этого утверждения важно доказать следующим образом.30 В установившемся режиме сигнал оС описывается следующим вьфажени10О. X(t|4oU)-x(tlU(t-t)H(C,o6)t+ 35 0 U(t-«)t.«(«,«4Jt , () ; 1С„(,1г(гн гдеЧ) функция 45 2преобразо ( вания преобразователя 6 первого кана- 50 ла., Hol. импульсная f характерисU Ct.otKCt M тика пер- 55 вого регулируемогофильтра 1; « 28 (/j otJh.(1r| п,C, ) импульсная характедис , тика втоо рого регулируемого . фильтра 5; - оператор усреднения, реапизуе- . f,J-преобразователбм 6 . первбго какалачАналогично, учитьшая, что в установившемся режиме выходной сигнал блока 9 вычитания второго канала равен нулю, получают .j rТТ Л И (i)-X(t)l x(i-r|H (f.c(,)4l x2(f-t)x V.JJ ,0о (,otUjrUoC 0 , (4) . /со ek л .л jf -- l(f ( fц(. о ( Т функция преобразования функционального преобразователя 6 второго Н,(ад.2 ш „„Мс„„(). ,..(,„, импульсная характеристика первого регулируемого фильтра 1 второго ка нала, ,« ,(.,., ,„|,(,„. х- -h( cJo импульсная характеристика второго регулируемого фильтра 5. 9 С другой стороны условием мини мума погрешности il(2) будет след щая система уравнений Подставляй в систему (5) выражени (1) и (2), а также учитьшая, что ) (t) - x(t -Т);), полу чают (1 (.)t((t) x(t-t)C x(t(ir)c/irH x Ct-nc (,ot)iT()c ()t( о C....(t,ot) x(t) (,,,.2x(t) x(t-.J, itТ.I

ae

,,C,,{tXJ

eC.

f7j

С,,нС, . ,,

«(Clc fl-ct C J.jr, ( 35

Если в вьфажение (3) подставить выражения для сС)., Н j, ( Сг , oi) и lioCf, о),ав выражение (4) со- 40 ответственно 4(oi) , Н ( , oi) и

Ц( Сэ оС) , то после приведения каждого из уравнений (3) и (4) к об-щему знаменателю и замены оператора усреднения на оператор матёмати- 45 ческого ожидания М С получают точное соответствие равенств (3) и (6) i-x уравнений (4) и (7). Таким образом, состояние в установившемся режиме предлагаемого устрой- 50 ства соответствует условию (5).

Вид импульсных характеристик регулируемых фильтров 4 и 5 и функций преобразования функциональных преобразователей 6 в казщом канале 55 целиком и полностью определяется видом выбранной модели СФ и видом весовой функции fj ().

/ь

30 ИЛИ заменяя

1

-r

получают

4o(o(.) 1 +Y )

(9)

(t:j

u e le

„(f/)

-ci,) -pt 1-е I e t

Г -/зь/ I / I ()

r T-Hv/) 1

Н,(г,о1) 211ЛГ,оС) i

А ,-.,,

d

.,

i

(ld.(b(d. (,)2

(l,fil 2(,2oC,(/i) 2 Количество каналов (следовательно , количество регулируемых фильтров, блоков 4 умножения) определяется гшслом параметров модели СФ (1). 0 Пусть модель СФ исследуемого случайного процесса имеет вид ,с6) 1 ), (8) где fltp - параметр, линейно входящий в модель СФ; oi - параметр, нелинейно входящих в модель СФ. В качестве весовой функции используют функцию вида ч V ) . Величина параметра /з для конкретного устройства является величиной постоянной. Подставляя С ( f , oi ) и чМ в выражения для Ч , ( oL) , оС , ot), Ho(t-,oC),(f,o() и H/t- ,ct), получают -рТ 1-е ) е (iT I :2oi + ft „((ij - --Ll. . Г / -d.tf--ibt (l-e )e cJT J b,(t,oi)jG.( K-f-: ., ,., H (-C- , oi) -2h(f ,ot). Как видно из анализа выражений (10 и (11), (13) и (14), регулируемые фильтры с таким видом импульсных характеристик могут быть легко пос , роены на основе типового линейного фильтра с передаточной характерис- 1 тикой W(p) и усилителе с регулируемым коэффициентом усиле ния зЗ. Анализ вьфажения (9) показывает что функциональный преобразователь с функцией преобразования , 1 + 1,/2 реализуется блок-схемой (-фиг. 2). Анализ выражения (12) показьшае что функциональный преобразователь с функцией преобразования Ч(оС1 (.2+4)2 л .;, ре& шзуется блок-схемой э + Ztt (фиг. 3). На управляющие входы функциональных преобразователей поступает управляющее напряжение с выхог да усилителя 10 второго канала, который выполнен на основе операционного усилителя с максимально возможным коэффициентом усиления (К 500000 - 1000000) по стандартной статической схеме регулирования 4j, Анализ показьгеает, что оценки параметров оС и d будут несмещенными для процессов с линейным трендом в случае, когда импульсные характеристики блоков 8 усреднения gi(f ) уповлетворяют условию Т.. iCi). О Дисперсия оценок (и, следовательно, статическая методическая погрешность оценки СФ) определяется отноTV /f , где шением интервал J rv корреляции процесса x(t), и уменьшается с ростом этого отношения. Таким образом, в предлагаемом устройстве метод аппроксимации ,СФ получил дгшьнейшее развитие по сравнению с известными устройствами за счет использования новых классов моделей СФ. .

Фиг.г