Устройство для статистической обработки информации Советский патент 1982 года по МПК G06F17/18 

1

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано при исследованиях различных физических явлений для статистической обработки данных,направле нной на построение математической модели объекта.

Известно устройство для статистической обработки информации, которое может быть использовано для получе- д ния математической модели объекта .

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, предназначенное ,5 для автоматического определения модели объекта, содержащее блок управления, датчики входных и выходных переменных объекта, соединенные с блоками памяти, выходы котор ых м подключены к блоку идентификации, и блок контроля идентификации, соединенный своим первым вхЬдом и выходом блока идентификации. Построение модели объекта сводится к решению систем нормальных уравнений, которая в матричной форме может быть записана в виде

(1)

.,

где В - вектор коэффициентов модели4

X - матрица независимых переменных;

X - транспонированная матрица X,

У - вектор наблюдений.

Коэффициенты модели определяются из ( согласно выражению

в--()-хЬ С2)

с дисперсиями

.,

где С.. - диагональные элементы матрицы ( Х Х) и yj дисперсия ошибки опыта.

В известном устройстве по накопленным в памяти массивам входных

X и выходных у переменных блок идентификации определяет коэффициенты В модели в соответствии с выражением ( 2 ). Блок контроля идентификации производит проверку значимости полученной модели, т.е. ее пригодности для оптимизации управления объектом.

В общем случае анализ значимости модели включает в себя два этапа. На первом этапе проверяется значимость коэффициентов модели, а на втором - ее адекватность опытным данным. Проверка адекватности модели осуществляется сопоставлением дисперсии ошибки опыта с величиной

(3)

N-C

где - - предсказанное по модели значение У в i-ом опыте N - число опытов; К - число регистрируемых переменных в эксперименте; d - степень аппроксимирующего полинома 2.

В устройстве-прототипе выполняется только проверка значимости коэффициентов модели. Для осуществления проверки адекватности вмодели экспериментальным данным традиционными методами в известном устройстве потребовалось бы хранить матрицу независимых переменных И и вектор наблюдений У до конца эксперимента; вычислять и запоминать значения 9i рассчитанные в соответствии с полученными по выражению (2 ) коэффициентами математической модели-, проводить вычисления по нахождению дисперсии неадекватности в соответствии с выражением (3 ).

Все это потребовало бы в известных устройствах наличия дополнительных вычислительных мощностей или средств и объема оперативной памяти, а кроме того привело бы к непроизводительным затратам времени на обработку экспериментальных данных.

Цель изобретения - упрощение и повышение быстродействия устройства при осуществлении проверки адекватности модели экспериментальным данным.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для статистической обработки информации, содержащее первый и второй блоки памяти.

информационные входы которых являются соответственно первым и вторым входами устройства, первый и второй блоки памяти управляющий вход каждого из блоков памяти соединен соответственно с первым и вторым выходами блока управления, а выход каждого блока памяти подключен к соответствующему входу блока идентификации, выход которого соединен с N первым входом блока контроля идентификации, введены реверсивный счетчик, сумматор-вычитатель, ключ, счетчик с переменным коэффициентом счета

и квадратор, первый вход которого соединен с выходом второго блока памяти, а выход соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого подключен к третьему

выходу блока управления, а выходы ключа соединены соответственно с суммирующим входом сумматора-вычитателя и информационным входом счетчика с переменным коэффициентом

счета, управляющий вход которого подключен к четвертому выходу блока управления, а выход соединен с вычитающим входом сумматора-вычитателя, выход которого соединен со вторым входом блока контроля идентификации, управляющий вход - с пятым выходом блока управления непосредственно и через реверсивный счетчик с третьим входом блока контроля идентификации, первый выход которого является выходом устройства и соединен с вторым входом квадратора, а второй выход блока контроля идентификации подключен к входу блока управления, шестой выход которого соединен с четвертым входом блока контроля идентификации, кроме того, блок контроля идентификации состоит из коммутатора, выход которого через делитель соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой подключен к первому выходу узла хранения констант и уставок и первому входу коммутатора, второй вход которого является вторым входом блока а третий вход коммутатора является первым входом блока и соединен через регистр с первым входом ключа, второй вход которого подключен к выходу элемента И, информационный вход которого соединен с выходом схемы сравнения и является вторым выходом блока, управляющий вход элемента И объединен с четвертым входом коммутатора и является четвертым входом блока, при этом вход узла хранения констан и уставок является третьим входом блока, кроме того, блок управления содержит генератор импульсов, выход которого соединен с первыми входами узла регистров сдвига и узла элемен тов И, второй вход узла регистров сдвига соединен с выходом узла памя ти, а выход - с вторым входом узла элементов И, третий вход которого является входом блока, а выход соединен с узлом формирователей импуль сов, выходы которого являются соответственно с первого по шестой выход ми блока. На фигЛ представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - схема блока управления, на фиг.З - схема блока контроля идентификации. Устройство содержит датчики. 1 входных и выходных переменных объекта управления, блоки 2 памяти, блок 3 идентификации, блок k управления, блок 5 контроля идентификации, квадратор 6, ключ 7, сумматор-вычитатель 8, счетчик 9 с переменным коэффициен том счета, реверсивный счетчик 10, генератор 11 импульсов, узел 12 памяти, узел 13 регистров сдвиг, блок I элементов И, блок 15 формиро вателей импульсов, регистр 16, коммутатор 17, делитель 18, схема 19 сравнения, узел 20 хранения констант и уставок, элемент И 21 и ключ 22. Устройство работает следующим образом. Входные и выходные переменные объекта управления с помощью датчиков 1 преобразуются во входные и выходные сигналы, которые накапливаются в блоках 2 памяти. В процессе проведения эксперимента в блоках 2 памяти накапливают ся значения независимой переменной X, вектора наблюдений У. По окончани накопления X и У считываются из памяти по команде блока k управления и подаются на входы 10 и 11 бло 3 идентифика-ции, в котором рассчитываются коэффициенты регрессионной мрдели из системы нормальных уравнений (.1 ) и дисперсии , характеризующие ошибки в их определении. Вычисленные значения t) и5 ЬЛпос тупают в блок 5 контроля идентифика ции, где выполняется проверка их 36 значимости. Для этого делителем 18 блока 5 рассчитывается величина которая затем сравнивается в схеме 19 с табличными (табулированными) значениями ty, хранимыми в узле 20 хранения констант и уставок, В слу- чае, если ) то коэффициент Ь признается значимым. При выполнении условия С) на выходе схемы 19 сравнения формируется сигнал, разрешающий поступление значений коэффициентов математической модели исследуемого явления (процесса) на выход устройства, к примеру на печать. В процессе проверки значимости коэффициентов, их значения хранятся в регистре 16. Сигнал на ключ 22, разрешающий считывание коэффициентов модели с регистра 16, поступает с выхода элемента И 21„ Сигнал на втором входе элемента И 21, отвечающий уровню сигнала на ее первом входе, формируется блоком i управления. По этому же сигналу коммутатор 17 производит подключение выхода блока 3 идентификации ко входу блока 5 контроля идентификации, т.е. осуществляет передачу значений Ъ- и 5 Ь на вход делителя 18. Оценка дисперсии неадекватности 5(дд в предлагаемом устройстве осуществляется блоками 6-9 следующим образом. Одновременно с поступлением в блок 3 идентификации текущие значения выходной переменной ) подаются на вход квадратора 6 и далее значения У через ключ 7 поступают на суммирующий вход сумматора -: вычитателя 8. Суммирование производится N раз (N - число опытов). В результате в сумматоре вычитателе 8 канапливается сумма .S . Пос it-i ле N циклов Суммирования блок управления выдает сигнал на управляющий вход ключа 7, который подключает выход квадратора 6 ко входу счетчика 9 с переменным коэффициентом счета.. Затем с выхода блока 5 коэффициенты Ъ после проверки их значимости поступают на второй вход квадра.тора 6, с выхода которого значения lo подаются через ключ 7 на вход счетчика 9 с переменным коэ фициентом счета. Счетчик 9 используется для умножения очередного зна чения Ъ: на константу, равную числу опытов N (N-коэффициент пересче та) , которая поступает из блока управления и устанавливается на счетчике 9 в начале вычислений 9аЛ С выхода блока 9 произведения N, подаются на вычитающий вход суммато ра-выЧитателя 8. Число вычитаний Р (P C + j-COMstl задается блоком i управления. После Р-циклов вычитания на выходе сумматора-вычитателя 8 образуется сумма N. 9 .S.-NH-b (--, t 1, которая поступает в блок 5, где делителем 1Ь выполняется ее деление на константу N-P-1(б) Значение константы формируется в цессе подсчета сумм -lyi j реверс ным счетчиком 10 и поступает в него узел 20 хранения констант и уставок Поступление на вход делителя 18 зна ний величин, определяемых выражениям (5) и (6), осуш1ествляется ком утатор 17 по команде с блокад управления. В результате блоком 5 устройстопределяется оценка дисперсии ва неадекватности 50 д в следующем виде: ..ъЬ Можно показать, что выражение () эквивалентно выражению (3). Блок 5 контроля идентификации производит проверку адекватности модели сравнения в схеме 19 величины 5дд с заданной величиной ошибки опыта, значение которой хранится в узле 20. По окончании цикла проверки значимости модели блок 5 выдает сиг- , нал Модель адекватна (неадекватна) на блок Ц управления. Проверка адекватности найденной модели объекта ( процесса)экспериментальным данным подобным образом позволяет обеспечи высокое быстродействие предлагаемог устройства за счет того, что в случае для определения величины ..д не требуется предварительное вычисл ние значений V , предсказанных по модели. При этом также существенно экономится память, так как отпадает необходимость хранить матрицы X и У до конца эксперимента. Блок 4 управления формирует временную последовательность сигналов управления команд в следующей очередности: 1)занесение в счетчик 9 величины N; . 2)считывание из блоков 2 памяти исходных данных (массивов Х,Х/, 3)выдача сигнала на переключение ключа 7 после Р циклов суммирования в сумматоре-вычитателе 8; 4)формирование сигнала передачи результата из сумматора-вычитателя 8 в блок 5 после Р циклов вычитания в сумматоре-вычитателе 8, 5)формирование сигнала Конец проверки по сигналу на выходе блока 5 Модель адекватна (неадекватна) Формирование импульсов временной диаграммы осуществляется в блоке k уп эавления с помощью узла 13 регистров сдвига, блока элементов И и формирователей блока 15. Узел 12 памяти, задающий программу работы устройства, представляет собой управляющую память, информация из которой выдается в соответствии с нажатыми клавишами пульта оператора. Преимущественная область использования предлагаемого устройства автоматизация локальных экспериментов на подвижных объектах. Формула изобретения 1. Устройство для статистической обработки информации, содержащее первый и второй блоки памяти, информационные входы которых являются соответственно первым и вторым входами устройства, управляющий вход каждого из блоков памяти соединен соответственно с первым и вторым выходами блока управления, а выход каждого блока памяти подключен к соответствующему входу блбка идентификации, выход которого соединен с первым входом блока контроля идентификации, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия устройства при осуществлении проверки адекватности модели экспериментальным данным, 9 оно содержит реверсивный счетчик, сумматор-вычитатель, ключ, сметчик с переменным коэффициентом счета и квадратор, первый вход которого соединен с выходом второго блока памяти, а выход соединен с информа ционным входом ключа, управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока управления, а выходы ключа соединены соответственно с суммирующим входом сумматора-вычитателя и информационным входом счетчика с переменным коэффициенто счета, управляющий вход которого подключен к четвертому выходу блока управления, а выход соединен с вычитающим входом сумматора-вычита теля, выход которого соединен со вторым входом блока контроля идентификации, управляющий вход - с пя тым выходом блока управления непосредственно и через реверсивный счетчик - с третьим входом блока контроля идентификации, первый выход которого является выходом ус ройства и соединен со вторым входо квадратора, а второй выход блока контроля идентификации подключен к входу блока управления, шестой выход которого соединен с четверты входом блока контроля идентификации. 2. Устройство по П.1, о т л ичающееся тем, что блок кон роля идентификации состоит из комм татора, выход которого через делит соединен с первым входом схемы сра нения, второй вход которой подключен к первому выходу узла хранения констант и уставок и первому входу . коммутатора, второй вход которого является вторым входом блока, а третий вход коммутатора является первым входом блока и соединен через регистр с первым входом ключа, второй вход которого подключен к выходу элемента И, информационный вход которого соединен с выходом схемы сравнения и является вторым выходом блока, . управляющий вход элемента И объединен с четвертым входом коммутатора и является четвертым входом блока, при этом вход узла хранения констант и уставок является третьим входом блока, 3. Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок управления содержит генератор импульсов, выход которого соединен с первыми входами узла регистров сдвига и узла элементов И, второй вход узла регистров сдвига соединен с выходом узла памяти, а выход - со вторым входом узла элементов И, третий вход которого является входом блока, а выход - соединен с узлом формирова телей импульсов выходы которого являются соответственно с первого по шестой выходами блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 189238, кл. Q 06 F 15/00,v1966. 2.Авторское свидетелвство СССР № , кл. G 05 В 13/00, 1973 (прототип).

1

ifeJ