Многоканальный регрессиометр Советский патент 1991 года по МПК G06F15/36 

Изобретение относится к специализированным цифровым вычислительным устройствам для определения статистических характеристик случайных процессов и может быть использовано при исследовании объектов автоматизации в различных отраслях промышленности„

Цель изобретения - повышение точности определения параметров регрессии за счет корректировки вычислений с учетом шума рабочего места.

Первоначально коэффициенты рег- рессии вычисляются в каждом i-м (i 1, М) канальном регрессиометре по входной выборке сигналов {Y9jl, j 1, М, -зафиксированной в блоке памяти

При пересчете регрессии входной сигнал каждого канального регрессиометра может быть скорректирован в соответствии с формулой

Y.

-пс

(1)

С

-9J1 -j

где n - j -e значение оценки шума .

рабочего места. В качестве оценки шума рабочего места можно выбрать усредненное по всем сигналам значение шумовой составляющей

ч-я|ч;. «)

где n jj - j-e выборочное значение

оценки шумовой составляющей в i-м канале. Оценка шумовой составляющей в i-м канале может быть ;опоеделена по формуле

оэ

4 N) -U J

п Y9J,- Y9Ji

(3)

где vq, ; восстановленное значение

входного сигнала по результатам оценки параметров регрессии„

В соответствии с формулами (1) - (3) корректировка входного сигнала регрессиометра в i-м канале осуществляется по формуле

Л.(-f- -I

v9Jl j;-44l+mLy3iJ (4) где математическое ожидание или усреднение по всем каналам,

и реализуется с помощью блока раз- ности и канального сумматора„ Усреднение выборочных значений входных сигналов каналов in ( J осуществляется в первом блоке усреднения, усреднение выборочных восстановленных значений или выходных сигналов узлов восстановления - во втором блоке усреднения о

Узлы восстановления каналов вычисляют восстановленные значения входных сигналов по результатам первой оценки параметров регрессии в канальных регрессиометрах„ Канальные блоки памяти предназначены для запоминания выборочных значений |Y9;j|2j 1, NJ входного сигнала

На сЬиг,, 1 представлена схема многоканального регрессиометра; на фиг„ 2 - схема блока управления; на фиг, 3 - схема канального блока восстановления; на фиг, 4 - схема блока определения коэффициентов регрессии для линейного случая

Регрессиометр содержит каналы обработки информации, каждый из ко- торых включает блок 1 определения коэффициентов регрессии, коммутатор 2, сумматор 3, блок 4 памяти и узел 5 восстановления (фиг1 3), состоящий из блоков 6 и 7 памяти, блока 8 умножения и сумматора 9, блоки 10 и 11 усреднения, блок 12 вычитания, бл ок 13 управления (фиг„ 2), состояний из триггеров 14 и 15, схемы 16 сравнения, элемен- та 17 задержки, элемента И 18, од- новибратора 19, коммутатора 20, элемента И 21, элемента ИЛИ 22, генератора 23 тактовых импульсов, счетчика 24, входов 25-27 и выходов 28-

33.

I

Блок 1 определения коэффициентов регрессии (фиг. 4) содержит умножитель 34, сумматор 35, перемножители 36-39, вычитатели 40 и 41 и сумматор 42„ Выходы регрессиометра и связи между блоками обозначены позициями 43.1-43,т, 44,1-440т и 45,1-45.т.

Канальный блок предназначен для определения параметров уравнения регрессии,, Например, в линейном случае уравнение регрессии имеет вид

v

РО; +

i 1, М,

(5)

где параметры уравнения регрессии

01

и Р

it

вычисляют в соответствии

Poi

a,tn;LYj +

a3m;

с формулами:

(6) Y + , (7)

где а, 2(2N+1)/(M-1); a -6/(N-1);

аЭ а2

а4 12/(N-1)(N+1);

т-.

г- -i 1 м

;D YJ-i5gJV.

3JI

N

J

- выборочное значение входного

.сигнала регрессиометра;

j 1,N - количество выборок;

i 1, М - количество каналов.

Нормирующие блоки умножают выходные сигналы накопителей на значения коэффициентов„

Работа регрессиометра характеризуется двумя режимами: первым и вторым, что определяете- состоянием триггера 14 в блоке 13 управления. Каждый режим разделяется на два этапа: Работа и Ожидание, что определяется состоянием триггера 15.

По сигналу Запуск по входу 27 триггер 14 устанавливается в единичное состояние (первым режим). Кроме того, сигнал Запуск через элемент ИЛИ 22 поступает на вход триггера 15 и переводит его в единичное состояние (этап Работа1 ) . С выхода элемента ИЛИ 22 сигнал поступает на вхо обнуления счетчика 24 адреса и приводит его в исходное состояние, Кроме того, этот сигнал поступает на выход 29.

Сигнал 33 с выхода блока управления устанавливает канальные коммутаторы и канальные блоки памяти на чтение входных сигналов. Коммутатор 20 подключает к счетному входу счетчика 24 внешний сигнал Синхронизация по входу 26 (элемент И 21 на этом этапе работы открыт)„ Устройство начинает принимать выборочные значения входного сигнала, поступающие на информационные входы и сопровождаемые внешним синхросигналом При поступлении очередного внешнего синхросигнала происходит увеличение содержимого счетчика 24 на единицу„ При этом выход счетчика устанавливает адрес ячейки памят блока памяти и номера обрабатываемы в блоке 1 значений входного сигнала Кроме того, сигнал внешней синхронизации поступает через элемент 17 задержки на синхровходы канального блока памяти и блока 1, обеспечивая запись текущего значения входного сигнала в соответствующую ячейку0 Одновременно в блоке 1 происходит обработка очередного входного сигнала до тех пор, пока значение счетчика 24 адресов не превысит порогового уровня, установленного в схеме 16 сравнения, что соответствует обработке последнего значения входной выборки, при этом появляется сигнал на выходе элемента И 18. Этот сигнал присутствует в течение всего синхроимпульса. По окончании синхроимпульс одновибратор формирует управляющий импульс (по заднему фронту), который поступает на триггер 15 и сбрасывает его, переводя регрессиометр в этап Ожидание. При этом нулевой потенциал на выходе триггера запирает элемент И 21, блокируя внешние синхросигналы. Кроме того, сигналы с выхода одновибратора подаются на выход 32 и оттуда на канальные узлы восстановления,, Таким образом осуществляется запись коэффициентов регрессии с выхода канального блока 1 во внутренние элементы памяти.

Этап Ожидание длится до тех пор, пока не будет принят внешний сигнал Пересчет по входу 25. При поступлении этого сигнала на вход триггера 14 последний приводится в нулевое состояние, канальные блоки памяти переключаются на чтение информации, канальный коммутатор - на обработку скорректированных значений входных сигналов, а коммутатор 20 - на синхронизацию от внутреннего генератора тактовых импульсов „ При этом сигнал Пересчет чере элемент ИЛИ 22 обнуляет счетчик 24

5

0

5

и поступает на выход 29, оттуда - на канальные блоки 1, переводят их в исходное состояние„ Триггер 15 г переводится в состояние,, соответствующее этапу Работа, и его выходной сигнал запускает генератор 23. Дальнейшая работа блока управления происходит аналогично работе первого 0 .режима с той разницей, что вместо внешней синхронизации используются импульсы генератора 23 тактовых импульсов.

| В режиме Пересчет на вход блока 1.поступают сигналы с сумматора, формирующего скорректированные значения входного сигнала в виде суммы сигналов канальных блоков памяти и сигнала разности значений сигналов блоков усреднения в соответствии с формулой (4)„ Узлы восстановления на основе запомненных коэффициентов регрессии и текущих реализаций счетчика адреса формируют теоретические значения входных сигналов в соответствии с формулой (5)о Эти значения усредняются в блоке 11 усреднения,, |Из результата усреднения в блоке 12 ,вычитается результат усреднения бло- 0 ска 10 входных значений сигналов, считанных из канальных блоков памяти, и таким образом получается корректирующий сигнал, одинаковый для всех каналов о

5 Корректирующий сигнал складывается с входным сигналом канала в канальных сумматорах и подается на вход блока 1„ Блоки 1 обрабатывают скор7 ректированные значения входных сиг- 0 налов регрессиометра, формируют скорректированные значения коэффициентов регрессии По завершении второго режима на выходе регрессиометра присутствуют скорректированные значения 5 коэффициентов регрессии, которые могут использоваться внешними устройствами. Внешними устройствами также могут использоваться выходные сигналы с узлов восстановления, причем 0 ПРИ первом сигнале Пересчет восстановленные значения Y,, убудут без учета шума рабочего места, при повторном сигнале Пересчет выходные сигналы будут представлять собой, 5 оценки входного сигнала с учетом шума рабочего места.

При последующих подключениях.сигнала Пересчет будут формироваться дальнейшие приближения коэффициентов

регрессии и восстановленных значении входного сигнала о

Формула изобретения

1„ Многоканальный регрессиометр, содержащий блок управления, блок вычитания и первый канал обработки информации, состоящий из первого блока памяти, первого сумматора, коммутатора, первый и второй выходы блока управления соединены с входом синхронизации и входом управления записью первого блока памяти, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены два блока усреднения и дополнительные каналы обработки информации, аналогичные первому, в каждый из которых введены два блока памяти, второй сумматор, блок умножения и блок определения коэффициентов регрессии, причем первый, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с синхронизирующими входами и входами управления записью первых блоков памяти дополнительных каналов обработки информации и входами управления считыванием первых бло- ков памяти всех каналов обработки информации, адресные входы которых подключены к четвертому выходу блока управления, выходы первых блоков памяти всех каналов обработки информации соединены с первыми входами первых сумматоров одноименных каналов обработки информации и с соответствующими входами; первого блока усреднения, выход которого подключен к входу вычитаемого блока вычитания, выход которого соединен с вторыми входами первых сумматоров всех каналов обработки информации, выходы каждого из которых подключены к первому информационному входу коммутатора своего канала, второй информационный вход которого соединен с информационным входом первого блока памяти своего канала обработки информации и является соответствующим канальным информационным входом рег- рессиометра, первые и вторые управляющие входы коммутаторов соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока управления, выход коммутатора каждого канала обработки информации соединен с информационным входом блока определения коэф

10

15

20

25

30 , 24778

фициентов регрессии своего канала, первый и второй выходы которого яв- ляются соответствующими канальными выходами первого и второго коэффициентов соответствующего уравнения линейной регрессии и подключены к информационным входам соответственно второго и третьего блоков памяти одноименного канала, входы синхронизации, установочные и адресные входы блоков определения коэффициентов регрессии всех каналов обработки информации соединены соответственно с первым, пятым и четвертым выходами блока управления, четвертый выход которого подключен к первым входам блоков умножения всех каналов обработки информации, шестой выход блока управления соединен с входами управления считыванием второго и третьего блоков памяти всех каналов, первый и второй выходы второго блока памяти каждого канала обработки информации подключены соответственно к первому входу второго сумматора и адресному входу третьего блока памяти этого канала, выход которого соединен с вторым входом блока умножения своего канала обработки информации, выход которого подключен к второму входу второго сумматора одноименного канала обработки информации, выходы вторых сумматоров всех каналов обработки информации подключены к входам второго блока усреднения, выход которого соединен с входом уменьшаемого блока вычитания, входы запуска, пересчета и синхронизации блока управления являются одноименными входами регрес- сиометра„

35

40

0

5

2„ Регрессиометр личающийся управления содержит к оммутат ор, эл емент

по п. 1, о т - тем, что блок два триггера, ИЛИ, элементы элемент задержки,

0

5

И, схему сравнения, одновибратор, счетчик и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым информационным входом коммутатора, выход которого является первым выходом блока и подключен к счетному входу счетчика и через элемент задержки к первому входу первого элемента И, выход которого соединен с входом одновибратора, выход которого является шестым выходом блока и подключен к нулевому входу первого триггера, прямой выход которого соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов и первым входом второго элемента И, второй вход которого является входом синхронизации блока, а выход подключен к второму информационному входу коммутатора, нулевой вход второго триггера соединен с первым входом элемента ИЛИ и является входом запуска блока, входом пересчета которого является единичный вход второго триггера, соединенный с вторым входом элемента ИЛИ, выхо которого является пятым выходом

5

блока, и подключен к нулевому входу первого триггера, прямой выход второго триггера является вторым выходом блока и соединен с первым управляющим входом коммутатора, инверсный выход второго триггера является третьим выходом блока и соединен с вторым управляющим входом коммутатора, выход элемента ИЛИ подключен к обнуляющему входу счетчика, выход которого является четвертым выходом блока, и через схему сравнения соединен с вторым входом первого элемента И,

Изобретение относится к специализированным цифровым вычислительным устройствам для определения статистических характеристик случайных процессов и может найти применение при исследовании объектов автоматизации в различных отраслях промышленности Цель изобретения - повышение точности определения параметров регрессии за счёт корректировки вычислений с учетом шума рабочего места. Регрессиометр содержит блок управления, блоки усреднения, блок вычитания и каналы обработки информации, каждый из которых содержит блок определения коэффициентов регрессии, коммутатор, узел восстановления, блок памяти, сумматор. Узлы восстановления состоят из блоков памяти, блока умножения и сумматора. 1 ЗР-ПО ф-лы, 4 ил„ с Ј (Л

28 30 33 1/Ф ч/

ГгТ

28 30 33

13

, 28

2Ј

-30

--3/

-з 33

F

31

28 333$

,43. т №.т

ОШУ1

33 30

ZЈ

9Z

2 глф

о si Oil

LLKW(

Фиг Л