RU2517322C1 - Adaptive digital predicting and differentiating device - Google Patents
Adaptive digital predicting and differentiating device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2517322C1 RU2517322C1 RU2013123290/08A RU2013123290A RU2517322C1 RU 2517322 C1 RU2517322 C1 RU 2517322C1 RU 2013123290/08 A RU2013123290/08 A RU 2013123290/08A RU 2013123290 A RU2013123290 A RU 2013123290A RU 2517322 C1 RU2517322 C1 RU 2517322C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- subunit
- block
- adder
- output
- unit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Complex Calculations (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для прогнозирования стационарных и нестационарных случайных процессов, повышения качества и точности управления в цифровых системах контроля и наведения различных (в т.ч. баллистических) объектов.The invention relates to automation and computer technology and can be used to predict stationary and non-stationary random processes, improve the quality and accuracy of control in digital control systems and guidance of various (including ballistic) objects.
Известно цифровое прогнозирующее и дифференцирующее устройство (по патенту РФ №2470359, МПК G06F 17/17, 20.12.2012, бюл. №35), содержащее блок сглаживания и блок прогноза, в состав которого входят два вычитателя, узел управления динамикой прогноза, два субблока - квадратичного и линейного прогнозов, три субблока расчета первой производной в (n)-й, (n-1)-й и (n-2)-й расчетных точках предыстории входного сглаженного процесса. Устройство функционально ограничено.A digital predictive and differentiating device is known (according to RF patent No. 2470359, IPC G06F 17/17, 12/20/2012, bull. No. 35), which contains a smoothing unit and a forecast unit, which includes two subtractors, a forecast dynamics control unit, two subunits - quadratic and linear forecasts, three subunits of the calculation of the first derivative at the (n) th, (n-1) th and (n-2) th calculation points of the history of the input smoothed process. The device is functionally limited.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является, выбранное в качестве прототипа, адаптивное цифровое прогнозирующее и дифференцирующее устройство (по патенту РФ №2475831, МПК G06F 17/17, 20.02.2013, бюл. №5), содержащее блок сглаживания и блок прогноза, в состав которого входят два вычитателя, узел управления динамикой прогноза, два субблока - квадратичного и линейного прогнозов, три субблока расчета первой производной в (n)-й, (n-1)-й и (n-2)-й расчетных точках предыстории входного сглаженного процесса и блок адаптации. Это устройство также функционально ограничено.The closest in technical essence to the claimed device is selected as a prototype, an adaptive digital predictive and differentiating device (according to RF patent No. 2475831, IPC G06F 17/17, 02/20/2013, bull. No. 5), containing a smoothing unit and a forecast unit , which includes two subtractors, a forecast dynamics control unit, two sub-blocks - quadratic and linear forecasts, three sub-blocks for calculating the first derivative at the (n) -th, (n-1) -th and (n-2) -th calculation points the background of the input smoothed process and the adaptation block. This device is also functionally limited.
Техническая задача для предлагаемого устройства заключается в расширении функциональных возможностей путем получения оценок вторых производных по формулам численного дифференцирования для равноотстоящих точек (узлов) предыстории входной сглаженной дискретной последовательности.The technical problem for the proposed device is to expand the functionality by obtaining estimates of the second derivatives according to the formulas of numerical differentiation for equally spaced points (nodes) of the history of the input smoothed discrete sequence.
Поэтому в адаптивном цифровом прогнозирующем и дифференцирующем устройстве, в состав которого входят: блок сглаживания, содержащий сумматор, первый и второй реверсивные счетчики, одноканальный субблок сглаживания из последовательно соединенных сумматора и регистра, субблок задания соотношения отклонений, содержащий регистр, счетчик и элемент задержки, субблок действительных отклонений, содержащий блок инверторов, два компаратора и элемент И, субблок единичных приращений, содержащий два элемента И и инвертор, субблок управления динамической характеристикой, содержащий два формирователя импульсов, элемент ИЛИ, счетчик, первый, второй и третий элементы И и триггер режима, информационный выход блока сглаживания, информационный, первый управляющий и тактирующий входы устройства; узел тактирования блока прогноза, содержащий элемент задержки, триггер, генератор импульсов, элемент И и регистр сдвига; блок прогноза, содержащий первый и второй вычитатели, каждый из которых содержит блок регистровой памяти, мультиплексор, блок инверторов и сумматор, субблок квадратичного прогноза, содержащий блок инверторов, первый и второй сумматоры, субблок линейного прогноза, содержащий сумматор и блок инверторов, блок оценки первых производных, содержащий первый субблок расчета первой производной в первой n-й (текущей) расчетной точке предыстории прогнозируемого процесса из одного сумматора, выход которого является вторым информационным выходом устройства, второй субблок расчета первой производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории из одного сумматора, выход которого является третьим информационным выходом устройства и третий субблок расчета первой производной в третьей (n-2)-й расчетной точке предыстории из блока инверторов, первого и второго сумматоров, выход последнего является четвертым информационным выходом устройства; узел управления динамикой прогноза, содержащий регистр хранения адреса ординат (расчетных точек) предыстории входного процесса, вход которого является вторым управляющим входом устройства задающим время (интервал) прогноза, компаратор, инвертор, элемент И и счетчик адреса, информационный выход которого заведен на адресные шины мультиплексоров обоих вычитателей; блок адаптации, содержащий первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент ИЛИ, инвертор, первый и второй элементы И, триггер и мультиплексор, на оба информационные входы которого, соответственно, заведены выходы субблоков квадратичного и линейного прогнозов, а выход мультиплексора является первым информационным выходом устройства, для решения поставленной задачи в блок прогноза введен субблок расчета второй производной в (n)-й (текущей) расчетной точке предыстории, содержащий блок инверторов и сумматор, на первый вход которого заведен выход мультиплексора блока адаптации, на второй вход - через блок инверторов выход мультиплексора первого вычитателя, выход сумматора является пятым информационным выходом устройства, а выход первого сумматора субблока квадратичного прогноза соединен с шестым информационным выходом устройства для оценки второй производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории прогнозируемого процесса.Therefore, in an adaptive digital predictive and differentiating device, which includes: a smoothing unit containing an adder, first and second reversible counters, a single-channel smoothing subunit from a series-connected adder and a register, a subunit for setting the deviation ratio containing a register, counter and delay element, a subunit actual deviations, containing a block of inverters, two comparators and an element And, a subunit of unit increments, containing two elements And and an inverter, a subunit of control dynam ical characteristic, containing two pulse shapers, an OR element, a counter, the first, second and third AND elements and a mode trigger, the information output of the smoothing unit, information, the first control and clock inputs of the device; a timing unit of a forecast block comprising a delay element, a trigger, a pulse generator, an AND element, and a shift register; a prediction block containing the first and second subtractors, each of which contains a register memory block, a multiplexer, an inverter block and an adder, a quadratic prediction block containing a inverter block, a first and second adder, a linear prediction sub block containing an adder and a inverter block, an evaluation unit of the first derivatives, containing the first subunit of calculating the first derivative in the first n-th (current) calculation point of the history of the predicted process from one adder, the output of which is the second information output for triads, the second subunit of calculating the first derivative in the second (n-1) -th calculation point of the history from one adder, the output of which is the third information output of the device and the third subunit of calculating the first derivative in the third (n-2) -th calculation point of the history from the block inverters, first and second adders, the output of the latter is the fourth information output of the device; a forecast dynamics control unit containing a register for storing the ordinates of the (input points) history of the input process, the input of which is the second control input of the device specifying the time (interval) of the forecast, a comparator, an inverter, an I element and an address counter whose information output is connected to the address buses of the multiplexers both subtractors; an adaptation unit containing the first and second elements of an EXCLUSIVE OR, an OR element, an inverter, the first and second elements of an AND, a trigger and a multiplexer, to both information inputs of which, respectively, the outputs of the sub-blocks of quadratic and linear forecasts are wound, and the output of the multiplexer is the first information output of the device , to solve the problem, a subunit for calculating the second derivative at the (n) th (current) historical settlement point has been introduced into the forecast block, containing a block of inverters and an adder, the first input of which is started the multiplexer output of the adaptation unit, to the second input, through the inverter unit, the output of the first subtractor multiplexer, the adder output is the fifth information output of the device, and the output of the first adder of the quadratic prediction subunit is connected to the sixth information output of the device to evaluate the second derivative in the second (n-1) - th design point of the history of the predicted process.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг.1 - блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - блок-схема блока сглаживания; на фиг.3 - блок-схема одноканального субблока сглаживания; на фиг.4 - блок-схема узла тактирования блока прогноза; на фиг.5 - блок-схема блока прогноза и блока адаптации.The invention is illustrated by drawings, which depict: in Fig.1 - a block diagram of the proposed device; figure 2 is a block diagram of a smoothing unit; figure 3 is a block diagram of a single-channel anti-aliasing subunit; Fig. 4 is a block diagram of a timing unit of a forecast block; figure 5 is a block diagram of a forecast block and an adaptation block.
Известны формулы операторов прогноза, полученные аналитически с помощью аппроксимирующих многочленов по трем точкам (ординатам) предыстории входного случайного дискретного процесса по способу наименьших квадратов (Милн В.Э. Численный анализ. М., «ИЛ», 1951, стр. 212). Оператор прогноза по аппроксимирующему многочлену второй степени (квадратичному) по трем точкам предыстории имеет вид:Formulas of prediction operators are known that are obtained analytically using approximating polynomials in three points (ordinates) of the history of an input random discrete process using the least squares method (Milne V.E. Numerical analysis. M., IL, 1951, p. 212). The prediction operator for an approximating polynomial of the second degree (quadratic) over three historical points has the form:
yп+1=3yп-3yп-1+yп-2. (1) [КВ3]y p + 1 = 3y p -3y p-1 + y p-2 . (1) [KB3]
Оператор прогноза по аппроксимирующему многочлену первой степени (линейному) по трем точкам предыстории имеет вид:The prediction operator for an approximating polynomial of the first degree (linear) over three historical points has the form:
yп+1=⅓(4yп+yп-1-2yп-2), (2) [ЛН3]y p + 1 = ⅓ (4y p + y p-1 -2y p-2 ), (2) [LN3]
или его упрощенный вариант:or its simplified version:
yn+1=½(3yn-yn-2), (3) [ЛН3]y n + 1 = ½ (3y n -y n-2 ), (3) [LH3]
где уп - первая (текущая) расчетная точка (ордината),where y p is the first (current) calculated point (ordinate),
yп-1, yп-2 - соответственно, вторая и третья расчетные точки (ординаты) двухуровневой предыстории входной сглаженной дискретной последовательности. В численном анализе - это система равноотстоящих точек с шагом h, в реальном масштабе времени h - интервал между точками (ординатами), т.е. время (глубина) прогноза (Н).y p-1 , y p-2 - respectively, the second and third calculated points (ordinates) of the two-level history of the input smoothed discrete sequence. In numerical analysis, this is a system of equally spaced points with a step h; in real time, h is the interval between points (ordinates), i.e. time (depth) of the forecast (N).
Обозначим Δy1=(2yп-yп-1) как биразность первого уровня предыстории входной дискретной последовательности, т.е. разность между удвоенной текущей и предыдущей ординатой процесса, соответственно, Δy2=(2yп-1-yп-2) - биразность второго уровня предыстории.We denote Δy 1 = (2y p -y p-1 ) as the biodiversity of the first level of the history of the input discrete sequence, i.e. the difference between the doubled current and previous ordinates of the process, respectively, Δy 2 = (2y p-1 -y p-2 ) is the biodiversity of the second level of history.
После модификации уравнений (1) и (3) с учетом биразностей получим следующие выражения для операторов квадратичного [КВ3] и линейного [ЛН3] прогнозов, реализованные в предлагаемом устройстве:After modifying equations (1) and (3), taking into account biodiversity, we obtain the following expressions for the quadratic [KB3] and linear [LH3] prediction operators implemented in the proposed device:
yп+1=(2yп-yп-1)+[yп-(2yп-1-yп-2)]=(yп-Δy2)+Δy1=Z+Δy, (4) [КВ3]y p + 1 = (2y p -y p-1 ) + [y p - (2y p-1 -y p-2 )] = (y p -Δy 2 ) + Δy 1 = Z + Δy, (4) [KB3]
где Z=yп-Δy2 иwhere Z = y p -Δy 2 and
yn+1=½(3yn-yn-2)=Δy1-½(yп-Δy2)=Δy1-½Z. (5) [ЛН3]y n + 1 = ½ (3y n -y n-2 ) = Δy 1 -½ (y n -Δy 2 ) = Δy 1 -½Z. (5) [LN3]
Известны формулы численного дифференцирования для равноотстоящих точек, выраженные через значения функции в этих точках (Дж. Поллард. Справочник по вычислительным методам статистики. М., «ФС», 1982, § 6.6, с. 61), в частности, для трех точек имеем:Formulas of numerical differentiation for equidistant points are known, expressed in terms of the function values at these points (J. Pollard. Handbook of Computational Methods of Statistics. M., “FS”, 1982, § 6.6, p. 61), in particular, for three points we have :
После преобразования уравнений (6)÷(10) с учетом биразностей получим следующие выражения для расчета производных, реализованные в предлагаемом устройстве:After transforming equations (6) ÷ (10) taking into account biodiversity, we obtain the following expressions for the calculation of derivatives implemented in the proposed device:
Основными типовыми элементами устройства являются сумматоры (комбинационные) и блоки инверторов, а умножение коэффициентов на слагаемые выполняется соответствующими монтажными сдвигами шин последних при вводе в сумматор. Такие операции на блок-схеме (см. фиг.5) обозначены кружочком.The main typical elements of the device are adders (combinational) and inverter blocks, and the multiplication of the coefficients by the terms is carried out by the corresponding mounting shifts of the latter buses when entering the adder. Such operations on the block diagram (see figure 5) are indicated by a circle.
Величина Z=yп-Δy2, как многочлен и как элемент схемы (блок инверторов и сумматор), участвует в расчетах оценок квадратичного и линейного прогнозов (см. уравнения (4) и (5)), оценки первой производной в (n)-й (текущей) расчетной точке предыстории (см. уравнение (11)) и сама дает оценку второй производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории прогнозируемого процесса (см. уравнение (15)).The value Z = y n −Δy 2 , as a polynomial and as an element of the circuit (inverter block and adder), participates in the calculations of estimates of the quadratic and linear forecasts (see equations (4) and (5)), estimates of the first derivative in (n) -th (current) calculation point of the history background (see equation (11)) and itself estimates the second derivative in the second (n-1) -th calculation point of the history of the predicted process (see equation (15)).
Использование ее в качестве самостоятельного информационного выхода в предложенном устройстве отвечает решению поставленной задачи - расширение функциональных возможностей.Using it as an independent information output in the proposed device meets the solution of the problem - the expansion of functionality.
Устройство содержит (см. фиг.1) блок сглаживания 1, блок прогноза 2 и блок адаптации 3. Блок сглаживания 1 содержит (см. фиг.2) сумматор 4, субблок 5 действительных отклонений, содержащий блок инверторов 6, два компаратора 7.1 и 7.2 и элемент И 8, первый реверсивный счетчик 9, субблок 10 задания соотношения отклонений, содержащий регистр 11, счетчик 12 и элемент задержки 13, субблок 14 единичных приращений, содержащий инвертор 15 и два элемента И 16.1 и 16.2, второй реверсивный счетчик 17, субблок 18 управления динамической характеристикой, содержащий два формирователя импульсов 19.1 и 19.2, элемент ИЛИ 20, счетчик 21, три элемента И 22.1, 22.2, 22.3 и триггер режима 23; информационный вход 24 блока сглаживания и устройства, первый управляющий 25 и тактирующий 26 входы устройства и блока сглаживания; одноканальный субблок сглаживания 27, содержащий (см. фиг.3) последовательно соединенные сумматор 28 и регистр 29; информационный выход 30. Узел тактирования 31 блока прогноза содержит (см. фиг.4) элемент задержки 32, триггер 33, генератор импульсов 34, элемент И 35 и регистр сдвига 36. Блок прогноза 2 (см. фиг.5) содержит первый 37 и второй 38 вычитатели, каждый из которых содержит блок регистровой памяти 39 из (А) последовательно соединенных регистров 40, мультиплексор 41, блок инверторов 42 (в предположении, что мультиплексор не имеет инверсных выходов) и сумматор 43; субблок 44 квадратичного прогноза, содержащий блок инверторов 45, первый 46 и второй 47 сумматоры; субблок 48 линейного прогноза, содержащий блок инверторов 49 и сумматор 50; блок 51 оценки первых производных содержит первый субблок 52 расчета первой производной в первой n-й расчетной точке предыстории процесса из одного сумматора 53, выход 54 которого является вторым информационным выходом устройства, второй субблок 55 расчета первой производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории из одного сумматора 56, выход 57 которого является третьим информационным выходом устройства, третий субблок 58 расчета первой производной в третьей (n-2)-й расчетной точке предыстории, в состав которого входят первый сумматор 59, блок инверторов 60 и второй сумматор 61, выход 62 которого является четвертым информационным выходом устройства; узел 63 управления динамикой прогноза, содержащий регистр 64 хранения адреса (А) ординат расчетных точек предыстории процесса, вход 65 которого является вторым управляющим входом устройства, задающим время прогноза Н=АТ (Т - цикл работы устройства, А - максимальный адрес регистра памяти 40 блока 39), компаратор 66, инвертор 67, элемент И 68 и счетчик адреса 69; блок адаптации 3 содержит два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 70.1 и 70.2, элемент ИЛИ 71, инвертор 72, два элемента И 73.1 и 73.2, триггер 74, мультиплексор 75 и первый информационный выход 76 устройства, субблок 77 расчета второй производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории из блока инверторов 78 и сумматора 79, выход 80 которого является пятым информационным выходом устройства, шестой информационный выход 81 устройства для оценки второй производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории прогнозируемого процесса.The device contains (see Fig. 1) a
Цикл работы устройства состоит из 4-х тактов. Блок сглаживания 1 работает в двух режимах: стационарном и динамическом (переходном), причем все операции выполняются в нем за один (1-й) такт.The cycle of the device consists of 4 cycles. The
На стационарном режиме блок сглаживает входной случайный дискретный процесс, детерминированная основа (медиана) которого может иметь постоянный, линейный или нелинейный (квадратичный) характер изменения во времени. Блок сглаживания 1 (см. фиг.2) реализует следующую модификацию оператора сигнатурного экспоненциального сглаживания:In stationary mode, the unit smooths the input random discrete process, the deterministic basis (median) of which can have a constant, linear or non-linear (quadratic) character of change in time. The smoothing unit 1 (see figure 2) implements the following modification of the operator of signature exponential smoothing:
yn=yn-1+sign[1/K(xn-yn-1)], (16)y n = y n-1 + sign [1 / K (x n -y n-1 )], (16)
где хn и yn - входная и выходная дискреты;where x n and y n are the input and output discrete;
α=1/К - параметр сглаживания, К - параметр адаптации;α = 1 / K is the smoothing parameter, K is the adaptation parameter;
Δхn=(хn-yn-1) - текущие отклонения от медианы процесса.Δx n = (x n -y n-1 ) - current deviations from the median of the process.
В качестве критерия эффективности (точности) сглаживания выбрано соотношение d между нулевыми и действительными отклонениями Δхn. Последние формируют текущие единичные приращения обоих знаков выходной дискреты в соответствии с сигнатурной функцией в (16):As a criterion for the effectiveness (accuracy) of smoothing, the ratio d between zero and actual deviations Δx n is chosen. The latter form the current unit increments of both signs of the output discrete in accordance with the signature function in (16):
sign[Δxn/K]=0 для [Δxn-К]<0 (Δxn - нулевые отклонения),sign [Δx n / K] = 0 for [Δx n -K] <0 (Δx n are zero deviations),
sign[Δxn/K]=1 для [Δxn-К]>0 (Δхn- действительные отклонения).sign [Δx n / K] = 1 for [Δx n -K]> 0 (Δx n are the actual deviations).
На стационарном режиме (D=0 - признак режима) блок 1 сглаживает входную случайную последовательность дискрет до уровня заданного соотношением d (реальный диапазон d=7÷190), которое заносится перед началом работы устройства со входа 25 в регистр 11 субблока 10 задания соотношения отклонений. Последний представляет собой управляемый делитель частоты, например, при d=7 на выходе прямого переноса счетчика 12 появляется каждый седьмой тактовый импульс со входа 26, который через элемент задержки 13 перезаписывает инверсный код d из регистра 11 в счетчик 12 (для следующего цикла работы делителя) и вычитает «1» из первого реверсивного счетчика 9, содержащего код параметра адаптации К.In stationary mode (D = 0 - a sign of mode),
Адаптивное управление параметром сглаживания, обеспечивающее постоянство выходного значения дисперсии сглаженного процесса независимо от степени ее изменчивости на входе, производится следующим образом. Пусть (при определенном коде К в счетчике 9) возросла дисперсия входного дискретного процесса, т.е. возросло число действительных отклонений Δxn (обоих знаков). После сравнения их с параметром адаптации К на выходе блоков компараторов 7.1 и 7.2 субблока 5 (играющего роль отрицательной обратной связи) устанавливаются логические «1» (режим работы компараторов: [Δхn>К]=«1», [Δхn<К]=«0»), поступающие на вход элемента И 8. Так как на стационарном режиме триггер режима 23 находится в состоянии «0» (D=0), то с его инверсного выхода на первый вход элемента И 8 субблока 5 также поступает логическая «1». Высокий уровень сигналов на всех входах элемента И 8 разрешает прохождение тактовых импульсов с входа 26 на суммирующий вход первого реверсивного счетчика 9 (код К в последнем увеличивается) и на вторые входы элементов И 16.1 и 16.2 субблока единичных приращений 14. Сигнал с выхода одного из них (в зависимости от знака отклонения) поступает на суммирующий (или вычитающий) вход второго реверсивного счетчика 17 результата сглаживания, т.е. реализуется сигнатурная функция (16). Процесс роста К приведет к снижению числа действительных отклонений и будет продолжаться до тех пор, пока не наступит динамическое равновесие, т.е. число импульсов, поступивших от субблока 10 на вычитающий вход счетчика 9, будет равно числу импульсов, поступивших на его суммирующий вход от субблока 5, а дисперсия выходной сглаженной дискретной последовательности останется неизменной (для d=7: на одно действительное отклонение должно приходиться семь нулевых).Adaptive control of the smoothing parameter, ensuring the constancy of the output value of the variance of the smoothed process, regardless of the degree of its variability at the input, is performed as follows. Let (for a certain code K in counter 9), the variance of the input discrete process increase, i.e. the number of actual deviations Δx n (of both signs) increased. After comparing them with the adaptation parameter K at the output of the comparator blocks 7.1 and 7.2 of the subunit 5 (playing the role of negative feedback), logical “1” is set (the mode of operation of the comparators: [Δx n > K] = “1”, [Δx n <K] = "0") received at the input of element And 8. Since in the stationary mode the trigger of mode 23 is in the state "0" (D = 0), then from its inverse output to the first input of element And 8 of
Переходный (динамический) режим может быть вызван запуском, ускорением, виражом, переходом с одного стационарного режима на другой и т.д., т.е. почти скачкообразным изменением процесса. Для сглаживания входной дискретной последовательности на переходных режимах (D=1) используется одноканальный субблок сглаживания 27 (см. фиг.3), который реализует следующий оператор экспоненциального сглаживания: yn=½(xn+yn-1), т.е. с минимальной степенью сглаживания и соответственно с минимальным фазовым сдвигом (запаздыванием) выходной дискреты. Субблок 27 работает на обоих режимах, инициируется тактовыми импульсами со входа 26 в регистре 29, но используется только на переходном (динамическом) режиме. Для стационарного случайного процесса вероятность появления серии, например, из m=8 (восьми) отклонений от медианы (детерминированной основы) процесса одного знака подряд, в соответствии с геометрическим законом распределения вероятностей, равна:Transient (dynamic) mode can be caused by starting, accelerating, bending, switching from one stationary mode to another, etc., i.e. an almost abrupt change in the process. To smooth the input discrete sequence in transient modes (D = 1), a single-
Р(х=m)=(½)m=1/256≈0,004,P (x = m) = (½) m = 1 / 256≈0.004,
т.е. настолько мала, что можно считать появление такой серии началом переходного режима. Субблок 18 фиксирует такую серию и работает следующим образом. Так как для стационарного режима наиболее вероятны отклонения разных знаков, то при смене знака в сумматоре 4 с «плюс» на «минус» и наоборот срабатывают формирователи импульсов 19.1 или 19.2 и через элемент ИЛИ 20 сбрасывают в «0» счетчик 21 и триггер режима 23 (D=0). На динамическом режиме (формирователи 19 не срабатывают) на счетчик 21 (например, 4-разрядный) непременно поступит восемь импульсов подряд с тактового входа 26. На выходе старшего разряда счетчика 21 установится логическая «1», высокий уровень сигнала которого обеспечит прохождение через первый элемент И 22.1 тактирующего импульса, который установит триггер режима 23 в «1» (D=1). Последний сигналом с инверсного выхода заблокирует работу субблока 5 действительных отклонений и соответственно субблока 14 единичных приращений, а высоким уровнем сигнала прямого выхода разрешит через второй элемент И 22.2 перезапись дискрет с одноканального субблока сглаживания 27 во второй реверсивный счетчик 17 результата сглаживания. По окончании переходного режима в сумматоре 4 неизбежно возникнут отклонения разных знаков, что приведет к срабатыванию формирователей импульсов 19 и соответственно к переключению триггера режима 23 в состояние «0» (стационарный режим сглаживания, D=0).those. so small that the appearance of such a series can be considered the beginning of a transitional regime.
Операции прогнозирования, дифференцирования и адаптации выполняются за три такта соответственно 2-й, 3-й и 4-й. Формируются они серией из трех тактирующих импульсов от узла тактирования 31 (см. фиг.4). Тактирующий импульс с входа 26 обнуляет триггер 33 и записывает «1» в младший разряд сдвигового регистра 36. Тот же тактирующий импульс, задержанный элементом задержки 32, устанавливает в «1» триггер 33, разрешая тем самым прохождение импульсов от генератора 34 через элемент И 35 в регистр сдвига 36, на шинах младших разрядов которого («а», «б» и «в») и появляется вышеуказанная серия. Во 2-м такте производится запись ординаты текущей (первой) расчетной точки уп в первый регистр 40 блока 39 регистровой памяти первого вычитателя 37. Одновременно происходит перезапись (сдвиг) всех предшествующих ординат в соседние регистры 40 (т.е. формируется предыстория входного процесса). На адресный вход мультиплексора 41 поступает код адреса (А) ординаты предыстории со счетчика адреса 69, равный коду адреса, записанному со второго управляющего входа 65 в регистр 64 хранения адреса перед началом работы устройства, и определяющий время (интервал) прогноза Н=AT. В соответствии с этим адресом ордината с выхода мультиплексора 41 (уже как вторая расчетная точка yп-1) через блок инверторов 42 поступает на вход второго слагаемого сумматора 43, на входе первого слагаемого которого стоит удвоенная ордината предшествующей расчетной точки yп. На выходе сумматора 43 первого вычитателя 37 устанавливается биразность 1-го уровня предыстории входной дискретной последовательности. В 3-м такте производятся операции, аналогичные описанным выше, но уже для второго 38 вычитателя, на выходе которого устанавливается биразность 2-го уровня предыстории. Все сумматоры в устройстве - комбинационные. По завершении 3-го такта на выходе субблока 44 в соответствии с формулой (4) устанавливается код оценки квадратичного (нелинейного) прогноза для нестационарной входной дискретной последовательности, на выходе субблока 48 в соответствии с формулой (5) - код оценки линейного прогноза для стационарной или медленно меняющейся входной дискретной последовательности, а на выходах 54, 57, 62, 80 и 81 блоков 51 и 77 коды оценок первых и вторых производных в соответствии с формулами (11)÷(15). В 4-м такте сигнал с выхода («в») регистра сдвига 36 узла тактирования 31 в зависимости от сочетания знаков первых производных устанавливает триггер 74 блока адаптации 3 в состояние «1» (квадратичный прогноз) или в «0» (линейный прогноз). Прямой выход триггера 74, как адресный вход мультиплексора 75, обеспечивает выбор и передачу на его единственный выход 76 мультиплексора и устройства соответствующего кода оценки прогноза.Prediction, differentiation and adaptation operations are performed in three cycles, respectively, 2nd, 3rd and 4th. They are formed by a series of three clock pulses from the clock node 31 (see figure 4). A clock pulse from
Узел управления динамикой прогноза 63 предназначен для исключения операции прогноза на динамических (переходных) режимах (D=1) работы устройства, путем сброса в «О» счетчика адреса 69 тактирующим сигналом (U0) из субблока 18 управления динамической характеристикой блока сглаживания. Нулевой адрес счетчика 69 на адресных шинах мультиплексоров 41 обоих вычитателей обеспечит на все время переходного режима расчет и установку на выходах обоих субблоков прогноза 44 и 48 кода текущей дискреты yn минимально сглаженного входного процесса. С переходом устройства на стационарный режим работы (D=0) триггер режима 23 субблока 18 разрешит прохождение тактирующего импульса со входа 26 через открытый элемент И 68 на счетный вход (Ua) счетчика адреса 69. С ростом адреса в последнем, на выходах обоих субблоков прогноза 44 и 48 устанавливаются коды (yn+1) прогнозируемого входного процесса с использованием информации из двухуровневой предыстории только для нового стационарного режима. Рост кода адреса h в счетчике 69 (h=aT, а=1,2,3,…А), т.е. восстановление заданного времени прогноза Н, будет продолжаться с каждым циклом до тех пор, пока он не станет равным заданному в регистре хранения 64 h=H. Компаратор 66 (режим работы: [H-h]->«1», [H≠h]→«0») в этом случае через ключ 67 и элемент И 68 закроет счетный вход счетчика адреса 69. Введение в устройство субблока расчета вторых производных в первой (n)-й и второй (n-1)-й расчетных точках предыстории (т.е. разнесенных по времени) дает возможность анализировать характер (тенденцию) изменения параметров прогнозируемого процесса (рост - снижение, ускорение - замедление и т.д.), что повышает качество управления, особенно быстродинамических объектов, использующих хорошо известные ПИД-регуляторы.The prediction dynamics control
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013123290/08A RU2517322C1 (en) | 2013-05-21 | 2013-05-21 | Adaptive digital predicting and differentiating device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013123290/08A RU2517322C1 (en) | 2013-05-21 | 2013-05-21 | Adaptive digital predicting and differentiating device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2517322C1 true RU2517322C1 (en) | 2014-05-27 |
Family
ID=50779448
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013123290/08A RU2517322C1 (en) | 2013-05-21 | 2013-05-21 | Adaptive digital predicting and differentiating device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2517322C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2622851C1 (en) * | 2016-08-01 | 2017-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | Adaptive digital predictive device |
RU2622852C1 (en) * | 2016-08-01 | 2017-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | Adaptive digital smoothing and predictive device |
RU2629641C1 (en) * | 2016-08-01 | 2017-08-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | Digital predictor |
RU2645273C1 (en) * | 2016-11-07 | 2018-02-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Method of selecting trend of non-stationary process with adaptation of approximation intervals |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7302505B2 (en) * | 2001-12-24 | 2007-11-27 | Broadcom Corporation | Receiver multi-protocol interface and applications thereof |
RU2450343C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Digital predicting and differentiating device |
RU2475831C1 (en) * | 2011-11-17 | 2013-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Adaptive digital predicting and differentiating device |
RU2477887C1 (en) * | 2011-10-27 | 2013-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Digital predictor |
-
2013
- 2013-05-21 RU RU2013123290/08A patent/RU2517322C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7302505B2 (en) * | 2001-12-24 | 2007-11-27 | Broadcom Corporation | Receiver multi-protocol interface and applications thereof |
RU2450343C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Digital predicting and differentiating device |
RU2477887C1 (en) * | 2011-10-27 | 2013-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Digital predictor |
RU2475831C1 (en) * | 2011-11-17 | 2013-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Adaptive digital predicting and differentiating device |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2622851C1 (en) * | 2016-08-01 | 2017-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | Adaptive digital predictive device |
RU2622852C1 (en) * | 2016-08-01 | 2017-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | Adaptive digital smoothing and predictive device |
RU2629641C1 (en) * | 2016-08-01 | 2017-08-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | Digital predictor |
RU2645273C1 (en) * | 2016-11-07 | 2018-02-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Method of selecting trend of non-stationary process with adaptation of approximation intervals |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2451328C1 (en) | Adaptive digital predictor | |
RU2450343C1 (en) | Digital predicting and differentiating device | |
RU2455682C1 (en) | Digital predictor | |
RU2446454C1 (en) | Digital predictor | |
RU2517322C1 (en) | Adaptive digital predicting and differentiating device | |
RU2517316C1 (en) | Adaptive digital predictor | |
RU2517317C1 (en) | Adaptive digital predicting and differentiating device | |
Xing et al. | Comparison of centralised scaled unscented Kalman filter and extended Kalman filter for multisensor data fusion architectures | |
RU2475831C1 (en) | Adaptive digital predicting and differentiating device | |
RU2477887C1 (en) | Digital predictor | |
RU2515215C1 (en) | Digital predicting and differentiating device | |
RU2535467C1 (en) | Adaptive digital differentiating and predicting device | |
RU2470359C1 (en) | Digital predicting and differentiating device | |
RU2449350C1 (en) | Digital predicting and differentiating device | |
RU2622852C1 (en) | Adaptive digital smoothing and predictive device | |
RU2680217C1 (en) | Digital predictor | |
RU2459241C1 (en) | Digital predictor | |
RU2629641C1 (en) | Digital predictor | |
RU2446461C2 (en) | Digital predictor | |
RU2629643C2 (en) | Adaptive digital predictor | |
George et al. | Efficient architecture for implementation of Hermite interpolation on FPGA | |
JP7031573B2 (en) | Estimator, estimation method and estimation program | |
RU2444123C1 (en) | Adaptive smoothing device | |
RU2207622C2 (en) | Method and device for trend separation by multiplying estimates for its single original implementation | |
RU2684190C1 (en) | Multi-speed digital extrapolator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160522 |