Устройство для определения статистических моментов Советский патент 1980 года по МПК G06G7/52 G06F17/18 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при опреде- . Ленин комплексных математических характеристик стационарных и нестационарных случайных процессов с высокой точностью. Известно устройство для определения статис таческих моментов случайных процессов, содержащее нелинейные блоки цля возведения сигналов в требуемую степень в аналоговой или цифровой форме, блоки усреднения и усилитель 1. Такое устройство не обеспечивает высокой точности вычисления статистических моментов вы соких порядков. Наиболее близким к предлатаемому является устройство для определения статистических моментов, содержащее первый переключатель, один из входов которого является входом устройства, а выход соединен с информационным входом масштабного усилителя, управляющий вход которого соединен с первым выходом автоматического регулятора масштаба, второй выход которого через блок запроса подключен К управляющим входггм четьфех усредняющих усилителей, два квадратора, перемножитель, два инвертора и вторюй переключатель 2. Работа такого устрюйства осуществляется в два такта. За счет этого из уравнения преобразования исключаются все нечетные степени аддитивной погрешности масштабного усилителя, однако четные степени аддитивной погрешности усилителя и аддитивные погрешности умножителя, квадраторов и усре.щшющнх усилителей полностью входят в результат измерения моментов высоких порядков. Наличие такой аддитивной погрешности в значительной степени может исказить результат анализа, поскольку она воспринимается как смещенность и нестационарность исследуемого процесса. Цель изобретения - повьпиение точности вычисления статистических моментов за счет уменьшения аддитивной погрешности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения статистических моментов введены третий переключатель, третий инвертор, усилитель-ограничитель, четыре интегратора, четыре компаратора, четыре ключа, четыре счетчика и генератор импульсов. Выход масштабного усилителя подключен к информационному входу первого усредняющего усилителя, ко входу первого квадратора и к первому входу перемиожителя, выход первого усредняющего усилителя через последовательно соединенные первый инвертор и усилитель-ограничитель соединен со вторым входом первого переключателя и через последовательно соединенные первый интегратор и первый компаратор подключен к управляющему входу первого ключа, выход которого соединен со входом первого счетчика. Выход первого квадратора подключен ко второму вхоцу перемножителя, ко входу второго .квадратора и к информационному входу второго усредняющего уск лигеля, выход которого подключен к одному входу второго переключателя непосредственно, а к другому входу - через второй инвертор. Выход второго переключателя через последователвно соединенные второй интегратор и второй компаратор соединен с управляющим входом второго ключа, выход которого подключен ко входу второго счетчика. Выход умножителя соединен с информационным входом третьего усредняющего усилителя, выход которого через последовательно соединенные третий интегратор и третий компаратор подключен к управляющему входу третьего ключа, выход которого соединен со входом третьего счетчика. Выход второго квадратора подключен к информационному входу четвертого усредняющего усилителя, выход которого-подключен к одному входу третьего переключателя непосредственно, а к другому входу - через третий инвертор, выход третьего переключателя через последовательно соединенные четвертый интегратор и четвертый компаратор соеданен с управляющим входом четвертого ключа, выход которого подключен ко входу четвертого счетчика, информацией ные входы всех четырех ключей объединены и соединены с выходом генератора импульсов.

На чертеже представлена блок-схема устроу ства.

Устройство для определения статистических эле ментов содержит первый переключатель 1, первый усредняющий усилитель 2, первый квадратор 3, умножитель 4, масщтабный усилитель 5, второй квадратор 6, второй усредняющий усилитель 7, второй переключатель 8, второй инвертор 9, автоматический регулятор 10 масщтаба,блок 1 Г, исключения переходного прюцесса, третий и четвертый усредняющие усилители 12 и 13, первый инвертор 14, усилительограннчнтель 15, первый ключ К, первый ннтегратор 17, первый компаратор 18, второй ключ 19, второй интегратор 20, второй компаратор 21, третий ключ 22, третий интегратор 23, третий компаратор 24, третий переключатель

25, третий инвертор 26, четвертый ключ 27, четвертый интегратор 28, четвертый компаратор 29, генератор 30 импульсов, счетчики 31-34.

Устройство работает в два такта.

В первом такте, длительность которого TO, переключатели 1, 8, 25 стоят в положении а , а ключи 16, 19, 22 и 27 разомкнуты. Входной сигнал проходит через масштабный усилитель 5 с коэффищ1ентом передачи Ко (1 +6,), где Ко - истинное значение козффищ1ента передачи, QK - аддитивная погрещность коэффициента передачи, и приводится к диапазону, необходимому для выполнения операций умножения и квадратирования с малой мультипликативной погрешностью. Далее сигнал, предварительно воведенный в степени с первой по четвертую с помощью квадраторов 3 и 6 и устройства 4 умножения, усредняется в усредняющих усилителях 2, 7, 12 и 13. Автоматический регулятор 10 масштаба позволяет поддерживать выходную величину масштабного усилителя 5 в требуемом диапазоне а также увеличивает быстродействие прибора с помощью блока 11 исключения переходного процесса. С выходов усредняющих усилителей 2, 7, 12 и 13 сигнал поступает на интеграторы 17, 20, 23 и 28, где интегрируется за время первого такта TQ, а на выходе усилителя-ограничителя 15 образуется величина Esigr X, где Е - уровень ограничения усилителя-ограничителя, а

1-1 приХ 0 SipfH Х О при X 0 1 при

Во втором такте переключатели 1, 8 и 25 переводятся в положение б, а ключи 16, 19,

22и 27 размыкаются и импульсы с частотой f начинают поступать р генератора 30 на счетчики 31, 32, 33 и 34. В то же время на| интеграторы 17, 20, 23 и 28 поступает величша

Е С выхода усилителя-ограничителя 15, полярность которого на входах интеграторов 17, 20,

23н 28 противоположна полярности напряжения, поступившего в первом такте. При .этом i-ый интегратор разряжается до нуля за время TX и закрьшает ключ, которым он управляет. Покажем, что количество импульсов в счетчиках не зависит от аддитивной погрешности нелинейных блоков (умножителя 6y,Q{ и квадраторов 6., , квп масштабного усилителя 6jj и усредняющих, усилителей 2, 7, 12

и 13 (6yj, бу.. 6yj, бу).

Следовательно, интегрирующие усилители 17, 20, 23 и 28 работают как преобразователи постоянного напряжения по известному принципу двойного интегрирования. Поскольку погрешность таких преобразователей без особого труда реализуетоя на уровне сотых долей процента, ими можно пренебречь. Для такого идеализированного преобразованного преобразователя справедливы следующие соотношения: T,U,TjU2 где TI - время заряда конденсатора инвертирующего усилителя напряжением Ui.Tj - вре мя разряда конденсатора интегрирующего усилителя напряжением-Uj до нуля,-т. е. Tj TiИЛИ число N импульсов с частотой fo, записанное в счетчик за время Т. N foTj 2 „ ,или по каждому выходу устройства (положив для простоты Ко 1); i ,) f N -:ЕД. оо EC-l cTOClKJv.) X.(,(y ) - f Е (.Y Щ «,, X Ot«УК) Cjt-cTK.Bi)C(-() .3 f. л игок.В1/.1-гц-а( Е и+«5к С1 сГкм tpTp x ltcTK.f-ClfcTKBiXi -tfkB-DU c b) (-K5((-«-cJJ()((,B2.(i) Тйким образом, результат измерения совершенно не зависит от аддитивных погрешностей масштабного усилителя, квадраторов, умножи теля и усредняющих усилителей, т. е. устройств наиболее критичных к изменению различных влияющих факторов, что позволяет применять ,8устройстве для определения статистических моментов простые и дещевые блоки и одновре менно повысить точность измерения статистичес ких моментов до сотых долей процента, что устраняет необходимость разработки высокоточных и стабильных нелинейных преобразователей и малодрейфовых усилителей. Формул а изобретеиия Устройство для определения статистических моментов, содержащее первый переключатель, вдин из входов которого является входом, устройства, а выход соеданен с информационным входом масштабного усилителя, управляющи с вход которого соединен с первым выходом автоматического регулятора масштаба, второй выход которого через блок запроса подключен к управляющим входам четырех усредняющих усилителей, два квадратора, перемно житель, два инвертора и второй переключатель, отличающееся тем, что, с целью повышения точ ности вьписления статистических моментов, в него введены третий переключатель, третий инвертор, усилитель-ограничитель, четыре интегратора, четыре компаратора, четыре ключа, четыре счетчика и генератор импульсов, при этом выход масштабного усилителя подключен к информационному входу первого усредняющего усилителя, ко входу первого квадратора и к первому входу умножителя, выход первого усредняющего усилителя через последовательно соединенные первый инвертор и усилитель - ограничитель соединен со вторым входом первого переключателя и через последовательно соединенные первый интегратор и первый компаратор подключен к управляющему входу первого ключа, выход которого соединен со входом первого счетшка, выход первого квадратора подключен ко второму входу перемножителя, ко входу второго квадратора и к информационному входу второго усредйяющего уоилителя, выход KOTOJxjro подключен к одному входу второго переключателя,,непосредственно, а к другому входу - через второй инвертор, выход второго переключателя через последовательно соединенные второй интегратор и второй компаратор соединен с управляющим входом второго : ключа . выход которого подключен ко входу второго счетчика, выход умножителя соединен с информационным входом третьего усредйяющего усилителя, выход которого через последовательно соединенные третий интегратор и третий компаратор подключен к управляющему входу третьего ключа, выход которого соединен со входом третьего счетчика, выход второго квадратора подключен к информационному входу четвертого усредняющего усилителя, выход которого подключен к одному входу третьего переключателя непосредственно, а к другому входу - через третий инвертор, выход третьего переключателя через последовательно соединенные четвертый интегратор и четвертый компаратор соединен с управляющим входом четвертого ключа, выход которого подключен ко входу четвертого счетчика, информационные входы всех четырех ключей объединены и соединены с выходом генератора импульсов. Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 318033, кл. G 06 F 15/36, 1970. 2.Заявка N 2475 56/18-24, кл. G 06 G 7/52, 31.10.77 по которой принято положительное решение.