Устройство для прогнозирования случайных функций Советский патент 1982 года по МПК G06F17/17 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ФУНКЦИЙ

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для прогнозирования дискретных временных функций нестационарных случайных процессов и может быть использовано в системах автоматического управления и регулирования. Известно устройство для экстраполяции случайных процессов, содержащее блоки задержки, сумматор Qj Недостатком устройства является возможность прогнозирования только стационарных случайных функций и на интервале, ограниченном временем кор реляции этих функций. Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь, регистры, блок весовых коэффициентов, блоки памяти, блок управления, блок формирования адреса и др. Однако в устройстве недостаточно большой интервал прогноза, при увеличении которого резко возрастают погрешности. Целью изобретения является увеличение интервала прогнозирования. Поставленная цель достигается тем, что 3 устройство для прогнозирования случайных функций, содержащее аналого-цифровой преобразователь, информационный вход которого является информационным входом устро ства, а управляющий вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, блоки памяти, управляющие входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, введен блок анализа, включающий блок регистров, регистр, блоки элементов И и ИЛИ, счетчик, выходы которого .подключены ко входам дешифратора, элемент задержки, элемент И и комбинационный сумматор,. выходы которого подключены поразрядно ко входам регистра, вход блока регистров блока анализа подключен к выходу 9 первого блока памяти, первый вход блока элементов И блока анализа сое динен с выходом второго блока памяти, первые информационные входы бло ков памяти соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, вто рой вход блока элементов И объединен с первым входом элемента И блок анализа и является разрешающим входом устройства, второй вход элемента И блока анализа соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход элемента И блока анализа подключен ко входу счетчика и элемента задержки блока анализа, выход которого соединен с первым входом блока элементов ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу блока элементов И, выходы блока элементов И/М и регистра блока анализа подключены ко вторым информационным входам соответ ственно первого и второго блоков па мяти, выход дешифратора блока анали за подключен к третьему информацион ному входу блоков памяти, входы ком бинационного сумматора блока анализа подключены к соответствующим выходам блока регистров. На фиг. 1 представлена блок-схем устройства; на фиг. 2 - рисунки, по ясняющие работу устройства; на фиг. схема блока управления , на фиг. блок-схема, блока анализа. Устройство содержит аналого-цифро вой преобразователь 1, блок памяти 2, блок памяти 3, двоичный счетчик k, блок управления записью 5, блок анализа 6, генератор 7 тактовых импульсов. Счетчик Ц и блок управления записью 5 образуют единый, блок управления. Устройство работает следующим об разом. На вход преобразователя 1 поступает непрерывный во времени сигнал. Преобразователь 1 в моменты поступления тактовых импульсов генератора 7 преобразует непрерывный сигнал в цифровой код, который поступает в соответствующие ячейки блока 2 па мяти. Блок 2 - трехмерное запоминающее устройство, представляет собой набор двумерных матриц памяти. В каждую матрицу записывается одна реализация слу 4айного процесса. Частота дискретизации и длина реализации процесса задаются, соответственно, интервалом между тактовыми импульсами и емкостью двоичного счет4чика t. Блок управления 5 по числу тактовых импульсов, подсчитанных счетчиком ,. определяет адрес записи очередного кода в блок 2 и блок 3. При полном заполнении информацией блока 2 происходит стирание самой старой реализации случайного процесса и запись на ее место новой реализации. Блок управления записью (фиго 3) осуществляет управление записью информации в первый и второй блоки памяти , показанные на фиг. 3 в виде матриц. Блок управления 5 записью состоит из первого дешифратора 8, второго дешифратора 9 и ключей 10. Работает блок 5 следующим обраНа общие (горизонтальные) шины матрицы блоков 2 и 3 в моменты, определяемые тактовыми сигналами, поступает позиционный код, характеризующий текущ ее значение случайной функции (измеряемого параметра).Счетчик 4 состоит из .двух последовательно соединенных двоичных счетчиков 11 и 12. Счетчик 11 подсчитывает количество тактовых сигналов, а дешифратор 8 определяет номер вертикальных шин матриц блоков памяти 2 и 3. Счетчик 12 подсчитывает количество циклов работы счетчика 11, а дешифратор 9 определяет номер матрицы памяти 2 и 3. Таким образом, совокупность сигналов на выходе дешифратора 8 и 9 и на выходе преобразователя определяют адрес ячейки памяти для записи информации (единицы) в блоках памяти 2 или 3. Емкость сче тчика 11 определяется количеством дис.кретных временных отсчетов одной реализации случайного процесса, а емкость счетчика 12 - количеством реализаций случайного процесса, хранящихся в блоке памяти 2 плюс одна прогнозируемая функция, з;аписываемая в блок памяти 3. При наборе заданного количества реализаций статистики, т.е. при заполнении блока памяти 2, очередное измеренное значение функции поступает в блок памяти 3 и служит признаком начала прогнозирования. Собственно прогнозирование начинается после полного заполнения блока 2 реа/мзациями случайного процесса, т.е. после набора статистики заданного объема. Измерение, поступившее в устройство .после заполнения блока 2, записывается в соответствующую ячейку блока 3. После этого анализатор-предсказатель производит анализ реализаций случайного процесса, записанных в блоке 2, определение наиболее вероятной прогнозной дис-. кретной функции этого процесса и за писывает ее в блок 3, который представляет двумерную матрицу. Из блока 3 информация выводится на регулирующие органы или индикацию. Блок анализа 6 (фиг. k) состоит из элемента И 13, элемента задержки I, двоичного счетчика 15, дешифратора 16, блока регистров 17, блока элементов ИЛИ 18, комбинационного сумматора 19, блока элементов И 20 и регистра 21 Работает блок 6 следующим образом. При поступлении дискретного значения измеренного параметра во второй блок памяти 3, формируется сигнал Разрешение прогноза, поступающий на входы блоков 13 и 20. На выходе блока 20 при этом появляется позиционный код, соответствующий состоянию матрицы блока 3 (или очередному измеренному значению). Про ходя по общей шине всех матриц блока памяти 2, этот сигнал распознает все матрицы, которые имеют такое же состояние, что и матрица блока 3 При поступлении на второй вход блока 13 тактового сигнала, импульсом на его выходе производится увеличение числа в счетчике 15 на единицу, в результате чего на выходе дешифратора появляется сигнал, соответствующи следующему моменту времени (первый прогнозный момент времени). После эт го импульс с выхода блока 13, задер жанный элементом задержки Н поступает через элементы ИЛИ блока 18 на общие шины матриц первого блока пам ти и происходит считывание состояний из матриц первого блока памяти 2 в регистры блока 17 Комбинационным Сумматором 19 определяется состояние с наибольшим весом, что определяет наиболее вероятное прогнозное значение параметра в этот момент времени. Это состояние позиционным кодом передается в регистр 21 и записывается в соответствующую ячейку блока памяти 3. Адрес ячейки определяется позиционным кодом дешифратора 16 и регистра 21, Таким образом осуществляется прогноз на один временный интервал. Причем факт записи информации в блок 3 является признаком начала прогноза. Следовательно, после записи первого прогнозного значения функции начинается уже описанный цикл прогноза на следующий временной интервал и так далее, пока не будет осуществлен прогноз на заданное количество временных отсчетов. Тактовый сигнал на входе элемента 13 существует в течение времени, необходимого для осуществления прогноза дискретной случайной функции. Работа блока 6 поясняется ниже приведенным примером, в котором для простоты принято, что блок 2 имеет десять матриц размером по оси X - пять дискретных состояний параметра, по оси t - пять временных отсчетов. Операции прогнозирования иллюстрируются рисунками, приведенными на фиг, 2, на которых даны условные обозначения матриц блока 2 (фиг. 2а-2г) и блока 3 (фиг, 2д). Пусть блок 2 заполнен и в очередной момент t в устройство поступает измеренное значение параметра , Это значение записывается в матрицу 11 (фиг. 2д) в ячейку с координатами (, ) (в дальнейшем координаты обозначаются 1, З)). Для нахождения прогнозного значения параметра в момент Ь 2 выполняются следующие операции Блок 6, посылая по общей шине состояния fl, 3 импульс, распознает все матрицы блока 2, которые имеют такое же состояние. На фиг, 2а показано, что это бу- дут матрицы 1, 3, 7,: .Блоком 6 анализируется состояние этих матриц в момент 2, Из фиг.2а следует, что это будет, соответствен но, состояние {2 ,2 ,{2,31 и . Из всех обнаруженных состояний в моментt 2 этих матриц, блок 6 определяет наиболее вероятное значение параметра. Очевидно, что это состояние 2,21, На основании этого, в матрицу 11 (блок памяти 3) записывается прогнозное значение ,2. Для нахождения прогнозных значений в последующие моменты времени 3 , 5, в цикле выполняются операции (фиг, 26, в, г соответственно). Количество таких циклов определяется интервалом прогнозирования. На фиг. 2д показана полученная прогнозная дискретная функция случайного процесса. По мере поступления .новых измерений прогнозная функция, в случае существенных отклонений, корректиру ется путем выполнения описанных опе раций. Основным эффектом предлагаемого устройства является возможность про гнозирования нестационарных случайных процессов на время, значительно превышающее интервал корреляции процессов, повышение точности прогн зирования. Формула изобретения Устройство для прогнозирования сл чайных функций, содержащее аналогоцифровой преобразователь, информаци онный вход которого является информационным входом устройства,, а упра ляющий вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, блоки памяти, управляющие входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, отличающееся тем, что, с целью увеличения интервала прогно зирования, в устройство введен блок анализа, включающий блок регистров, регистр, блоки элементов И и ИЛИ, счетчик, выходы которого подключены ко входам дешифратора, элемент задержки, элемент И и комбинационный сумматор, выходы которого подключены поразрядно ко входам регистра. вход блока регистров блока анализа подключен к выходу первого блока памяти, первый вход блока элементов И блока анализа соединен с выходом второго блока памяти, /первые информационные входы блоков памяти соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй вход блока элементов И объединен с первым входом элемента И блока анализа и является разрешающим входом устройства, второй вход элемента И блока анализа соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход элемента И блока анализа подключен ко входу счетчика и элемента задержки блока анализа, выход которого соединен с первым входом блока элементов ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу блока элементов И, выходы блока элементов ИЛИ и регистра блока анализа подключены ко вторым информационным входам соответственно первого и второго блоков, памяти, выход дешифратора блока анализа подключен к третьему информационному входу блоков памяти, входы комбинационного сумматора блока анализа подключены к соответствующим выходам блока регистров. i Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 591873, кл. G Об F 15/00, 1976. 2.Ивахненко А.Г. и Лапа В.Г. Кибернетические предсказывающие устройства. Киев, Наукова думка, 1965, с. h2 (прототип).

4 НЧ

U2.2

тта

vl

aaae

SP

I

I I

ЕЭ

«