Устройство для статистической обработки информации

Устройство для статистической обработки информации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (<>) с25101 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 27.05.74(21) 2027773/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано15.08.76.Бюллетень №30 (45) Дата опубликования описания 08.12.76

2 (51) М.. Кл.

606 7 15/36

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делаи иэооретений и OTKpblTMH (53) УДК 681.323. .519.2 (088.8) (72) Автор изобретения

В. Н. Соболев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ИНФОРМАЦИИ

Изобретение относится к специализированным вычислительным устройствам, предназначенным для накопления статистической информации и последующей обработки этой информации с целью получения оценок ее статистических характеристик.

Известно устройство для статистической обработки информации, содержащее блок согласования, последовательно соединенные блок записи и считывания, блок первичной обработки информации, вычислительный блок и регистратор, другой выход блока записи и считывания соединен через блок памяти с блоком управления, выходы которого подключены соответственно к управляющим входам блока первичной обработки информации и вычислительного блюл ка.

Известное устройство предназначено для получения оценок условных и безусловных дисперсий, дисперсионных и корреляционных функций случайных процессов.

Указанные оценки в известном устройстве вычисляются методом непараметрического оценивания предварительно центрированных процессов.

При решении широкого круга задач статистического исследования технологических процессов и особенно задач идентификации сложных многомерных объектов управления возникает необходимость определения степени влияния каждого из входных воздействий " (т,), (f= 1, 2,..., trt) на выхо1О дную переменную ч (4) (оценка чистых зависимостей) .

Определение чистой зависимости между случайными процессами на входе и выходе объектов может базироваться на частных

15 корреляционных и дисперсионных функциях случайных функций.

В известном устройстве и ближайших аналогах отсутствует возможность оценки частных корреляционных и дисперсионных

20 функций случайных функций.

1Лелью данного изобретения является раоширение функциональных возможностей уст ройства, т.е. получение возможности вычисления частных корреляционных и дисперси25 онных функций случайных функций.

525i01

Эта цель достигается тем, что устройство содержит блок линейного преобразования, подключенный входом к блоку согласования, соединенному входом с другим выходом блока записи и считывания. 5

Предлагаемое устройство поясняется возможным вариантом технической реализации, блок-схема которого представлена на фиг.l.

На фиг. 2 приведена блок-схема одного из вариантов блока первичной обработки инфор- )О мации; на фиг. 3 — блок-схема вычислительного блока.

Блок 1 записи и считывания (см.фиг.l) совместно с подключенным к его выходу блоком 2 первичной обработки информации 15 составляет устройство накопления и первичной обработки информации, выходы которого соединены со входами вычислительного блока 3, и через блок 4 памяти — с блоком управления 5. Выходы блока управле- ®О ния 5 соединены с блоками 2 и 3. Выход блока 3 связан со входом „6, а выход блока 1 записи и считывания через блок согласования 7 и блок 8 нелинейного преобразования соединен со входом блока 2.

Блок первичной обработки информации (см.фиг.2) состоит из блоков согласования

9, 10, амплитудных селекторов 11, 12 и матрицы 13 интегралов. Вычислительный блок (cM.фиг.3) включает в себя блок умножения 14, блок накопления 15, коммутатор 16, блок суммирования 17, блок деления 18, квадратор 19, блок умножения 20, блок памяти 21 и блок суммирования 22.

Программа работы устройства подразделяется на три этапа: накопление исходной информации; считывание накопленной информации с носителей и первичная обработка 4О считанной информации; вычисление оценок статистических характеристик случайных процессов.

На этапе накопления исходной информации случайные процессы, подлежащие обра-,ц ботке, подаются на блок 1, представляющий собой типовое многоканальное устройство записи и считывания на магнитной ленте, обеспечивающее возможность введения изменяемого IIpH считывании временного сдви- 5Q

"a реализаций слу-чайных процессов. Блок

1 осуществляет запись исходных реализаций случайных процессов.

При работе устройства на втором и третьем этапах при вычислении условных и безусловных математических ожиданий и дисперсий, а также корреляционных и дисперсионных функций случайных процессов, блок согласования 7 и блок нелинейного преобразования 8 при этом отключаются. 60

На втором этапе работы исходная информация из блока 1 поступает в блок 2 первичной обработки информации. При считыва» нии исходной информации в каналах считывания процессов, например Х ($) и У (t) (для простоты обозначим их.х (1) и у (t) вводятся временные запаздывания 6„и С обеспечивающие временной сдвиг исходных реализаций величины т

Блок 2 имеет два канала (по числу обрабатываемых реализаций). В каждом последовательно соединены входное устройство с амплитудным селектором, выход которого подключен к матрице 13 интеграторов.

В блоках согласования 9 и 10, каждый из которых, в свою очередь, состоит из интеграторов средних значений и сумматора, построенных на усилителях постояннс го тока, осуществляется центрирование методом скользящей средней исходных реализаций считываемых процессов. Текущие оценки математических ожиданий случайных процессов, определяемые во входных устройствах, поступают на входные интеграторы блока 4. памяти для усреднения текущих оценок математических ожиданий на всем интервале наблюдения и запоминания их с целью последующих вычислений.

Центрированные реализации процессов подвергаются в усилителях блоков согласования 9 и 10 сжатию" так, что на входах амплитудных селекторов действуют сигналы,. динамический диапазон которых «+10

В. Коэффициенты усиления усилителя сигнала х (т,) и К усилителя сигнала у (4) при этом фиксируются.

Амплитудные селекторы 11 и 12 преобразуют сигналы, поступаюmие на их вхс ды, в импульсы напряжения, длительность которых пропорциональна времени пребывания сигналов в пределах коридоров амплитудных селекторов. Эти импульсы поступают на входы матрицы 13.

Каждый интегратор матрицы имеет типовую диодную ячейку "И" со строчным и столбцевым входами и накопитель импульсов со входом для счетных импульсов, поступающих с генератора счетных импульсов блока управления 5. Строчные входы интеграторов, расположенных в одной и той же строке матрицы, подключены к входной шине строки соответствующего канала амплитудного селектора сигнала Х (1), а столбцевые входы интеграторов, расположенных в одноименном столбце матрицы интеграторов, подключены к входной шине столбца, связанной с соответствующим выходом амплитудного селектора сигнала У (t ).

525101

Осуществлением данной коммутации выходов амплитудных селекторов с матрицей интеграторов обеспечивается в процессе считывания исходной информации интегрирование счетных импульсов в матрице, т.е. фиксация в интервале наблюдения частотыМ, пропорциональной времени совместного преб бывания сигнала (4) в i -м коридоре амплитудного селектора 11 и сигнала Ч (4) в

-м коридоре амплитудного селектора 12.

После считывания, первичной обработки и накопления обработанной информации в матрице интеграторов вычиспительный блок

3 производит вычисление оценок статистических характеристик случайных процессов.

Вычисления начинаются с нахождения оценок усповных математических ожиданий процессов.

Работа устройства на примере вычисления условного математического ожидания

»

М(УlХ 1- ЕУ-1 .

1, ° 1 13 1 1 11

1 =» где А„ и У. — величины, пропорционал»

3 ные напряжениям в серединах коридоров

1- Х и j — Х амплитудных селекторов входных устройств, производится следующим образом.

По команде управляющего устройства начинает работу коммутатор 16, который по- щ следовательно подключает выходы интеграторов первой строки матрицы, начиная с первого интегратора, ко входам множительного устройства 14 и накопителя 15.

При вычислении регрессии работает пер- 35 вый канал блока умножения 14 устройства.

Этот канал осуществляет усиление напряжений, пропорциональкчх частости М„, поступающих с выходов интеграторов первой строки с коэффициентом усиления, изменяе- 40 мым блоком управления в соответствии с номером столбца, в котором расположен подключаемый в данный момент интегратор матрицы. Зависимость коэффициента усиления блока умножения 14 от номера столб- 45 ца матрицы (номера коридора амплитудного селектора) задается по следующей шкале:

Номер коридора 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Коэффициент усилия 9 7 5 3 1 1 3 5 7 9

Таким образом, в момент подключения 50 к выходу ичтегратора 1 - 1 на выходе блока умножения 14 появляется напряжение

У1.11 -. Это напряжение поступает в блок суммйрования 17, собранный на базе типового усилителя постоянного тока. В момент подключения десятого интегратора первой строки матрицы в блоке суммирования накапливается напряжение, пропорциональное величинеav.V . К этому моменту напряжеj-< Ч 1О ние в блоке накопления 1 5 составит Е = „60

».-» 13

Это напряжение через блок депения 18 поступаетна вход блока умножения О.

На блок умножения 20 поступают напряжения, пропорциональные величинам

»о (k = K vs) )v„)) =»

На выходе блока умножения появляется напряжение, пропорциональное первой точке регрессии M1v I«Д, которое поступает в блок памяти 21 и фиксируется регистратором 6. После этого начинается цикл вычисления условной дисперсии в соответствии с формулой

1О z

2)vlx )= L fv.-M v/õ. »l.

Ф

Напряжение, пропорциональное вычисленной дисперсии, поступает через блок памяти 21 блока 3, в регистратор 6 и фиксируется. После измерения первой точки условной дисперсии начинается цикл вычислений дисперсионной функции, который пр изводится в соответствии с формулой

1 IO ух(б Z 1б М У(с ) ix„ (t+t ))

M)v(t+t ) ) где

»О 1О

N=C Е

»=1 j=»

По окончании данного цикла вычислений блоки памяти 21 и 4 возвращаются в начальное состояние. После этого производятся вычисления второй и последующих точек регрессии и условной дисперсии, а также второго слагаемого в выражении для дисперсионной функции.

Следующий этап работы устройства — вычисление корреляционной функции, соответствующей выбранному временному сдвигу, сигналов. Вычисления выполняются в сост ветствии с формулой

»о »о

3 (1) .Е+vк

М 1=1 Р

В этом цикле коммутатор осуществляет построчно, начиная с первой строки, последовательный обход всех интеграторов матрицы 13. При этом каждый раз в момент подключения интегратора 1 — 1 (1,3 =1, 2,..., 10) блок управления 5 изменяет коэффициент усиления первого канала блока умножения 14, делая его равным величине., пропорциональной произведению У х1 в к тором величины v ° и Х- принимаются равным значениям, соответствующим номерам коридоров и 1 приведенной шкалы. Блок 14 усиливает напряжение, пропорциональное > .

Напряжение с выхода блока 14 поступает в блок суммирования 17, где оно накапливается так, что в момент подключения комму- 5 татора к выходу интегратора десятой строки и десятого столбца матрицы в суммирующем устройстве накапливается сумма, про о î порциональная величине Е у;. х v;Ы4 4н 1 1 1)

На выходе накопителя в это время напря- ц) О 1О жение пропорционально сумме 2 Е v„- =N

1=-1 3-=. 1 которое блоком деления 18 преобразуется

4 в напряжение, соответствующее « . Блок умножения 20 осуществляет перемножение напряжений, действующих на его входах, и 15 выдает в регистратор 6 через блок 21 значение корреляционной функции, соответствующее выбранному аргументу Т, В случае необходимости устройство вычисляет дисперсии процессов Х (т,) и 9 (t ), 20

Вычисление дисперсии В Ч Ж f осуществляется аналогичным путем при обходе коммутатором интеграторов матрицы вдоль столбцов.

Для вычисления последующих ординат дисперсионных и корреляционной функции после приведения всех узлов устройства в исходное состояние осуществляется повторное считывание исходной информации и накопление в матрице интеграторов частостей V., 30 соответствующих реализациям процессов с ("(+ ) N X(t+ f„) смещенным один относительно другого по времени на новь.-.й интервал временного запаздывания.

При необходимости вычисления автодисперсионных Ст„ (Х), 6„„(1) и автокорреляционных R < ), R СГ) функций блок 1 записи и считывания выдает при считывании информации в первый и второй блоки согласования одноименные сигналы, Описываемое устройство позволяет получать оценки частных дисперсионных и корреляционных функций, которые для выходного процесса У (4) и взаимнокорреляционных входных процессов, например, Х .(<) и Х,(1), определяются в соотвеч ствии с выражениями:

<о о о — т, y. p д (+ ) х (+ ) ухд 1 а И)

Из приведенных соотношений видно, что вычисления частных корреляционных и дисперсионных функций отличаются от вычислений соответствующих корреляционных и дисперсионных функций тем, что исходные реализации У (4) и Х„(1) необходимо центрировать относительйо соответствующих условных математических ожиданий. Эта процедура выполняется на этапе предварительной обработки информации.

Вычислению частных корреляционных и дисперсионных функций предшествует вычисление регрессий Mjv1Х „„) и М Х,„)Х . ), которое проводится последовательно, одно за другим, аналогично вычислению регреосии М у/х„) рассмотренному выше. Результаты вычислений фиксируются регистр. ратором 6 и используются для настройки блока 8 нелинейного преобразования.

В режиме вычисления частных дисперсионных и корреляционных функций включа.— ются блок согласования 7, построенный аналогично блокам 9, 10 и нелинейный блок

8, представляющий собой два идентичных канала с общим входом.

При этом на этапе считывания накопленной информации на блоки 9 и 10 блокапервичной обработки информации поступают сигналы Х, (4+3 ) и у (+7 ), а на блок 7 подается сигнал.Х (т, ), который после обработки поступает в блок 8 нелинейного преобТ разования. Первый и второй каналы блока 8 воспроизводят соответственно зависимости

М уЬ,- и М Хц (Х .

Сигналы с выхода блбка 8 поступают на вторые входыбпоков9 и 10 и используются для центрирования реализаций к (1+ t ) и V (1+7 ), которые затем посту1 пают в амплитудные селекторы 11 и 12.

В матрицы интеграторов после считывания реализаций накапливаются частости )„. используемые на третьем этапе для вычисления частных корреляционных и дисперсионных функций s соответствии с приведенными соотношениями и с описанной последовательностью.

Формула изобретения где

Устр;:".;ство для статистической обработки информации, содержащее блок согласования, пследовательно соединенные блок записи и считывания, блок первичной обработки информации, вычислительный блок и регистратор, другой выход блока записи и считывания соединен через бпок памяти с

525101

Риг. 1

Уиг.2

Составитель B,Æoàèícêèé

Редактор Москаленко Техред А. Бог :. ; Корректор Ll. Мельниченко

Заказ 5104/590 Тираж 864 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул. Про".:. :,тная, 4. блоком управления, выходы которого подключены соответственно к управляющим входам блока первичной обработки информации и вычислительного блока, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, он содержит блок нелинейного преобразования, подключенный входом к блоку согласования, соединенному входом с другим выходом блока записи и считывания.