Устройство для контроля случайных процессов с помехами

Устройство для контроля случайных процессов с помехами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ С ПОМЕХАМИ, содержащее последовательно соединенные блок памяти,первый блок суммирования, первый лок деления7 первый кзадратор , первый блок вычитания, первый блок извлечения квадратного корня и блок умножения, последовательно соединенные блок выбора минимального значения, второй блок вычитания, пер:вый блок сравнения, первый ключ, блок выбора максимального значения, третий блок-вычитания, второй блок сравнения, второй ключ и последовательно соединенные второй квадратор, второй блок суммирования и второй блок деления, а также блок задания корректирующих коэффициентов и счетчик , выход которого соединен с вторыми входами первого и второго блоков деления, а вход - с выходом блока памяти, вторым входом первого ключа, входом блока выбора минимального зна сения , входом первого блока суммирования и входом второго квадратора, выход первого блока деления соединен с вторыми входами второго и третьего блоков вычитания и второго ключа, выход второго блока деления (Л . связан с вторым входом первого блока вычитания,вторые выходы первого и второго блоков сравнения подсоединены соответственно к первому и второму входам блока памяти, третий информационный вход которого является входом устройства, а выход блока задания корректирующих коэффициентов подключен к второму входу блока умножения , выход которого связан с вторыми, входами первого и второго i блоков сравнения, выход второго ключа является выходом устройства, о тличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, выход счетчика соединен с входом блока задания корректирующих коэффициентов;

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕ(ФУБЛИН (19) 0 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A»TOP»K»MY а»Идат»Л»С»в»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

»» (21) 36 1 1170/24-24 (22) 21 ° 06.83 (46) 23.02.85. Бюл. В 7 (72) E.Â. Кузнецов и Л.И. Могилевкин (71) Специальное проектно-конструкторское бюро средств. автоматизации нефтедобычи и нефтехимии "Нефтехимпромавтоматика" (53) .681.396(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР ,,У 849152, кл. G 05 В 23/02;

С 06 F 15/46, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР rfo заявке Р 3332193/18-24, кл.G 05 В 23/02; G 06 F 15/46, 1982 (протэтип).

3. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика:

Жновы моделирования и первичная обработка данных. М., "Финансы и статистика", 1983, с. 439-440. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДПЯ КОНТРОЛЯ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ С ПОМЕХАМИ, содержащее последовательно соединенные ! блок памяти, первый блок суммирования, первый блок деления, первый квадратор, первый блок вычитания, первый блок извлечения квадратного корня и блок умножения, последовательно соединенные блок выбора минимального значения, второй блок вычитания, пер: вый блок сравнения, первый ключ, блок выбора максимального значения, тре4(5 ) G Об F 15/46; С 05 В 23/02 тий блок .вычитания, второй блок сравнения, второй ключ и последовательно соединенные второй квадратор, второй блок суммирования и второй блок деления, а также блок задания корректирующих коэффициентов и счетчик, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго блоков деления, а вход — с выходом блока памяти, вторым входом первого ключа, входом блока выбора минимального значения, входом первого блока суммиро-, вания и входом второго квадратора, выход первого блока деления соединен с вторыми входами второго и гретьего блоков вычитания и второго ключа, выход второго блока деления связан с вторым входом первого блока вычитания,вторые выходы -первого и второго блоков сравнения подсоединены соответственно к первому и вто-. рому входам блока памяти, третий информационный вход которого является входом устройства, а выход блока задания корректирующих коэффициентов подключен к второму входу блока умножения, выход которого связан с вторыми. входами первого и второго блоков сравнения, выход второго ключа является выходом устройства, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, выход счетчика соединен с входом блока задания корректирующих коэффициентов;

1141423

Изобретение относится к вычйслительной технике .и может быть использовано при цифровой обработке информа- ции о состоянии объекта, поступившей в виде совокупности случайных процессов с помехами.

Известно устройство для контроля параметров, содержащее последовательно соединенные блок памяти, первый сумматор, первый блок деления, пер- 10 вый квадратор, первый блок вычитания, блок извлечения квадратного корня и блок умножения, последовательно соединенные блок выбора минимального значения, второй блок вычитания, пер- 15 вый блок сравнения, первый ключ, блок выбора максимального значения, третий блок вычитания, второй блок сравнения и второй ключ, и последовательно соединенные второй квадра- 2б тор, второй сумматор и второй блок деления, а также счетчик, соединенный выходом с вторыми входами первого и второго блоков деления, а входом — с выходом блока памяти,свторым входом 25 первого ключа и входами блока выбора минимального значения, первого сумматора и второго квадратора, выход первого блока деления соединен с вторыми входами второго и третьего бло- Зо ков вычитания и второго ключа, выход второго блока деления соединен с вторым входом первого блока вычитания, а вторые выходы первого и второго блоков сравнения соединены соответ35 .ственно с первым и вторым входами блока памяти (1) .

Это устройство осуществляет удаление недостоверных значений в выборках ограниченного объема (Ь650, где n — - объем выборки), что приводит к невысокой достоверности результатов контроля параметров в случае их, сильного искажения помехами, когда ограниченный объем выборки влияет на,5 достоверность результатов. второй блок сравнения и второй ключ

1 и последовательно соединенные второй

1 квадратор, .второй сумматор и второй блок деления, а также блок задания корректирующих коэффициентов и счетчик, соединенный выходом с вторыми входами первого и второго блоков деления, а входом — с выходом блока памяти, с вторым входом первого ключа и входами блока выбора минимального значения, первого сумматора и второго квадратора, выход первого блока деления соединен с вторыми входами второго и третьего блоков вычитания и второго ключа, выход второго блока деления соединен с вторым входом первого блока вычитания, вторые выходы первого и второго блоков сравнения соединены соответственно с первым и .вторым входами блока памяти, а выход блока задания корректирующих коэффициентов соединен с вторым входом блока умножения )2J .

Устройство осуществляет удаление недостоверных значений в выборках любого объема, так как для и « 50 корректирующие коэффициенты g(hj табулированы и хранятся в блоке задания корректирующих коэффициентов, а для п>50 значение g foJ вычисляются по формуле, реализуемой функциональным преобразователем

1рц М (Ю, <1) щ.1 ч - —,„

P — заданная доверительная вероятность; обычно принимается в статистических расчетах одно из значений: 0,90; 0,95 или

0,99; (f(3- функция, обратная функции нор-; мального распределения; (3)

" " .. "(М Ы (.)))6(in-. )

Известно также устройство для . контроля параметров, содержащее последовательно соединенные блок памяти, первый сумматор, первый дели- 56 тель, первый квадратор, первый блок вычитания, блок извлечения квадратного корня и блок умножения, последовательно соединенные блок выбора максимального значения, второй блок 55 вычитания, первый блок сравнения, первый ключ, блок выбора максимального значения> третий блок вычитания, Известное устройство имеет сложную техническую реализацию, так как в нем используются блок задания. корректирующих коэффициентов для хранения значений gf>), ключи и блок сравнения, осуществляющие управление формированием корректирующих коэффициентов 1 (и) в зависимости от объема выборки и .

Цель изобретения — упрощение устройства.

3 114.1 42

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для контроля случайных процессов с помехами, содержащем последовательно соединенные блок памяти, первый блок суммирования, первый блок деления, первый квадратор, первый блок вычитания, первый блок извлечения квадратного корня и блок умножения, последовательно соединенные блок выбора мини- 10 мального значения, второй блок вычи-.. тания, первый блок сравнения, первый ключ, блок выбора максимального значения, третий блок вычитания, второй блок сравнения, второй ключ .и последовательно соединенные второй квадратор, второй блок суммирования и второй блок деления, а также блок задания корректирующих коэффициентов и счетчик, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго блоков деления, а вход — с выходом блока памяти, вторым входом первого ключа, входом блока выбора минимального значения, входом первого блока суммирования и входом второго квадратора, выход первого блока деления соединен с вторыми входами второго и третьего блоков вычитания.и второЪ

P= 0,99 = 0,95

Объем выборки, К у п) )z(nj

1,850

2,293

1,869

2,294

2,494

2,623

2,718

2,792

1,917

2,414

1,972

2,616

2,905

3,079

3,200

3,291

1,888

2,412

2,637

2,778.

2,880

2,958

1,905

2,611

2,903

2,638 2,493

2,623

2,779

3,078

2,880 2,718

2,958 2,792

3,200

3,292

50 коэффиЦиентов; на фиг.3 — схема блока формирования аргумента обратной функции нормального распределения; на фиг.4 — схема блока обращения функции нормального распределения;

55 на фиг.5 — схема блока коррекции.

Устройство содержит блок 1 памяти, счетчик 2, блоки выбора минимального 3 и максимального 4 значений, Это позволяет осуществлять формирование значений g fng только с. по мощью блока задания корректирующих: коэффициентов для любых Ь и, схидо. вательно, упростить устройство для контроля параметров.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 схема блока задания корректирующих

3 4 го ключа, выход второго блока деления связан с вторым входом первого блока вычитания, вторые выходы первого и второго блоков сравнения подсоединены соответственно к первому и второму входам блока памяти, третий информационный вход которого является входом устройства, а выход блока задания корректирующих коэффициентов подключен к второму входу блока умножения, выход которого связан с вторыми входами первого и второго блоков сравнения, выход второго ключа является выходом устройства, выход счетчика соединен с входом блока задания корректирующих коэффициентов.

Сущность изобретения основана на использовании экспериментально установленного факта, что для значений доверительной вероятности О, 99 (которые обычно используются при статических вычислениях) и практически любых объемах выборки И, включая и малые (10(n(30), рассчитанные Я и табулированные / (а) значения корректирующих коэффициентов, приве-, денные в таблице,с точки зрения практических приложений близки.

1141423 первый 5 и второй 6 блоки суммирования, первый 7 и второй 8 блоки деления, блок 9 задания корректирующих коэффициентов, первый 10 и второй 11 квадраторы, первый 12, второй 13 и третий 14 блоки вычитания, блок .15 извлечения квадратного корня, блок

16 умножения, первый 17 и второй 18 блоки сравнения, первый 19 и второй

20 ключи.

Блок 9 содержит узел 21 формирования аргумента обратной функции, узел 22 обращения функции нормального распределения, узел 23 коррекции и элемент 24 умножения.

Узел 21 (фиг.3) содержит элемент

25 деления, элемент 26 вычитания и элемент 27 задания констант.

Узел 22 (фиг.4) содержит элемент

28 извлечения квадратного корня, элемент 29 логарифмировани, второй

30 и третий 31 элементы вычитания, первый элемент 32 возведения в квадрат, второй элемент 33 деления, первый 34 и второй 35. элементы суммирования, второй элемент 36, задания констант, первый 37, второй 38, третий 39, четвертый 40, пятый 41, шестой 42 и седьмой 43 элементы умножения °

Узел 23 (фиг.5) содержит третий элемент 44 задания констант, второй элемент 45 извлечения квадратного корня, второй 46 и третий 47 элементы возведения в квадрат, третий 48 .четвертый 49 и пятый 50 .элементы сум мйрования, третий 51 и четвертый 52 элементы деленю, четвертый элемент, 53 вычитания, восьмой 54,девятый 55 и десятый 56 элементы умножения .

Работа устройства основана ча том что значение z $n) в выборке объема и считается недостоверным и подлежит исключению из дальнейшей обработки, если

/Qg(и)-х (й)/з д)((nj /(и).> (4) . pe g„fn),Q>pn)- оценкй математичес. кого ожидания и среднего квадратич" ного отклонения, вычисленные по выборке объема И

В качестве х» an) первоначально вы бирается минимальное значение х ап кз исходной Выборки ф

Если условие (4) при xÕLnj =х „(у выполняется, то х ;„ п) удаляется из исходной выборки как недостоверное, и описанная процедура повторяется до тех пор, пока условие (4) не нарушится. После каждого удаления не5 достоверного минимального значения объем выборки уменьшается на единицу, указанные оценки m) g и б ) пересчитываются, и формируется новое значение 2t P ), соответствующее фактическому объему выборки.

При нарушении условия (4) подвергаются последовательной проверке максимальные значения из оставшейся выборки аналогично проверке мини

15 мальных значений.

Устройство работает при автоматическом сборе информации следующим образом.

На вход устройства подаются изме.26 ненные через определенные интервалы времени и оцифрованные значения х(4 ) сигнала датчика измеряемого параметра, которые фиксируются в блоке 1. Полученная исходная выборка из

25 блока 1 поступает на счетчик 2, где определяется ее объем, на блок

3, где определяется минимальное значение хю;„ о из полученной выборки, на блок 5, в котором определяется

ЗО рп сумма всех значений выборки,»,, 4М

/5 на блок 11, где значения х f$;g возводятся в квадрат, и на блок 19. Сигнал на запуск счетчика 2 и сигнал

3$ для прерывания счета подаются програм-. ,мным блоком, который задает порядок опроса датчиков, интервал времени между последовательными опросами од: ного и того же датчика и время счета

;выборки. Программный блок и цепи управления счетчиком 2 на схеме не по9 казаны. хх4

Полученная сумма,„., л, с выхода блока 5 подается на первый

45 вход блока 7, на второй вход которого подается значение объема .выборки с выхода счетчика 2. С выхода блока 7 среднее значение выборки

56 m/n)= — „ . кЩ через блок 10 подается на первый вход блока 12.

С выхода блока 11 значение ГхЩ .(. 1. подается на блок 6, где определяется

Я n 12, Е (х(1Д) .j Полученная сумма поступает на первый вход блока 8, на второй вход которого подается значе1 141 7 ние объема выборки Н с выхода счетчика 2.

С выхода блока 8 второй начальный статистический момент выборки

Px(xx)=- K (x(t;)I подается на второй вход блока 12, в котором определяется оценка дисперсии выборки б (11) ф (11)-п (и)

Полученная оценка б (n) с выхода

l0 блока 12 подается на блок 15, где вычисляется оценка среднего квадра-. тичного отклонения выборки 6 th).

Значение объема выборки !1 подается на блок 9, который реализует зависи!

5 мость (1) .

Значение корректирующего коэффициента (и) поступает на второй вход блока 16, на первый вход которого подается оценка среднего квадратичного отклонения d$n) с выхода блока

15.

Блок 16 вычисляет произведение

d$n). f jhow которое подается на вторые входы первого 17 и второго 18 блоков сравнения.

Полученное блоком 3 минимальное, значение х,11;„ ) подается на первый вход блока 13, на второй вход которого поступает среднее значение rn (nJ с выхода блока 7. Абсолютное значение разности /х „ -rn$n)/поступает на первый вход бл™ока 17.

Если/K ;„Qn) n1(nj 1МЯ I| $n) то блок 17 вырабатывает сигнал "1", идущий с его второго выхода на первый вход блока 1, в котором стирается значение х„, Pn) xaz недостоверное.

1111п

Над оставшимся (n-1)-м значением повторяются все описанные операции до тех пор, пока не будет выполнено условие

Йтах(1-Е Ц-в (n- и- Ц j<4(n- .k)))n-3-1с) (6) где k — количество удаленных максимальных значений в исходной выборке, 20 1(= 0,1,2,...

При выполнении условия (6) блок

I I 11

18 сравнения вырабатывает сигнал 1 идущий с его первого выхода на первый вход блока 20, на второй вход которого подается среднее значение

e(n- f- k) с выхода блока 7.

Блок 20 пропускает среднее значение 111(11-f- kg на выход устройства, которое принимается за истинное значение измеряемого параметра.

Блок 9 реализует зависимость (1) с учетом (2) и (3), т.е, по значе нию объема выборки и определяет величину g pnJ, и является блоком, заим35 ствованным из известного устройства.

Значения функции (f(nJ могут быть вычислены по различным алгоритмам, например (3, с,+c„4+c t, 40 44 = дt Д tz) где

t = RPï(x-ц 1

С„, о! — известные константы ю =0 2 = 1,3;

М вЂ” аргумент функции Ч®, принимающий в данном случае вид (8) (5) ;где Ю вЂ” количество удаленных минимальных значений в исходной выборке, 2 = 0,1,2,...

При выполнении условия (5) блок

17 вырабатывает сигнал "1", идущий с первого выхода на первый вход бло- 50 ка 19, который пропускает выборку объема (n -2j, оставшуюся в блоке 1, через свой второй вход на блок 4, где определяется максимальное значеНИЕ Х „!!1-Е)

Значение х „„(1 -C) подается .на первый вход блока 14, на второй вход, которого подается среднее значение (9) 1- !3 = 1 2n („,.„(, Е) (,-ф ((-e1g(n-Å3, 423 8

П1(в-Цс выхода блока 7. Абсолютное значение разности/х „Pn-g) 1n (n-g)/ поступает на первый вход блока 18, на второй вход которого поступает произведение Л й- ) y E 1 — e) с выхода блока 16.

Ecstasy>h,ax(n-Ц-а(и-Е)/Ы(п-Е) Y (и- Г) то блок 18 вырабатывает сигнал "1, идущий с его второго выхода на второй вход блока 1, -в котором стирается значение х „fn — CJ как недостоверное.

Над оставшимся (Yl — &1/ -м значением повторяются описанные операции до тех пор, пока не будет выполнено условие

Таким образом, блок 9 задает значения аргумента М и величины по формулам (9) и (8) соответственно; обратную функцию нормального распределения ({) по формуле (7); величину

К() по формуле (3); произведение (!1 () - (g .

23 мента 44. 9 11414

По значению И объема выборки, подаваемому с выхода счетчика 2 на вход узла 21> формируется аргумент значение которого поступает на узел 22.

Значение Y(<) =4 обратной функции нормального распределения подается на вторые входы элемента 24 и узла

23, на второй вход которого подается значение объема выборки 1 через вход 10 блока 9..

На выходе узла 23 формируется значение K(n,U), подаваемое на первый вход элемента 24, на: выходе которого формируется значениеIC f?) корректирующего коэффициента.

Узел 21 работает следующим образом.

Значения объема выборки д с выхода счетчика 2 поступают через вход 20 узла 21 на второй вход элемента 25, на второй вход которого поступает

1- константа — с первого выхода эле2 4 р мента 27. Результат деления — — с

2 выхода элемента 25 поступает на второй вход элемента 26, на первый вход которого поступает константа "1" с второго выхода элемента 27.

1- и

Разность = 1 -- с Выхода эле

2в мента 26 поступает через выход узла

21 на вход узла 22.

Узел 22 работает следующим образом.

Значение сС с выхода элемента 26 поступает на первый вход элемента

ЗО> на второй вход которого посту

3S пает константа "1" с первого выкода элемента 36. Разность 1- с выхода элемента ЗО подается на вход элемента 29 с выхода которого Vh(1-К) поФ

40 ступает на первый вход элемента 37, на второй вход которого подается константа "-2" с седьмого выхода

1 элемента.36. Произведение -2 tn(1-Ф) с выкода элемента 37 подается на вход элемента 28, откуда величина

g = -2 (,д(1-к) поступает иа первые входы элементов 31, 32, 38, 40 и 42.

На вторые входы элементов 38 и 40 подаются константы С и d< соответст( венно с шестого и четвертого выходов 0 элемента 36. Произведения С, 1 и д,4 поступают на вторые входы элементов

34 и 35 соответственно.

С выхода элемента 32 величина ". 5 поступает на второй вход элемента 42 и на первые входы элементов 39 и 41, на вторые входы которых поступают константы d2 и С2 соответственно с третьего и пятого выходов элемента 36.

Произведения 21 и C

2 элементов 39 и 4 1 поступают на третьи входы элементов 34 и 35, на первые входы которых подаются константы "1" и С соответственно с первого и восьо мого выходов элемента -36.

С выхода элемента 42 величина 1 поступает на второй вход элемента 43, на первый вход которого подается константа dq с второго выхода элемента

36..Произведение J>4 с выхода элемента 43 поступает иа четвертый вход элемента 35.

Суммы 6 = Со + С,t+ С21 и

9 =<43„6 dqt td t с выходов элемент тов 34 и 35 поступают на первый и второй входы элемента 33, с выхода которого частное — поступает на «9i

5g второй вход элемента 31. Разность

Ц =(j =$- /, представляющая собой

gÓ значение обратной функции нормального распределения при аргументе Ж подается через выход узла 22 на вторые входы узла 24 и узла 23.

Рассмотрим работу узла 23.

Значение объема выборки п с выхода счетчика 2 через первый вход узла

23 поступает на первый вход элемента

54, на второй вход которого подается константа "2" с второго выхода элемента 44.

Произведение 2 с выхода элемента

54 подается на первый вход элемента

53, на второй вход которого подается константа "5" с третьего выхода элеРазность 2h-5 с выхода элемента

53 поступает на вторые входы элемента 55 и элементов 48 и 49.

На первый вход элемента 48 подается константа "3" с четвертого выхода элемента 44.

Результат 211-2 с выхода элемента

48 подается на первый вход элемента 51.

Значение ц обратной функции нормального распределения с выхода узла

22 через второй входной зажим узла 23 подается на элемент 46, откуда 02 поступает на первые входы элемейтов

49 и 50 и на элемент 47,,с выхода которого О" подается на первый вход элемента 56, на второй вход которого подается константа "2" с второго выхода элемента 44, а константа "6" с

l1 1141423 12 его первого выхода подается на первый вход элемента 51, с выхода которого .an-ß вход элемента 55 ° частное -и†поступает на вход эле,«74

Произведение .2 U с выхода элемен- мента 45, на выходе которо р@ормита 56 поступает на третий вход эле- р еТ я 1((ф- 2" 2 руется значение К(д,ф = — помента 50, с выхода которого сумма ф0) — )

5>=5<0 2Фподается на первый вход ступающее с выхода узла 23 на первый четвертого элемента 52, на первый вход элемента 24 . вход которого поступает произведение Таким образом, предлагаемое уст6(2й-5) с выхода элемента 55. ройство осуществляет последователь5у 1О ную проверку измеренных значений

jf,(С» р с выхода элемен- снгнала датчнна с учетом статнстнчеста 52 подается на третий. вход эле- ких свойств полученной выборки любого мента 49, с выхода которого сумма объема и удаление недостоверных зна .чений, искаженных помехами, и конст-.

5, Ч1 =2n-5

6(2 -5).

1141423

1141423

1141423 1141423

Составитель C. Демиденко

Редактор P. Цицика Техред Л. Ицкеш

Корректор С. Шекмар

Заказ 497I37 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4