Устройство для определения коэффициента изменчивости случайного процесса Советский патент 1982 года по МПК G06G7/52 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ИЗМЕНЧИВОСТИ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА

I

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для определения статистических характеристик случайных нроцессов, представленных в аналоговой форме.

Известно устройство для определения коэффициента изменчивости случайного процесса, содержащее первый сумматор, первый вход которого подключен ко входу устройства, второй вход - к выходу первого инвертора, вход которого через п фильтров нижних частот соединен со входом устройства, блок умножения, первый вход которою подключен к выходу первого сумматора, первый усредняющий фильтр, вход которого соединен с выходом блока умножения, блок подбора скважности, вход которого подключен к выходу первого усредняющего фильтра, второй усредняющий фильтр, вход которого соединен с выходом блока подбора скважности, а выход - с выходом устройства, ключ, первый вход которого подключен ко входу первого инвертора, а второй вход к выходу блока подбора скважности, активный фильтр, вход которого соединен с выходом ключа, а выход - с третьим входом первого сумматора, второй инвертор, вход которого соединен со входом устройства, и второй сумматор, первый вход которого подключен к выходу второго инвертора, третий вход - к выходу активного фильтра, второй вход - ко входу первого инвертора, а выход - ко второму входу блока умножения 1 .

Недостатком устройства является относительно невысокая точность и сложность кон10струкции, так как реализация высокой точности таких схем измерений может быть обеспечена лишь при высокой точности всех блоков.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство дпя опреде15ления коэффициента изменчивости сл чайиого процесса, содержащее линейный преобразователь, последовательно включенные умножитель, блок усреднения и блок управления, выход которого подключен к управляемому входу

30 линейного преобразователя, фильтр нижних частот, вход которого подключен ко входу устройства, а выход - к сигнальному входу линейного преобразователя, первый инвертор. 3 9 первый сумматор, первый вход которого подключен ко входу фильтра нижних частот, а второй его- вход - через первый инвертор к выходу фильтра нижних частот, второй сумматор, входы которого подключены соответственно к выходу первого сумматора и к выходу линейного преобразователя, а выход к первому входу умножителя, второй инвертор и третий сумматор, первый вход которого подключен ко второму входу второго сумматора, второй его вход - через второй инвертор к выходу первого сумматора, а выход - ко второму входу умножителя 2. Это устройство характеризуется низкой точностью и сложностью, так как в известном устройстве сложным блоком является умно-. житель, работающий не в режиме измерения, а в режиме индикации равенства нулю усредненного произведения поступающих на его входы сигналов. Поэтому для обеспечения необходимой точности устройства требуется использовать в таких измерителях блоки умножения с высокими точностными характеристиками, а невыполнение этого требования ведет к снижению точности устройства в целом. Целью изобретения является повышение точности и упрощение устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения коэффициента изменчивости случайного процесса, содержащее сумматор, первый инвертор, фильтр нижних частот, вход которого является входом устройства, а выход подключен к входу инвертора и к сигнальному входу линейного преобразователя, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления, введены переключатели, квйдратор и генератор тактовых импульсов, выход которого подклю чен к подвижным контактам всех переклю чателей, при этом размыкающий KOHfaKT первого переключателя соединен с выходом линейного преобразователя, замыкающийся - с щиной нулевого потенциала, замыкающиеся контакты второго и третьего переключателей соединены соответственно с выходом второго инвертора и входом устройства, а размыкающиеся контакты - с щиной нулевого потен циала, подвижные контакты первого, второго и третьего переключателей подключены соответственно к входам сумматора, выход которого через квадратор соединен с входом пер вого инвертора .и размыкающимся контактом четвертого переключателя , замыкающийся ко такт которого подключен к выходу первого инвертора, а подвижный контакт соединен с входом блока усреднения. На чертеже приведена структурная схема устройства для определения коэффициента изменчивости случайного процесса. Устройство содержит фильтр 1 нижних частот, выход которого подключен ко входам линейного преобразователя 2 и инвертора 3, переключатели 4 и 5, сумматор 6, квадратор 7 и переключатель 8, при зтом входы сумматора 6 подключены соответственно к подвижным контактам перек: ючателей 4, 5 и 8, а выход сумматора 6 подключен ко входу квадратора 7. Выход линейного преобразователя 2 подключен к размыкающемуся контакту первого переключателя 8, а выход инвертора 3 подключен к замыкающемуся контакту второго переключателя 5, замыкающийся контакт переключателя 8 и размыкающиеся контакты переключателей 4 и 5 подключены к ишне нулевого потенциала, инвертор 9 и последовательно соединенные переключатель 10, блок 11 усреднения, блок 12 управления, размыкаюишйся контакт переключателя 10 подключен к выходу квадратора 7 непосредственно, а замыкающийся контакт - к выходу инвертора 9. Выход блока 12 управления подключен к управляющему входу линейного преобразователя 2, генератор 13 тактовых импульсов, выход которого подключен к подвижным контактам переключателей 4, 5, 8 и 10. Вход фильтра 1 нижних частот и замыкающийся контакт переключателя 4 подключены к входу 14 устройства, фильтр 1 им«ет импульсную переходIа -с/Т ную характеристику hCC) -1 Для индикации результатов измерения коэффициента изменчивости х в форме электрического сигнала удобно бЛЬк 12 управления, например, выполнить в виде ишротно-импульсного модулятора с частотной модуляцией, много больщей верхней частоты входного сигнала, а линейный преобразователь 2 в виде последовательно соединенных ключа, управляемого щиротно-импульсным модулятором, и фильтра, пропускающего лишь спектр входного сигнала. Тогда в качестве оценки х будет выступать относительная длительность импульсов щиротно-импульсного модулятора. Устройство работает следующим образом. При поступлении на вход 14 устройства случайного процесса x(t) на выходе фильтра 1 нижних частот формируется сигнал U. , .равный оценке математического ожидания Шу случайного процесса x(t) , т. е. U .т. В первом положении переключателей 4, 5, g и 10, как показано на чертеже, сигнал x(t), пройдя через фильтр I нижних частот, линейный преобразователь 2, сумматор 6, квадратор 7, образует на вхоле бл1жа 11 и, положительной полярности и равный 2 1 и, т k (t)(1) В другом положении переключателей 4, 5, 8 и 10 сигнал x(t), пройдя через фильтр 1 нижних частот, инверторы 3 и 9, сумматор 6 и квадратор 7, образует на входе блока 11 усреднения сигнал Uj отрицательной полярности и равный (t)-V«,( Генератор 13 тактовых импульсов, управля переключателями 4, 5, 8 н 10, позволяет полу чить на входе блока 11 усреднения переменны сигнал, имеющий форму меандра, амплитуда положительных импульсов которого равна U А, а отрицательных UA. На выходе блока 11 усреднения формируется сигнал, пропорциональный оценке -математического ожидания этого переменного сигнала, который, проходя через блок 12 управления, меняет коэффициен преобразования K(t) линейного преобразовател 2 до тех пор, пока сигнал U., пропорциональный оценке математического ожидания на выходе блока 11 усреднения не станет равен нулю, т. е. U4--K H)X-MtVxU)-Wxy 6 (3) При этом коэффициент преобразования K(t) линейного преобразователя 2 выступает в качестве оцензки коэффициента изменчивости случайного процесса и равен K(.tb3e g -ySiEE l, (4) ЗС -коэффициент изменчивости случайног процесса; Су -среднеквадратическое отклонение случайного процесса x(t). Точность предлагаемого устройства в основном определяется точностью блоков 11 и 12 (усреднения и управления). Кроме того, в предлагаемом устройстве может быть использован квадратор с любыми точностными харак теристиками, так как его точность не влияет на точность устройства, что значительно позволяет упростить устройство и снизить его стоимость. Экспериментальная проверка предлагаемого устройства подтвердила, что точность измерения коэффициента изменчивости случайного процесса в этом устройстве на порядок выше, чем у его прототипа. Кроме того, предлагаемое устройство обладает широкими функциональными возможностями, так как выходной сигнал фильтра нижних частот представляет собой оценку мате матического ожидания, а выходной с|1гнал линейного преобразователя - оценку среднеквадратического отклонения. Формула изобретения Устройство для определения коэффициента изменчивости случайного процесса,;одержащее сумматор, первый инвертор, фильтр нижних частот, вход которого является входом устройства а выход подключен к входу второго инвертора и к сигнальному входу линейного преобразователя, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления, вход которого подключен к выходу блока усреднения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения устройства, в него введены переключатели, квадратор и, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к подвижнь1м контактам всех переключателей, при этом размыкающийся контакт первого переключателя соединен с выходом линейного преобразователя, замыкающийся - с шиной нулевого потенциала, замыкающиеся контакты второго и третьего переключателей соединены соответственно с выходом второго инвертора и входом устройства, а размыкающиеся контакты - с шиной нулевого потенциала, подвижнь1е контакты первого, второго и третьего переключателей подключены соответственно к входам сумматора, выход которого через квадратор соединен с входом первого инвертора и размыкающимся контактом четвертого .переключателя, замыкающийся контакт которого подключен к выходу первого инвертора, а подвижный контакт соединен с входом блока усреднения. Источники .информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N 491955, G 06 G 7/00, 1976. 2.Приборостроение, Известия вузов СССР. 21. 1978, № 1,0. 10-13 (прототип). Т.