Анализатор амплитудных распре-дЕлЕНий Советский патент 1981 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к цифровой вычислительной и электроизмерительной технике, предназначено для определения плотности распределения вероятностей нестационарных: случайных процессов с медленными изменениями статистических характеристик и может быть использовано при оперативной статистической обработке информации в задачах автоматического управления, технологического контроля, диагностики и т. д. Известен анализатор для определения функции плотности распределения вероятностей, в котором подсчитывается число выборок, попавших: в дифференциальный коридор. Указанный анализатор содержит входное устройство, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), генератор импул сов опроса, цифровой дискриминатор электронно-счетный частотомер . Однако в рассматриваемом анализатор при достаточно большом количестве функциональных узлов производится последова тельное определение ординат функции опр деления плотности вероятностей. Это сужает область применения анализатора, особенно для задач технологического контроля, автоматического управления, где требуется исследовать процессы в реальном масштабе времени. Данный анализатор также не позволяет исследовать нестационарные случайные процессы. Наиболее: близким по технической сущности к предлагаемому является анализатор амплитудных распределителей, содержащий АЦП производящий преобразование ординат аналоговых входных реализаций в цифровой код, который управляет адресным дешифратором запоминающего устройства (ЗУ), ЗУ разделено на отдельные каналы (зоны), поставленные в соответствии с уровнями квантования АЦП. По адресам, устанавливаемым кодами чисел из АЦП, в каналах ЗУ считываются числа, к которым в сумматоре прибавляется единица, поступающая из блока выбора оценки при появлении события. По истечении времени анализа в каналах ЗУ

пйлучаются числа, пропорциональныь оценкам опреаеляемого распрэцеления в точках. соответствующи)с уровням ЛЦП. Анализатор позволяет автоматически устанавливать уровни анализа, ставя в соответствие с каналами ЗУ уровне квантования АЦП 2.

Однако устройство не позволяет опреоелять о| авнаты плотности распреаеления вероятностей оля нестационарных процессов. Во многих задачах автоматического управлен:ия. например в задачах автюиЕа Мческого определения статистических характеристик, при исследовании роста дрожжевых культур приходится сталкиваться с нестационарными процессами, так как структура меняется от многих влияющих факторе в технологическсми процессе. В этих задачах процессы нестацисжарные с медленно меняющимися статистическими характеристиками, так как гфстесс роста - это инерционная система. Целью настоящего изобретения является расширение функцисжальных ЬозМомшрстей за счет (юределения плотности распределения вероятностей как стационарных, так и нестациона жых случайных iqjtmeccc.

Цель изобретения - расширение нк- ци.ональных возможностей за счет определения плотности распреаеления вероят«ностей нестациона жы случайных процессов.

Поставленная цель достигается тем, что в анализатор амплитудных распределений, содержащий аналЬго-ци|)овой пре образователь, вход которого является входом анализатора, а выход соединен через блок выбора оценки с первым входам сумматора, второй вход и выход котсфого соединены соответственно с выходом и первым входом эапс инающего устройства, вторЫ вход которого подключен к выходу адресного дешифратора, введены блок алементсв 2И-41ЛИ, счетчик, ключ, триггер управления, регистр сдвига, инфс мацисжный вход и выход кот(фо го соединены соответственно с выходом запоминающего устрЫ1ства и третьим входт« сумматора, управляющий вход регистра сдвига соединен с уоравлякшдам входом бл(жа алементов 2Ио-ИЛИ и перBbtM выходом тригг а управления, выход которого подключен ко второ му управляощему входу блсжа элементов , второй информационный апсод соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а мационный вход - с выходом счетчика.

вход которого подключен к выходу блока выбора оценки непосредственно, а через ключ - к входу триггера управления, выход схем 2И-ИЛИ подключен к входу адресного дешифратора.

.На чертеже изображена функциональная схема анализатора.

Устройство состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 1, адресного цешифрьтора 2, блока 3 выбора оценки, запоминающего устройства 4 (ЗУ), сумматора 5, блока 6 алементов 2Л-ИЛИ, счетчика 7 адреса утечек, триггера 8 управления адресом, регистра 9 сдвига и ключа 10.

АЦП преобразует входной аналоговый сигнал X ( t) в дискретный отсчет (цифровой код). Разрядность цифрового кода зависит от числа уровней квантования по амплитуде входного сигнала. Выходны цепи АЦП 1, по числу двоичных разрядов в дискретном отсчете входного сигнала поразрядно подключены к входам первых элементов И блока 6 элементов 2И-ИЛИ втсфые входы первых, элементов И соединны вместе и подключены к одному из входов триггера 8 управления адресом. На первые входы вторых элементов И блока Q элементов 2И-ИЛИ поразрядно подключены выходы счетчика 7. Вторые вхош вторых элементсю И блока соединены вместе и подключены к другому выходу триггера 8. Выходы блока 6 (по числу разрядов в дискретом отсчете) подклю чены к дешифратору 2 адреса, который преобразует код адреса в номер ячейки Памяти ЗУ 4. ЗУ содержит число ячеек. |оавное числу уровней квантования входного сигнала по амплитуце. Входы-выхооы ЗУ подключены ко входам - выходам сумматора 5 соответственно. Разрядность ЗУ и сумматора определяется объемшк

выборки М . Выходы ЗУ ПОДКЛЮЧ«1Ы ко

входам сумматора 5 также через регистр 9 сдвига, информация с выходов ЗУ при атсы может сдвигаться по разрядной сетке сумматора 5.

&dxoo блока 3 выбора (женки соединен с первым BfoaoM сумматора;(с целью добавления -t-l в сумматор), счетным входом счетчака 7 и через ключ Ю со счетным вхообм триггера 8.

Вхоя блока 3 выбора оценки подключен к выхму АЦП 1 и для любого выходного дискретного отсчета (кода) блок вырабатывает (импульс).

Дпя определения плотности распределения стационарных процессов ключ 10 разомкнут, йля определения распределения нестационарны) процессов ключ 10 зам нут. Число ординат (точек) кривой функци плотности распределения вероятностей определяется числом уровней квантовани (числом уровней анализа) входного сиг.нала по амплитуде. Объем выборки И (величина, циональная постоянной времени слежеий выбирается в зависимости от статисгвческой погрешности и скорости изменения статистических характернстяк. Величина N устанавливается кратной числу уровней квантования: N-a-Z , гае q - коэффициент пропорциональности, равный 1,2, . . .Ц ; R - число двоичных разрядов дис кретного отсчета. В предлагаемом анализаторе используется метод экспоненциального сглаживания. В режиме экспоненциального сгла живания очередная оценка вычисляется на основании рекурентного соотношения: Z (tj-tO-Z (-tj) , 2 (t j)+rrZ(t t 2(-k,A + 1)1 для плотности распредел ния вероятностей означает свершение со бытия. Период слежения (сглаживания) определяется временем, за которое определя ется значение функции плотности распре деления: Tj. N 0-2 Ч-t, где i - время, через которое прона водится дискретизация входных сигналов. Минимальный период слежения равен: T Работа анализатора для мннкмальяога периода слежения происходит следующем образом. За минимальный перисх слежш1вя регистрируется, i 2 событий Z (t ) , которые распределяются по каналам ЗУ в зависимости от пребывания в заоанном уровне анализа и за этот же пертоа слежения от содержямого хажпого канала берется утечка,- причем последователы но канал за каналом. .. В исходном СОСТОЯНИЙ в ЗУ авадвэатарй зафиксированы значения оценсж сфдиват кривой функции плотноств распределения f(t ), J S 0,1..,, N , счетчик 7 в единичном состоянии, триггер управления адресом и сумматор в нулевом состоянии. В дискретный момент времени на АЦП ((тксируется входной аналоговый сипнал, который преобразуется в дискретный отсчет X.oi ( Ojlj- )i код дискретного отсчета Хд через блок эпементов 6 поступает на дешифратор 2 из ЗУ согласно установленного адреса (1 -го), считывается число событий oi Оорое заносится на сумматор 5. На блока 3 на первый вход сум:матора 5 выдается импульс. Блок 3 выбора щенки производит преобразование пюбого дискретного отсчета, поступающего к& его вход от АЦП, в импульсный сигнал, что соответствует наличию свершившегося события. В сумматоре 5 по переднему фронту импульса с блока выбора оценки образуется сумма (tjtl) Z . (Ъ,.,- ) + cr( . , которая записывается в ЗУ по тому же адресу, а сумматор сбрасывается в нуль. По нереднему фронту импульса блока выбора оценки счетчик 7 устанавливается в нулевое состоя- ни, а триггер 8 по заднему фронту уртанавливается в единичное состояние. Потен циал с выхода триггера управления адресом блокирует прохождение информации от АПП, разрешает прохождение от счетчика адреса утечек и прохождение информации черюз регистр 9 сдвига. Нулевой адрес с выходов счетчика 7 адреса уте- ieK через блок 6 элементов 2И-ИЛИ поступает на вход дешифратора 2, по. которому из ЗУ считывается число Z которое записывается в сумматор 5 через вторые входы, через третьи входы поступает в сумматор ,hi от ЗУ через регистр 9. В сумматоре образуется разность , которая записывается- по тому же адресу в ЗУ. Сумматор сбрасывается в нуль. Выитание от накопленного числа событий величины о, аналогично ,утечке,. Которая может, быть восстановлена на т-ом же периоде слежения, если такое обытие произойдет для заданного уровня нализа. Далее- в дискретный момент времени , на АЦП фиксируется следующий сигал, который преобразуется в дискретный тсчет Ч, . Согласно коду дискретного тсчета выбирается адрес ЗУ, считывает-г гя число событий «а ЗУ () по становленному адресу в сумматор, в сумматоре производится добавление единицы и новая сумма Z (-bj )-2 ( -V уй2(1 + -1) записывается в ЗУ по т му же адресу, В счетчике адреса устанавливается первый (следующий) адрес, по которому из ЗУ считывается число событий 2|, , и записывается в сумматор, а через регистр 9 сд.вига в сумматор поступает Н-1 , в сумматоре образует число Z|, / VH ся разность: , которая записывается по первому адресу ЗУ. В момент времени tj получается дискретный отсчет Ху/),/| который преобразуется в адрес, и к хранящемуся числу событий по данному адрес добавляется единица, в результате получается новое число событий: z {vw-t)i()z()ia5)+ 2--(m-l)-(tj), которое записывается по тому же адресу В счетчике 7 устанавливается ( Ки - f ) адрес (последний в данном минимальном периоде слежения) и образуется разность:Z(w HXVYlM)-i()()VW, которая записывается по последнему адресу ЗУ. Таким образом, за период слежения в каналы ЗУ попадает столько событий, каков закон распределения случайной величины и за этот период от каждого канала берется по одной утечке. Для любого другого периода слежения, отличного от минимального, работа анализатора аналогична, только за период слежения определяется событий. Если закон распределения не изменяется, то для периода слежения в ЗУ сох раняется одна и та же кривая закона ра пределения. При изменении закона распределения отдаются предпочтения вновь поступающей информации, а старая инфор мация забывается, т. е. утечка разрушает старую информацию в тех каналах ЗУ, где нет eie подтверждения, а в других каналах она увеличивается с nofcToянной времени, пропорциональной N . Анализатор позволяет непрерьшно следить за изменением плотности распре целения вероятностей в реальном масштабе времени; При замкнутом ключе 10 анализатор определяет плотность распределения вероятностей для стационарного процесса. Наиболее эффективно использование данных, анализаторов в управлении текноло- гическими процессами. Они позволяют оперативно следить за процессом, повышается качество выпускаемой продукции и создается экономический эффект в народном хозяйстве. Формула изобретения Анализатор амплитудных распределений, содержащий аналого-цифровой преобразователь. Вход которого является входом анализатора, а выход соединен через блок выбора оценки с первым входом сумматора, второй вхоц и выход которого соединены соответственно с выходом и первым входом запоминающего устройства, второй вхоц которого подключен к выходу адресного дешифратора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения плотности распределения вероятностей нестационарных случайных процессов, в него введены блок элементов 2И-ИЛИ, счетчик, ключ, триггер управления, регистр сдвига, информационный вход и выход которого соединены соответственно с выходом запоминающего устройства и третьим входом сумматора, управляющий вход регистра сдвига соединен с управляющим входом блока элементов 2И-ИЛИ и первым выходом триггера управления, второй выход которого подключен ко второму управляющему входу блока элементов 2И-ИЛИ, второй информационный вход которого соединен с выходе аналого-цифрового преобразователя, а первый информационный вход - с выходом счетчика, вход которого подключен к выходу блока выбора оценки непосредственно, а через ключ - к входу триггера управления, выход блока схем 2И-ИЛИ подключен к входу адресного дешифратора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Мирский Г. Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов, М., Энергия, 1972, с. 304-ЗО9. 2.Доморацкий А. Н., Иванов Л. Н., Юрлов Ю. И. Многоцелевой статистический анализ случайных сигналов. Новосибирск, Сибирское отделение, Наука, 1975, с. 38,39, рис. 43 (прототип).