RU2622851C1 - Adaptive digital predictive device - Google Patents
Adaptive digital predictive device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2622851C1 RU2622851C1 RU2016131698A RU2016131698A RU2622851C1 RU 2622851 C1 RU2622851 C1 RU 2622851C1 RU 2016131698 A RU2016131698 A RU 2016131698A RU 2016131698 A RU2016131698 A RU 2016131698A RU 2622851 C1 RU2622851 C1 RU 2622851C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- multiplexer
- adder
- forecast
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/17—Function evaluation by approximation methods, e.g. inter- or extrapolation, smoothing, least mean square method
Abstract
Description
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для сглаживания и прогнозирования стационарных и нестационарных случайных процессов, повышения качества и точности управления в цифровых системах наведения различных (в т.ч. баллистических) объектов: ракет, бомб и ПТУРСов.The invention relates to automation and computer technology and can be used to smooth and predict stationary and non-stationary random processes, improve the quality and accuracy of control in digital guidance systems for various (including ballistic) objects: missiles, bombs and ATGMs.
Известно цифровое прогнозирующее и дифференцирующее устройство (патент РФ №2515215, МПК G06F 17/17, 6.02.2013, бюл. №13), содержащее блок сглаживания и блок прогноза, в состав которого входят: два вычитателя, узел управления динамикой прогноза, два субблока квадратичного и линейного прогнозов и субблок расчета первой производной в (n-1)-й расчетной точке предыстории входного сглаженного процесса. Устройство функционально ограничено.A digital predictive and differentiating device is known (RF patent No. 2515215, IPC
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа адаптивное цифровое прогнозирующее и дифференцирующее устройство (патент РФ №2517322, МПК G06F 17/17, 21.05.2013, бюл. №15), содержащее блок сглаживания и блок прогноза, в состав последнего входят: два вычитателя, узел управления динамикой прогноза, два субблока квадратичного и линейного прогнозов, субблок расчета первой призводной в (n-1)-й расчетной точке предыстории входного процесса и блок адаптации. Устройство имеет относительно большой объем оборудования и также функционально ограничено.The closest in technical essence to the claimed device is the adaptive digital predictive and differentiating device selected as a prototype (RF patent No. 2517322, IPC G06F 17/17, 05/21/2013, bull. No. 15), containing a smoothing unit and a forecast unit, in the composition the latter includes: two subtractors, a forecast dynamics control unit, two sub-blocks of quadratic and linear forecasts, a sub-block for calculating the first lead-in at the (n-1) -th calculation point of the input process history and an adaptation block. The device has a relatively large amount of equipment and is also functionally limited.
На практике по характеру изменения во времени дискретные случайные процессы (СП) можно разделить на два вида (режима): установившийся (стационарный) и переходный (в дальнейшем «динамика»). Первый характеризуется установившейся скоростью медианы (детерминированной основы) СП, второй имеет нелинейный характер и занимает относительно небольшое время перехода медианы СП на новую установившуюся скорость. Спектр изменения режима по скорости медианы СП может занимать достаточно большой диапазон: от медленно меняющегося до высоких скоростей (почти скачка).In practice, by the nature of the change in time, discrete random processes (SPs) can be divided into two types (modes): steady (stationary) and transient (hereinafter “dynamics"). The first is characterized by the steady-state velocity of the median (deterministic basis) of the joint venture, the second is non-linear and takes a relatively short time to transition the median of the joint venture to a new steady-state speed. The spectrum of regime change in the speed of the median SP can occupy a rather large range: from slowly varying to high speeds (almost a jump).
В прототипе, как и в аналогах, реализовано наилучшее приближение аналитических операторов квадратичного и линейного прогнозов на базе аппроксимирующих многочленов по 3-м точкам (ординатам) двухуровнего буфера хранения предыстории входного случайного дискретного процесса по способу наименьших квадратов, причем временной интервал (глубина) прогноза h составляет половину от времени (Bt) хранения ординат в буферах памяти предыстории Bt=2h. Например, прогноз на Н=h=10 сек, требует сохранения информации о процессе в буфере памяти предыстории на период Bt=2Н=2h=20 сек, причем с началом динамики (переходом на другую скорость медианы СП) новая (свежая) информация (уn) поступает только на 1-й уровень буфера предыстории, на втором (уn-1, уn-2) сохраняются данные старого режима: естественно, получаемые текущие дискреты прогноза за этот период существенно отличаются от реалий и не могут быть использованы. Прогноз можно считать достоверным только после заполнения обоих буферов предыстории информацией на новом установившемся режиме.In the prototype, as well as in analogs, the best approximation of the analytical operators of quadratic and linear forecasts is implemented based on approximating polynomials in 3 points (ordinates) of a two-level buffer for storing the history of the input random discrete process using the least squares method, and the forecast time interval (depth) h is half of the time (B t ) of the storage of ordinates in the history buffers B t = 2h. For example, the forecast for Н = h = 10 sec requires the storage of information about the process in the history buffer for the period B t = 2Н = 2h = 20 sec, and with the onset of dynamics (transition to a different velocity of the median SP) new (fresh) information ( at n ) it arrives only at the 1st level of the history buffer, at the second (at n-1 , at n-2 ) the data of the old mode are stored: of course, the obtained current forecast discretes for this period are significantly different from realities and cannot be used. The forecast can be considered reliable only after filling both history buffers with information in a new steady state.
Техническая задача для предлагаемого устройства заключается в расширении функциональных возможностей путем увеличения реального времени (глубины) прогноза в два раза при том же объеме буфера памяти предыстории, без какого-либо ущерба для точности прогноза, т.е. (см. пример выше) теперь при задании Н=2h=20 сек время хранения информации (объем памяти буферов предыстории) остается без изменений Bt=2h=20 сек, а не Bt=2Н=40 сек в соответствии с аналитическими формулами расчета прогноза.The technical problem for the proposed device is to expand the functionality by doubling the real time (depth) of the forecast with the same amount of historical memory buffer, without any damage to the accuracy of the forecast, i.e. (see the example above) now, when setting H = 2h = 20 sec, the information storage time (the memory size of the history buffers) remains unchanged B t = 2h = 20 sec, and not B t = 2Н = 40 sec in accordance with the analytical calculation formulas forecast.
Поэтому в адаптивном цифровом прогнозирующем устройстве, в состав которого входят блок сглаживания, содержащий m=32 последовательно соединенных каналов, регистр и мультиплексор, причем выходы каждого m=1, 2, 4, 8, 16 и 32-го каналов заведены на информационные входы мультиплексора, адресный вход которого подключен к выходу регистра, вход последнего подсоединен к второму управляющему входу устройства для задания степени (эффективности) сглаживания k=0, 1, 2, 3, 4 или 5 (m=2k), а вход первого канала является информационным входом (хn) устройства, и блок прогноза, содержащий первый и второй вычитатели, каждый из которых включает в себя буфер регистровой памяти, мультиплексор, блок инверторов и сумматор, причем вход первого вычитателя подключен к выходу мультиплексора блока сглаживания; субблок расчета квадратичного прогноза, содержащий два сумматора и инвертор, причем выход второго сумматора является выходом субблока; субблок расчета линейного прогноза из одного сумматора, выходные шины которого являются выходом субблока; сумматор усреднения дискрет выходов субблоков квадратичного и линейного прогнозов, выходные шины которого монтажно сдвинуты вправо (в сторону младших разрядов) на один разряд; узел управления динамикой прогноза, содержащий регистр ввода уставки времени прогноза, вход которого является первым управляющим входом устройства, задающим интервал прогноза, инвертор, счетчик и мультиплексор, причем выходные шины регистра ввода уставки времени прогноза подключены непосредственно к первому входу мультиплексора, монтажно сдвинутые вправо на три разряда - к второму входу мультиплексора и монтажно сдвинутые влево на один разряд через инвертор - к входу счетчика, выход мультиплексора соединен с адресными входами мультиплексоров обоих вычитателей; субблок расчета первой производной из одного сумматора, выход которого является выходом субблока с кодом первой производной (у'n-1) во второй (n-1)-й расчетной точке буфера предыстории входного процесса; узел тактирования блока прогноза, содержащий элемент задержки, триггер, генератор импульсов, элемент И и регистр сдвига; схема коррекции кода прогноза на динамике, содержащая три сумматора и мультиплексор; субблок подсчета приращений скорости процесса, содержащий схему формирования абсолютного значения первой производной (у'n-1), два последовательно соединенных регистров хранения текущей у'n-1[(wT)] и предыдущей у'n-1[(w-1)T)] дискреты скорости процесса, два параллельных канала (на рост и снижение) подсчета приращения скорости процесса, в состав каждого из которых входят компаратор, два элемента И и четырехразрядный счетчик приращений, элемент ИЛИ и триггер режима, причем выход первого элемента И в каждом канале подключен к счетному входу счетчика и на шину сброса в «0» счетчика другого канала, выход элемента ИЛИ заведен на вход установки в «1» триггера режима и на шину записи счетчика узла управления динамикой прогноза, а выход прямого переноса этого счетчика соединен с шиной сброса в «0» триггера, прямой («1») выход которого подключен к адресным входам мультиплексоров узла управления динамикой и схемы коррекции кода прогноза на динамике, выход субблока расчета первой производной через схему формирования ее абсолютного значения заведен на вход первого регистра субблока подсчета приращений, а выходы обоих регистров подключены соответственно к входам компараторов обоих каналов, для решения поставленной задачи в блок прогноза введен дополнительный субблок коррекции кода прогноза на стационарном режиме из одного сумматора, на первый вход которого заведены монтажно сдвинутые влево на один разряд выходные шины мультиплексора блока сглаживания, второй вход сумматора соединен с выходом инвертора второго вычитателя, а выход сумматора субблока подключен к первому информационному входу мультиплексора схемы коррекции кода прогноза на динамике, в которой: первый вход первого сумматора соединен с выходом сумматора усреднения, второй вход - с выходом инвертора второго вычитателя, выходные шины первого сумматора, монтажно сдвинутые влево на два разряда и влево на один разряд, соответственно заведены на оба входа второго сумматора, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом мультиплексора второго вычитателя, выход третьего сумматора заведен на второй информационный вход мультиплексора, адресный вход которого подключен к «1» выходу триггера режима субблока подсчета приращений скорости процесса, а выход мультиплексора является выходом устройства.Therefore, in an adaptive digital predictive device, which includes a smoothing unit containing m = 32 series-connected channels, a register and a multiplexer, and the outputs of each m = 1, 2, 4, 8, 16, and 32nd channels are connected to the information inputs of the multiplexer whose address input is connected to the output of the register, the input of the latter is connected to the second control input of the device to set the degree (efficiency) of smoothing k = 0, 1, 2, 3, 4 or 5 (m = 2 k ), and the input of the first channel is information input (x n) unit, and a unit about Noz, comprising first and second subtracters, each of which includes a memory buffer register, the multiplexer, and an adder unit inverters, the input of the first subtracter connected to the output of multiplexer smoothing unit; a quadratic prediction calculation subunit comprising two adders and an inverter, the output of the second adder being the output of the subunit; a subunit for calculating a linear forecast from one adder, the output buses of which are the output of the subunit; the averaging adder discrete outputs of the sub-blocks of the quadratic and linear forecasts, the output buses of which are mountingly shifted to the right (towards the lower bits) by one bit; a prediction dynamics control unit comprising a prediction time setting input register, the input of which is the first control input of the device defining a forecast interval, an inverter, a counter and a multiplexer, the output buses of the prediction time setting input register being connected directly to the first input of the multiplexer, mountingly shifted to the right by three discharge - to the second input of the multiplexer and mountingly shifted to the left by one bit through the inverter - to the counter input, the output of the multiplexer is connected to the address inputs of the multiplex lexors of both subtractors; a subunit of calculating the first derivative from one adder, the output of which is the output of the subunit with the code of the first derivative (y ' n-1 ) at the second (n-1) -th calculation point of the input process history buffer; a timing unit of a forecast block comprising a delay element, a trigger, a pulse generator, an AND element, and a shift register; a dynamic prediction code correction scheme comprising three adders and a multiplexer; a subunit of counting process speed increments containing a scheme for generating the absolute value of the first derivative (y ' n-1 ), two series-connected storage registers of the current y' n-1 [(wT)] and the previous y ' n-1 [(w-1) T)] process speed samples, two parallel channels (for increasing and decreasing) for calculating the process speed increment, each of which includes a comparator, two AND elements and a four-digit increment counter, an OR element, and a mode trigger, with the output of the first And element in each channel connected to the counter input counter and to the reset bus at “0” of the counter of another channel, the output of the OR element is connected to the installation input at “1” of the mode trigger and to the write bus of the counter of the forecast dynamics control unit, and the direct transfer output of this counter is connected to the reset bus to “0” a trigger whose direct (“1”) output is connected to the address inputs of the multiplexers of the dynamics control unit and the correction scheme for the forecast code for the dynamics, the output of the subunit of calculating the first derivative through the circuit for generating its absolute value is connected to the input of the first register of the subunit of counting p increments, and the outputs of both registers are connected respectively to the inputs of the comparators of both channels, to solve the problem, an additional subblock for correcting the forecast code in stationary mode from one adder is introduced into the forecast block, the output buses of the smoothing unit multiplexer shifted to the left by one bit , the second input of the adder is connected to the inverter output of the second subtractor, and the output of the adder of the subunit is connected to the first information input of the multiplexer of the correction circuit a prediction code on the dynamics in which: the first input of the first adder is connected to the output of the averaging adder, the second input is the output of the inverter of the second subtracter, the output buses of the first adder are mountingly shifted left by two bits and left by one bit, respectively wound to both inputs of the second the adder, the output of which is connected to the first input of the third adder, the second input of which is connected to the output of the multiplexer of the second subtractor, the output of the third adder is connected to the second information input of the multiplexer, addressed to the stroke of which is connected to the “1” output of the trigger of the sub-block mode of counting increments of the process speed, and the multiplexer output is the output of the device.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 - блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - блок-схема одного канала блока сглаживания; на фиг. 3 - блок-схема узла тактирования блока прогноза; на фиг. 4 - схема формирования абсолютного значения скорости СП; на фиг. 5 - графическая интерпретация вывода формул коррекции кода прогноза на стационарном режиме и на динамике; на фиг. 6 - метрологическая характеристика блока сглаживания на m=64 канала; приложение (на 5 листах) - результаты моделирования работы устройства на ЭВМ при обработке нестационарного случайного процесса.The invention is illustrated by drawings, which depict: in FIG. 1 is a block diagram of the proposed device; in FIG. 2 is a block diagram of one channel of a smoothing unit; in FIG. 3 is a block diagram of a timing unit of a forecast block; in FIG. 4 - diagram of the formation of the absolute value of the velocity of the joint venture; in FIG. 5 is a graphical interpretation of the derivation of the formulas for the correction of the forecast code in stationary mode and in dynamics; in FIG. 6 - metrological characteristic of the smoothing unit on m = 64 channels; application (on 5 sheets) - the results of modeling the operation of a device on a computer during processing of a non-stationary random process.
Известны формулы операторов прогноза, полученные аналитически с помощью аппроксимирующих многочленов по трем точкам (ординатам) буфера предыстории входного случайного дискретного процесса по способу наименьших квадратов (Милн В.Э. Численный анализ. М.: «ИЛ», 1951, стр. 212), по аппроксимирующему многочлену второй степени (квадратичному):The known prediction operator formulas obtained analytically using approximating polynomials in three points (ordinates) of the buffer history of the input random discrete process using the least squares method (Milne V.E. Numerical analysis. M.: IL, 1951, p. 212), by the approximating polynomial of the second degree (quadratic):
yn+1 = (3yn – 3yn-1 + yn-2), (1) [КВ3]y n + 1 = (3y n - 3y n-1 + y n-2 ), (1) [KB3]
первой степени (линейному):first degree (linear):
yn+1 = 1/3 (4yn + yn-1 – 2yn-3),y n + 1 = 1/3 (4y n + y n-1 - 2y n-3)
илиor
yn+1 = 1/2 (3yn – yn-2), (2) [ЛН3]y n + 1 = 1/2 (3y n - y n-2), (2) [LN3]
Кроме того, известны формулы численного дифференцирования для равноотстоящих точек, выраженные через значения функции в этих точках (Демидович Б.П. и Марон И.А. Основы вычислительной математики. М.: «ФМ», 1960, гл. XV, §4, стр. 573), в частности для трех точек имеем:In addition, there are known formulas for numerical differentiation for equally spaced points expressed in terms of the function values at these points (Demidovich B.P. and Maron I.A. Fundamentals of Computational Mathematics. M: FM, 1960, Ch. XV, §4, p. 573), in particular for three points we have:
где уn - первая (текущая) расчетная точка (ордината);where n is the first (current) calculated point (ordinate);
уn-1, уn-2 - соответственно вторая и третья расчетные точки (ординаты) двухуровневого буфера хранения предыстории входной сглаженной дискретной последовательности. В численном анализе - это система равноотстоящих точек с шагом h, в реальном масштабе времени Н=h - это время (глубина) прогноза, причем период хранения текущей информации в буферах памяти предыстории составляет два интервала прогноза Bt=2h. n-1 , n-2 , respectively, the second and third calculated points (ordinates) of the two-level buffer for storing the 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 = h is the forecast time (depth), and the period of storage of current information in the history memory buffers is two forecast intervals B t = 2h.
По аналогии с методами исчисления конечных разностей для численного дифференцирования и экстраполяции обозначим:By analogy with the methods of calculating finite differences for numerical differentiation and extrapolation, we denote:
Δу1=(2уn-уn-1) - как биразность первого уровня предыстории входной дискретной последовательности, т.е. разность между удвоенной текущей и предыдущей ординатой процесса;Δy 1 = (2y n -y n-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;
Δу2=(2уn-1-уn-2) - биразность второго уровня предыстории.Δy 2 = (2y n-1 -y n-2 ) - biodiversity of the second level of history.
После преобразования уравнений (1) и (2) с целью упрощения и с учетом биразностей получим следующие эмпирические выражения для операторов квадратичного и линейного прогнозов:After transforming equations (1) and (2) in order to simplify and taking into account biodiversity, we obtain the following empirical expressions for the quadratic and linear prediction operators:
Предлагаемое устройство реализует операторы прогноза и дифференцирования по формулам (3), (4) и (5), причем основными элементами схемы являются сумматор и блок инверторов, а умножение коэффициентов на слагаемые выполняются соответствующими монтажными сдвигами шин последних при вводе в сумматор. Такие операции на блок-схеме (см. фиг. 1) обозначены кружочком.The proposed device implements prediction and differentiation operators according to formulas (3), (4) and (5), the main elements of the circuit being an adder and an inverter unit, and the multiplication of the coefficients by the terms is performed by the corresponding mounting shifts of the latter buses when entering the adder. Such operations in the flowchart (see Fig. 1) are indicated by a circle.
Устройство содержит (см. фиг. 1) блок сглаживания 1, состоящий из многоканального цифрового сглаживающего устройства 2 на m=32 последовательно соединенных канала (см. авт.св. СССР №686034, кл. G06F 15/32, 1979 и №748417, 1980), регистра 3 задания степени сглаживания (к) и мультиплексора 4; блок прогноза, содержащий два последовательно соединенных вычитателя 5 и 6, каждый из которых включает в себя буфер регистровой памяти 7 из (А) последовательно соединенных регистров 8, мультиплексор 9, блок инверторов 10 (в предположении, что мультиплексор не имеет инверсных выходов) и сумматор 11; субблок 12 расчета квадратичного прогноза, содержащий блок инверторов 13, первый 14 и второй 15 сумматоры, выход последнего является выходом субблока; субблок 16 расчета линейного прогноза из инвертора 17 и сумматора 18, шины выхода которого являются выходом субблока; сумматор 19 усреднения кодов выходов обоих субблоков прогноза 12 и 16; субблок 20 расчета первой производной (у'n-1) из сумматора 21, на выходе которого устанавливается код оценки первой производной входного процесса в (n-1)-й расчетной точке буфера предыстории; субблок 22 подсчета приращений скорости процесса, содержащий схему 23 формирования абсолютного значения скорости (у'n-1), включающей в себя (см. фиг. 4) мультиплексор 24 и инвертор 25, последовательно соединенные регистры 26 и 27 (формирующие буфер предыстории приращений скорости процесса), два компаратора 28 и 29, два элемента И 30 и 31, два 4-разрядных счетчика 32 и 33 приращений скорости процесса (роста и снижения), два элемента И 34 и 35, элемент ИЛИ 36 и триггер режима 37 (ТГ); узел 38 управления динамикой прогноза, содержащий регистр 39 хранения времени прогноза, вход 40 которого является первым управляющим входом устройства, через который вводится виртуальное время прогноза h=AT, где Т - цикл работы устройства, А - количество (макс, адрес) регистров 8 в буфере 7 предыстории процесса (реальное время прогноза для заявляемого устройства рассчитывается по формуле: Н=2h), инвертор 41, счетчик 42 продолжительности (2h) работы блока прогноза на динамике и мультиплексор 43; второй управляющий вход 44 ввода степени сглаживания (к) СП, информационный (xn) 45 и тактирующий (fT) 46 входы устройства; канал 47 (см. фиг. 2) сглаживающего устройства 2 состоит из сумматора 48 и регистра 49; узел 50 тактирования блока прогноза (см. фиг. 3) содержит элемент задержки 51, триггер 52, генератор импульсов 53 (fг), элемент И 54 и регистр сдвига 55; схема 56 коррекции кода прогноза на динамике содержит три сумматора 57, 58, 59 и мультиплексор 60, дополнительный субблок 61 коррекции кода прогноза на стационарном режиме из сумматора 62, выход мультиплексора 60 схемы 56 является выходом 63 устройства.The device contains (see Fig. 1) a
Если в прототипе и аналогах для определения момента перехода стационарного режима на динамику используется алгоритм фиксации серии из 8 отклонений от медианы процесса одного знака подряд, то в предложенном устройстве (ввиду отсутствия блока сглаживания, работающего с отклонениями) для этой же цели введен субблок 22 подсчета приращений скорости процесса, в котором тоже фиксируется серия но из 8 подряд приращений роста (или снижения) скорости процесса.If in the prototype and analogues to determine the moment of transition of the stationary mode to the dynamics, the algorithm of fixing a series of 8 deviations from the median of the process of one sign in a row is used, then in the proposed device (due to the lack of a smoothing unit working with deviations), a
Приращение - это результат сравнения на каждом такте текущего и предыдущего значения первой производной процесса в (n-1)-й расчетной точке буфера предыстории. С переходом на динамику (ТГ=1) устройство начинает работать не с полным (h), а усеченным в 8 раз буфером предыстории, т.е. в расчете кода прогноза участвуют только текущие («свежие») дискреты входного процесса, соответственно, получаемый код прогноза дает точную картину изменения (роста или снижения) входного процесса на динамике, но только для уменьшенного в 8 раз времени (глубины) прогноза hk=h/8 (условно его можно назвать технологическим).The increment is the result of comparing, at each step, the current and previous values of the first derivative of the process at the (n-1) -th calculated point of the history buffer. With the transition to dynamics (TG = 1), the device does not begin to work with the full (h), but with an 8-fold truncated history buffer, i.e. Only current (“fresh”) discrete samples of the input process are involved in the calculation of the forecast code, respectively, the resulting forecast code gives an accurate picture of the change (increase or decrease) in the input process on the dynamics, but only for the forecast time (depth) reduced by 8 times h k = h / 8 (conditionally it can be called technological).
Для приведения кода прогноза на стационарном режиме в соответствие удвоенному времени прогноза (H=2h) в устройство введен дополнительный субблок 61 коррекции кода прогноза. Графическая интерпретация алгоритма работы этого субблока, опирающаяся на постулат о линейной аппроксимации медианы входного процесса, представлена на фиг. 5, где Δ0=(Yn-Yn-2) и Δ2=(Yn+2-Yn-2) - корректирующие разности прогноза на стационарном режиме, тогда по известным соотношениям в подобных треугольниках имеем:To bring the forecast code in stationary mode in accordance with twice the forecast time (H = 2h) an
Уравнение (6) реализовано в предложенном устройстве в дополнительном субблоке 61 коррекции кода прогноза на стационарном режиме для удвоенного времени (глубины) прогноза H=2h.Equation (6) is implemented in the proposed device in an
Приведение кода прогноза на динамике в соответствие удвоенному времени прогноза (H=2h) осуществляется в схеме 56 коррекции кода прогноза на динамике. Графическая интерпретация алгоритма работы этой схемы, опирающегося на постулат о линейной аппроксимации медианы входного процесса, представлена на фиг. 5.The prediction code for the dynamics is brought into correspondence with twice the forecast time (H = 2h) in the correction prediction
Пусть ΔK=(Yk n+1-Yk n-2) - корректирующая разность прогноза на динамике, hk=h/8, h=8hk, , тогда в соответствии с известными соотношениями сторон в подобных треугольниках имеем:Let ΔK = (Y k n + 1 -Y k n-2 ) be the correction difference of the forecast for the dynamics, h k = h / 8, h = 8h k , , then, in accordance with the known aspect ratios in such triangles, we have:
Уравнение (7) реализовано в предложенном устройстве в схеме 56 коррекции кода прогноза на динамике для удвоенного времени (глубины) прогноза H=2h.Equation (7) is implemented in the proposed device in the
Цикл работы устройства состоит из двух тактов. В первом завершает работу блок сглаживания 1, каждый канал которого реализует оператор экспоненциального сглаживания . Эффективность сглаживания (см. фиг. 6) выбирается заданием со входа 44 степени k=0,1, 2, 3, 4 или 5, которая в свою очередь определяет число задействованных каналов сглаживания m=2k (1, 2, 4, 8, 16 или 32).The cycle of the device consists of two clock cycles. In the first, the
Во втором такте узел тактирования 50 первой серией минитактов ("а", "b") инициирует работу двух вычитателей 5 и 6, субблоков 20, 12 и 16 расчета по формулам (3), (4) и (5) первой производной, квадратичной и линейной составляющих блока прогноза. Сумма кодов последних усредняется Yn+1=Yn+1[SR]=(Yn+1[KB3]+Yn+1[ЛН3])/2 в сумматоре 20 и поступает в схему 56 коррекции кода прогноза на динамике.In the
Вторая серия минитактов ("с", "d", "е") формирует работу субблока 22 подсчета приращений скорости процесса. Субблок предназначен для переключения стационарного (ТГ=0) режима на динамику (ТГ=1).The second series of mini-tacts ("c", "d", "e") forms the operation of the
Тактовым сигналом ("с") в регистр 27 из регистра 26 переписывается предыдущая у'n-1[(w-1)T], а в последний - текущая у'n-1[wT] дискрета абсолютного значения скорости процесса. Субблок можно разделить на два параллельных канала подсчета количества приращений скорости процесса: падающей и возрастающей. Рассмотрим работу последнего: при положительном соотношении А>В (у'n-1[wT] > у'n-1[(w-1)T]) в компараторе 28 тактовый сигнал ("d") поступает на счетный вход счетчика приращений 32 и одновременно сбрасывает в «0» счетчик 33 другого канала. Поступление на счетчик 32 подряд Nd=8 и более импульсов означает, что процесс из стационарного перешел на динамику (переходный). Высокий уровень («1») выхода 4-го разряда счетчика 32 разрешает сигналу ("е") установить триггер режима 37 в «1» (ТГ=1) и переписать из регистра 39 в счетчик 42 узла 38 управления динамикой в инверсном коде количество тактов (2h), т.е. время работы устройства на динамическом режиме. Прямой выход («1») триггера 37 разрешает выдачу кода прогноза Yd n+2 на динамике (соответствующему удвоенному времени прогноза Н=2h) с сумматора 59 схемы коррекции 56 кода прогноза на динамике через мультиплексор 60 на выход устройства 63 и переключает мультиплексор 43 узла 38 управления динамикой на работу блока прогноза только с 1/8 частью буфера предыстории процесса, соответственно, с hk=h/8 (технологическим) интервалом (временем) прогноза.The clock signal ("c") in
Переход устройства с динамики на стационарный режим осуществляется сбросом в «О» триггера режима (ТГ=0) импульсом прямого переноса счетчика 42 узла управления 38, т.е. только после заполнения (2h) буфера предыстории процесса новой информацией на новом режиме. Соответственно, мультиплексор 43 переключается на выдачу в буфер предыстории заданного (виртуального) интервала (времени) прогноза h, а мультиплексор 60 - на выход 63 устройства кода прогноза Yn+2=Ys n+2 (соответствующему удвоенному времени прогноза Н=2h).The device switches from the dynamics to the stationary mode by resetting the mode trigger (TG = 0) to “O” by the direct transfer pulse of the
В приложении приведены результаты моделирования работы устройства.The appendix contains the results of modeling the operation of the device.
Колонка №5:Column No. 5:
ΔPk=(Yn[w+2h]-Yn+1) - погрешность прогноза с коррекцией на динамике (ТГ=1).ΔP k = (Y n [w + 2h] -Y n + 1 ) - forecast error with correction on the dynamics (TG = 1).
Колонка №8:Column number 8:
ΔР=(Yn[w+2h]-Yn+1[SR]) - погрешность прогноза без коррекции на динамике.ΔР = (Y n [w + 2h] -Y n + 1 [SR]) - forecast error without correction on the dynamics.
Колонки №6 и №9:Columns No. 6 and No. 9:
% - точность прогноза в %.% - forecast accuracy in%.
Доработка (модернизация и упрощение) аналитических операторов прогноза и производных под применение арифметических операций (умножение и деление), кратных степени 2, и замена последних, в свою очередь, на монтажные сдвиги шин слагаемых многочленов при вводе (или выводе) в сумматор позволяет упростить устройство (отказаться от микропроцессора), повысить на порядок быстродействие и снизить аппаратурные затраты на изготовление электронных компонентов систем управления и наведения ракет, бомб и ПТУРСов, особенно в массовом производстве.The refinement (modernization and simplification) of the analytical prediction operators and derivatives for the application of arithmetic operations (multiplication and division), multiples of
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016131698A RU2622851C1 (en) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | Adaptive digital predictive device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016131698A RU2622851C1 (en) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | Adaptive digital predictive device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2622851C1 true RU2622851C1 (en) | 2017-06-20 |
Family
ID=59068425
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016131698A RU2622851C1 (en) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | Adaptive digital predictive device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2622851C1 (en) |
Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6859170B2 (en) * | 1999-04-21 | 2005-02-22 | The Johns Hopkins University | Extended kalman filter for autonomous satellite navigation system |
US7302505B2 (en) * | 2001-12-24 | 2007-11-27 | Broadcom Corporation | Receiver multi-protocol interface and applications thereof |
US20080317188A1 (en) * | 2007-06-22 | 2008-12-25 | Robert Bogdan Staszewski | Digital Phase Locked Loop with Integer Channel Mitigation |
RU2446461C2 (en) * | 2010-06-23 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Digital predictor |
RU2446454C1 (en) * | 2011-01-12 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Digital predictor |
RU2449350C1 (en) * | 2011-05-13 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Digital predicting and differentiating device |
RU2450343C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Digital predicting and differentiating device |
RU2451328C1 (en) * | 2011-05-31 | 2012-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Adaptive digital predictor |
RU2455682C1 (en) * | 2011-07-08 | 2012-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Digital predictor |
RU2459241C1 (en) * | 2011-03-29 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Digital predictor |
RU2470359C1 (en) * | 2011-11-03 | 2012-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "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 |
RU2515215C1 (en) * | 2013-02-06 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Digital predicting and differentiating device |
RU2517317C1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Adaptive digital predicting and differentiating device |
RU2517322C1 (en) * | 2013-05-21 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Adaptive digital predicting and differentiating device |
RU2517316C1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Adaptive digital predictor |
RU2535467C1 (en) * | 2014-02-18 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Adaptive digital differentiating and predicting device |
-
2016
- 2016-08-01 RU RU2016131698A patent/RU2622851C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6859170B2 (en) * | 1999-04-21 | 2005-02-22 | The Johns Hopkins University | Extended kalman filter for autonomous satellite navigation system |
US7302505B2 (en) * | 2001-12-24 | 2007-11-27 | Broadcom Corporation | Receiver multi-protocol interface and applications thereof |
US20080317188A1 (en) * | 2007-06-22 | 2008-12-25 | Robert Bogdan Staszewski | Digital Phase Locked Loop with Integer Channel Mitigation |
RU2446461C2 (en) * | 2010-06-23 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Digital predictor |
RU2446454C1 (en) * | 2011-01-12 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Digital predictor |
RU2450343C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Digital predicting and differentiating device |
RU2459241C1 (en) * | 2011-03-29 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Digital predictor |
RU2449350C1 (en) * | 2011-05-13 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Digital predicting and differentiating device |
RU2451328C1 (en) * | 2011-05-31 | 2012-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Adaptive digital predictor |
RU2455682C1 (en) * | 2011-07-08 | 2012-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Digital predictor |
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 |
RU2470359C1 (en) * | 2011-11-03 | 2012-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "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 |
RU2517317C1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Adaptive digital predicting and differentiating device |
RU2517316C1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Adaptive digital predictor |
RU2515215C1 (en) * | 2013-02-06 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Digital predicting and differentiating device |
RU2517322C1 (en) * | 2013-05-21 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Adaptive digital predicting and differentiating device |
RU2535467C1 (en) * | 2014-02-18 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Adaptive digital differentiating and predicting device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2450343C1 (en) | Digital predicting and differentiating device | |
RU2446454C1 (en) | Digital predictor | |
RU2455682C1 (en) | Digital predictor | |
RU2451328C1 (en) | Adaptive digital predictor | |
RU2622852C1 (en) | Adaptive digital smoothing and predictive device | |
RU2517316C1 (en) | Adaptive digital predictor | |
RU2680217C1 (en) | Digital predictor | |
RU2477887C1 (en) | Digital predictor | |
RU2517322C1 (en) | Adaptive digital predicting and differentiating device | |
RU2475831C1 (en) | Adaptive digital predicting and differentiating device | |
RU2626338C1 (en) | Adaptive digital smoothing and predictive device | |
RU2517317C1 (en) | Adaptive digital predicting and differentiating device | |
RU2629641C1 (en) | Digital predictor | |
RU2535467C1 (en) | Adaptive digital differentiating and predicting device | |
RU2622851C1 (en) | Adaptive digital predictive device | |
RU2449350C1 (en) | Digital predicting and differentiating device | |
RU2515215C1 (en) | Digital predicting and differentiating device | |
RU2629643C2 (en) | Adaptive digital predictor | |
JP2013025467A (en) | Approximation operation circuit for logarithmic function | |
RU2470359C1 (en) | Digital predicting and differentiating device | |
RU2680215C1 (en) | Adaptive digital predictor | |
RU2459241C1 (en) | Digital predictor | |
RU2643645C2 (en) | Digital predictive device | |
RU2720219C1 (en) | Adaptive digital predictive device | |
RU2446461C2 (en) | Digital predictor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180802 |