Устройство для классификации случайных процессов Советский патент 1988 года по МПК G06G7/52 

(Л

с

Изобретение относится к автоматике и Г вычислительной технике. Целью изобретений является повыпшние быстродействия ytf ройства. Устройство содержит три функциональных преобразователя, каждый из которых выполнен в виде электронно-лучевой трубки типа политрон, потенциометрический блок задания уровня напряжений, два инте,:гратора, два блока сравнения, генератор пилообразного напряжения, блок входных усилителей, три дифференциальных усилителя. 1 ил.

со

о

со

vl

со

Изобретение относится к автоматике и вьЕчислительной технике и может быть использовано для классификации случайных процессов в области технической и медицинской диагностики.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит блок 1 входных усилителей, входы которого являются входами устройства, а выходы подключены к функциональным пластинами электронно-лучевой трубки типа политрон. К горизонтально отклоняющим пластинам политрона 2 подключен выход генератора 3 пилообразного напряжения. Коллекторные пластины политрона подключены к входам дифференциального усилителя (ДУ) 4, выход которого подключен к входу блока 5 выделения уровней. Выходы блока 5 выделения уровней подключень к соответствующим горизонтально отклоняющим пластина.м политронов 6 и 7.

Функциональные пластины с I по X политрона 6 соединены с I по X выходами потенциометрического блока 8 задания уровня напряжения. Коллекторные пластины по- штрона 6 через дифференциальный усилитель 9 подключены к входу интегратора 10, выход которого подключен к первому входу блока 11 сравнения, на второй вход которого подается пороговое напряжение 6 пор|. вы.ход блока 11 сравнения подключен к мерному входу индикатора 12.

Функциональные пластины с XI по XX политрона 7 соединены с XI по XX выходами б. юка 8. Коллекторные пластины политрона 7 через дифференциальный усилитель 13 подключены к входу интегратора 14, выход которого нодключен к первому входу б., юка 15 сравнения, на второй вход которого подается пороговое напряжение Unof. Выход блока 15 подключен к второму входу индикатора 12.

Функциональные пластины с XI по XX политрона 6 и с I по X политропа 7, а также свободные функциональные пластины политрона 2 подключены к шине нулевого потенциала.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый многомерный сигнал X(t) через входные усилители блока 1 параллельно подаются на функциональные нластины по. штрона 2. На горизонтально отклоняю- Н1ие пластин) 1(),птрона 2 с блока 3 зме ЯЮ цееся а 1ряжеН е, )С .ЯеТСЯ СЧИТЫ 5а ия .. () Ю.ей а его (}))1)1о п,астинь. При ЭТОМ на коллекторах 1олитро а 2 формируется сигнал, ян. фу кцией всех сигналов. осту ,1х ia (|)у кциона; ь ые 1ластин 11 этого

().. В ЭТОМ СЛучае НОЛИТрОН ИСПОЛ1 5

0

5

зуется как преобразователь многомерного сигнала в соответствующий ему одномерный сигнал.

Сигнал, снимаемый с коллекторных пластин политрона 2 через дифференциаль ный усилитель 4 поступает на вход блока 5 выделения уровней. В блоке 5 из исследуемого сигнала выделяются положительная и отрицательная составляющие, которые поступают для дальнейшего анализа на гори0 зонтально отклоняющие пластины политронов, при этом отрицательная составляющая исследуемого сигнала поступает на политрон 6, а положительная - на политрон 7. В операционной зоне политронов 6 и 7 с помощью блока 8 осуществляется нелинейное преобразование сигналов, поступающих горизонтально отклоняющие пластины. Результатом нелинейного преобразования исследуемого сигнала являются функционалы, получаемые на выходе интеграторов 10 и 14, которые далее сравниваются в блоках 11 и 15 сравнения с пороговыми напряжениями 6 nopi и L nop2, разделяющими различные классы. Выбор операторов нелинейного преобразования, определение решающего правила, позволяющего разделить классы состояния объекта, а также определение величины порогового напряжения осуществляется на этапе обучения. Этап обучения заключается в следую- ще м.

При поступлении положительной и отрицательной составляющих на горизонтально отклоняющие пластины nOviHTpOHOB б и 7, электронный луч этих политронов отклоняется в горизонтальной плоскости пропорционально мгновенному значению амплитуд,- новре.менных параметров этих составляющих. В каждый момент времени электронный луч находится в области одной из пар функциональных пластин политрона. Если с помощью блока 8 к функциональным пластинам I и II политрона 6 и к XI и XII поли0 трона 7 приложить разность потенциалов, а остальные пластины обоих политронов заземлить, то на изменение токов коллекторов при прохождении луча в области этих пластин будет влиять только та часть исследуемого сигнала, которая попадает в зону дей,- ствия этих пластин. Если разность потенциалов приложить к следующим функцио- ь альным пластинам (III и IY политрона 6) и (Х1И и Х1У политрона 7), а остальные пластины заземлить, то на изменение токов

Q коллекторов обоих политронов будет влиять только та часть исследуемого сигнала, которая попадает уже в зону действия этих пластин и т. д.

Нри прохождении пластин, имеющих разность потенциалов, отличную от нуля, с кол; лекторов политронов снимаются последовательности импульсов, длительности которых пропорциональны времени пребывания соот- ветствую цей части исследуемого сигнала в

0

5

области этих функциональных пластин. После интегрирования этих последовательностей импульсов на интеграторах 10 и 14 (время интегрирования равно периоду анализа) получается функционал, пропорциональный времени нахождения исследуемого сигнала в области функциональных пластин, имеющих ненулевую разность потенциалов.

Таким образом, прикладывая поочередно к каждой паре функциональных пластин разность потенциалов и заземляя при этом все остальные пары функциональных пластин, по изменению коллекторных токов в момент прохождения электронного луча в области этой пары функциональных пластин можно судить о свойствах отдельных «зон исследуемого сигнала. Получаемая при этом совокупность функционалов, образует «признак- функцию классифицируемого сигнала, которая является модификацией функции плотности распределения.

По полученным таким способом «признак- функциям определяется решающее правило классификации, позволяющее отнести исследуемый сигнал к определенному классу состояния диагностируемого.объекта. Для этого по полученным «признак-функциям определяются области уровней, где имеется «пе- ремещивание классов и области уровней, где признаки каждого класса исследуемых сигналов существенно отличаются. В соответствии с выделенными областя.ми уровней отмечаются функциональные пластины, определяющие форму потенциальной функции: являющейся эквивалентом разделяющей гиперповерхности. Выбор потенциальной функции осуществляется по следующему правилу (на примере двух «признак-функций).:

, если / npi (х) (х) I; fy,, если |fnp,(x)|a;|/ np-n (х)|; , если (х) | |fnps (х) |,

где Ui - значение «признак-функции в исследуемой области /-и пары функциональных пластин; Pi (X) - «признак-функция исследуемых

сигналов I класса; / пр2(Х) - «признак-функция исследуе.мых

сигналов II класса.

Полученная по этому прави.1у для всех уровней классифицируемых сигналов потенциальная функция реализуется на функциональных пластинах политронов б и 7 определенным потенциальным рельефом с помощью блока 8.

Полученный таким образом потенциальный рельеф фактически является решающим правилом, по которому и осуществляется классификация исследуемых сигналов. С помощью этого решающего правила определяется величина порогового напряжения. Для этого обучающая выборка исследуется на решающем правиле, полученном на этапе обучения. Из всех значений функциона0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

лов, получае.мых при этом, выбираются только те, которые являются граничными. Величина порога выбирается из условия

//7 mn. min- niaxr

где Ft min И F- max - грзничные значения функционалов, полученные при исследовании на рещающем правиле многомерных сигналов, отражающих I и II классы состояний диагностируемого объекта.

Для оценки качества выбранного рещаю- щего правила проводится экзамен. Для этого на потенциальном рельефе, полученном на этапе обучения, анализируется экза.ме- нующая выборка, состоящая из многомерных сигналов, отражающих различные состояния объекта. Оценка результатов классис помощью Критефикации осущствляется рия классификации:

и

/-Д/

где /Vnp - число правильных ответов; . V - объем выборки.

Формула изобретения

Устройство для классификации случайных процессов, содержащее первый и второй функциональные преобразователи, каждый из которых выполнен в виде электронно-лучевой трубки типа политрон, потен- циометрический блок задания уровня напряжения, выходьг которого подключены к цнональным пластинам первого и второго политронов, блок выделения уровней сигналя, выходы которого подключены к соответствующим горизонтально отк. юняюидим пластинам первого и второго политронов, первый и второй интеграторы, первый блок сравнения, первый в.чод которого подключен к выходу первого интегратора, а вы.ход - к первому входу индикатора, второй вход первого блока сравнения является входом задания первого порогового напряжения устройства, отличающееся тем, что, с целью повьнпения быстродействия, оно содерж1гг третий функциональный преоб)азовате, 1ь. выполненный в виде электронно-лучево11 трчбкм тина политрон, 1 енератор пи. юобраз- ного напряжения, первый, второй и третий дифференциальные усилители, второй блок сравнения, при этом функциона.чьные н.юс- тины третьего политрона яв. шются входами устройства, горизонтально отк. юняюшис пластины которого соединены с выходом генератора пилообразного напряжения, а его коллекторные пластины подк.1к)чои1)1 к ихо- дам первого дифферени11а.-1Ы1О1() XCII.-IHTO.IM. вы.ход которого соединен с входом п.юка выделения уровней CHi iia.ia. при этом ко.иек- торные пластиЩ) первого по.штрона иодк.помены к входам второго дйффер ёициального усилителя, выход которого соединен с входом первого интегратора, коллекторные пластины второго политропа подключены к .входам третьего дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом второго интегратора, выход которого подключен к первому входу второго блока сравнения, вы- ,ход которого соединен с вторым входом ий-; дикатора, функциональные пластины с перijjoft по десятую первого политрон нод-

w

VI

т

И

т

Ш

д

vrx

к

riniiiiii

тттттттттт

TIAiiiiiU

у

У.

ВНИИПИ .Г Заказ 5 45/52Тираж 704 Подписное.

Проиэводстшенно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

стройства.

ключены Я Соответствующим вы:(ОЯ8 м nofen- циометрического блока задания уровня напряжения, а его выходы с одиннадцатого по двадцатый соединены с соответствующими функциональными пластинами второго политропа, свободные функциональные пластины первого и второго полнтронов подключены к тине нулевого потенциала, второй вход второго блока сравнения является входом задания второго порогового напряжения

жГЛ-П