Устройство для проведения многофакторного эксперимента Советский патент 1991 года по МПК G05B23/02 

Ј

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при испытаниях и контроле состояния систем управления. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, повышение достоверности результатов эксперимента по оцениванию и прогнозированию характеристик испытуемого объекта. Устройство содержит блоки задания факторов 1, умножения 2, измерительный 10, вычисления коэффициентов регрессии 11, оценки 12 характеристик объекта, экстраполяции 13, регистрации 14, преобразования факторов 30 и испытуемый объект или его модель 3. Устройство обеспечивает лучший учет характеристик отклика испытуемого объекта на воздействие факторов и за счет этого выработку наилучших функциональных преобразований факторов для получения точных оценок свойств испытуемого объекта. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

О

ю

00

ю о

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при испытаниях и контроле состояния систем управления, в частности для оценивания и прогнозирования характеристик систем управления по результатам экспериментов,

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, повышение достоверности результатов эксперимента по оцениванию и прогнозированию характеристик испытуемого объекта (системы управления).

На фиг.1 приведена блок-схема устройства для проведения многофакторного эксперимента; на фиг.2 - схема блока вычитания коэффициентов регрессии и блока экстраполяции; на фиг.З - схема блока образования факторов,

Устройство содержит блок 1 задания факторов, блок 2 умножения, испытуемый объект или его модель 3, которая включает блок 4 моделирования, блок 5 задания параметров, блоки 6 и 7 суммирования модели, 1енератор 8 дрейфа, генератор 9 шума, измерительный блок 10, блок 11 вычисления коэффициентов регрессии, блок 12 оценки характеристик объекта блок 13 экстраполяции и блок 14 регистрации,

Блок 11 состоит из первого узла 15 деления, узлов 16 и 17 умножения блока 11 и группы интеграторов 18-20.

Блок 13 содержит ячейки 21 и 22 памяти, узлы 23-25 умножения и сумматор 26, Блок 12 состоит из узлов 27 и 28 умножения и сумматора 29. Устройство содержит также блок 30 преобразования факторов, состоящий из генератора 31 случайных сигналов, ключа 32, узла 33 компарации, дешифратора 34, группы ключей 35-37 и группы функциональных преобразователей 38-40,

Блок 11 также содержит ячейки 41 и 42, первый 43 и второй 44 узлы вычитания, первый 45 и второй 46 узлы возведения в квадрат, интеграторы 47 и 48 второй 49 и третий 50 узлы деления, компаратор 51, триггер 52 и группы ключей 53-58.

Устройство работает следующим образом.

В каждом канале блока 30 генератор 31 образует импульсы с длительностью импульса разрешения на управляющем входе потенциального клапана и с амплитудой, равной мгновенному значению амплитуды сигнала генератора 31, которые через ключ 32 беспрепятственно проходят на узел 33 компарации, реализующий функцию амплитудного селектора посредством параллельного включения компараторов, число которых выбрано равным числу L предполагаемых функциональных преобразований

соответствующего фактора, а уровни пороговых напряжений на одном из входов подобраны таким образом, что делят динамический диапазон генератора 31 на L

равных участков. В зависимости от комбинации нулей и единиц на входе дешифратора 34, на одном из его выходов случайно от одного цикла работы устройства к другому появляется сигнал, замыкающий тот или

иной ключ 35-37. С блока задания факторов непосредственно на вход исследуемого объекта 3 или блок 4 моделирования его модели, а через замкнутые ключи в каждом канале блока 30 на входы соответствующих

функциональных преобразователей 38-40 подаются сигналы, пропорциональные учитываемым в эксперименте факторам. При этом в измерительном блоке измеряются значения выходных характеристик системы

или ее модели, соответствующие реализовавшейся комбинации факторов. С выхода измерительного блока сигналы, соответствующие выходной характеристике системы, измеренной при различных комбинациях

факторов, поступают на один вход блока 11 (вход узла 15 и ячеек 41 и 42 памяти), С выходов функциональных преобразователей (частным случаем которого является линейное с нулевым свободным членом и

единичным масштабирующим коэффициентом) сигналы, соответствующие преобразованным факторам fi(xik), где € L, поступают на входы блока 2 умножения, на выходе которого формируются как преобразованные факторы f i (xik), так и их взаимодействия fr(xik) fs(xjk), где г, sЈl. В соответствии с каждой комбинацией факторов сигналы с выхода блока 2 поступают на другие входы блока 11 (на входы узлов 16 и 17 умножения).

В блоке 11 осуществляется автоматическое вычисление коэффициентов регрессии по следующим зависимостям:

45

Д, § yk/N ,

k 1

Л N

/Sij 2 Mxik)fs(xjk)yk/N ; k 1

0)

50

й-S

k 1

fi (xjk) yk/N .

Сигналы, соответствующие значениям коэффициентов Д,Д, через ключи 53 и 55 поступают на узлы 27 и 28 умножения блока 12, умножаются в них с сигналами, соответствующими значениям функционально преобразованных факторов и их взаимодействий, а результат умножения поступает на сумматор 29, в который через ключ 57 непосредственно поступает сигнал, содтветству- ющий значению коэффициента . На выходе сумматора имеется предсказанная данной функцией регрессии оценка выходной характеристики системы для заданных планом экспериментов комбинаций факторов по соотношению

J4fr(xj) +

л + (xi)Fs(xj) + ... + r, (2)

где общее число членов управления Q определяется формулой

Q (n+2Xn+1)/2.

Полученное по формуле (2) значение регистрируется в блоке 14 и поступает на один вход узла 43 вычитания, на другой вход которого подается запомненное в ячейке 41 памяти на время формирования сигнала yk измеренное значение выходной характеристики системы yk, соответствующее той же комбинации факторов. Формируемая при этом разность yk - у возводится в квадрат в узле 45 и подается на вход узла 49 деления и уменьшается в нем в N-Q раз, в результате чего на выходе интегратора 47 в результате проведения N измерений образуется сигнал, пропорциональный величине остаточной дисперсии

2 k 1

(Yk - Уп)2

N-Q

который поступает на один вход узла 50 деления. На его второй вход поступает сигнал, пропорциональный величине общей дисперсии прогнозируемой оценки yk:

S

2(yk-/5o

Для этого сигналы yk, запомненные в ячейке 42 памяти на время формирования сигнала j30 , поступают на вход узла 44 вычитания, в котором формируется разность , которая после обработки во втором узле возведения в квадрат 46 накапливается в интеграторе 48 в течение проведения N измерений. На выходе узла 50 деления образуется величина у 5у2/30ст2, характеризующая степень адекватности регрессионной оценки. Компаратор позволяет сравнить сигнал ус пороговым значением УП . соответствующим приемлемому качеству искомой регрессионной зависимости выходной характеристики от учитываемых факторов. При с генераторов случайных сигналов 31 считываются новые уровни случайных сигналов, описанный 5 цикл работы повторяется. При у уп триггер 52 меняет свое состояние, меняет состояние ключей 32, 53. 55, 57, 54, 56 и 58, в результате чего оценки коэффициентов регрессии с выхода блока 11 поступают в блок

13 экстраполяции, в котором осуществляет- я экстраполяция значений коэффициентов Дэ,Д, Д (аналогично тому, как это происходит в устройстве-прототипе с коэффициентами р0,Р,Р ) На выходе блока 12

5 формируется более точное прогнозируемое значение выходной характеристики упр. Этот сигнал поступает в блок 14 регистрации и в блок 11.Так как триггер 52 сохраняет устойчивое состояние после первого выпол0 ненного условия у уп , то любой получен- ный результат обработки на выходе компаратора 51 не изменяет состояния триггера 52, а следовательно, и оптимальную коммутацию ключей 35-37. Следова5 тельно, при заданном плане факторных экспериментов в обработке участвует оптимальная комбинация функциональных преобразователей 38-40. На выходе устройства формируются более точные оценки прогно® зируемых значений вероятностной характеристики исследуемой системы.

Формула изобретения

0 блока вычисления коэффициентов регрессии, вторая группа входов измерительного блока связана с группой входов устройства для подключения испытуемого объекта, группа выходов блока задания факторов

5 служит для соединения с входами испытуемого объекта, причем блок вычисления ко-, эффициентов регрессии содержит первый узел деления, группу узлов умножения и группу интеграторов, информационный

вход последнего из которых и входы первых сомножителей узлов умножения группы соединены с выходом первого узла деления, вход числителя которого связан с первым входом блока, а вход знаменателя подключен к шине постоянного сигнала, входы вторых сомножителей узлов умножения группы соединены с группой входов блока, а выходы - с информационными входами всех интеграторов группы, кроме последнего, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет проведения экспериментов с нелинейным воздействием факторов и повышения достоверности результатов эксперимента по оцениванию и прогнозированию характеристик испытуемого объекта, в устройство введен блок преобразования факторов, группа входов которого соединена с группой выходов блока задания факторов, вход которого связан с вторым выходом блока вычисления коэффициентов регрессии, а группа выходов - с группой входов сомножителей блока умножения, группа выходов которого подключена к группе входов блока оценки характеристик объекта, выход которого соединен с вторым входом блока вычисления коэффициентов регрессии, третий выход которого связан с вторым входом блока оценки характеристики объекта, причем блок вычисления коэффициентов регрессии дополнительно содержит два элемента памяти, два узла вычитания, два узла возведения в квадрат, два интегратора, второй и третий узлы деления, компаратор, триггер и две группы ключей, выходы первой и второй групп ключей образуют соответственно тре- тий и первый выходы блока, информационные входы всех ключей связаны с выходами соответствующих интеграторов группы, а информационные входы и второй выход

блока подключены к прямому выходу триггера, установочный вход которого соединен с выходом компаратора, вход которого связан с выходом третьего узла деления, входы

знаменателя и числителя которого подключены соответственно к выходам первого и второго интеграторов, вход первого интегратора соединен с выходом второго узла деления, вход знаменателя которого подключей к шине постоянного сигнала, а вход числителя связан с выходом первого узла возведения в квадрат, вход которого подключен к выходу первого узла вычитания, вход уменьшаемого которого соединен с

вторым входом блока, а вход вычитаемого и вход вычитаемого второго узла вычитания связаны соответственно с выходами первого и второго элементов памяти, информационные входы которых соединены с первым

входом блока, вход второго интегратора подключен к выходу второго узла возведения в квадрат, вход которого соединен с выходом второго узла вычитания, вход уменьшаемого которого связан с выходом

последнего из интеграторов группы.

входы которых являются группой входов блока, а управляющие входы связаны с выходами дешифратора, входы которого подключены к выходам узла компарации, вход которого соединен с выходом ключа, инфор0 мационный вход которого связан с выходом генератора случайных сигналов, а управляющий вход соединен с входом блока.

Э -$

7 v

ю

t-Э

У

A/Wv

- -

frj оЗ 3