SU1628046A1 - Устройство дл идентификации случайных процессов - Google Patents

Abstract

Изобретение позвол ет осуществл ть гарантированную в смысле обеспечени  любой наперед заданной точности идентификацию как стационарных , так и нестационарных случайных процессов, представл емых авторегрес- сионной моделью. Устройство содержит входной аналого-цифровой преобразователь , входной блок пуска-останова , блок задержки сигнала, два накапливаю: их сумматора, три блока задержки информации, квадратор, блок Изобретение относитс  к технической кибернетике и может быть использовано в практических задачах идентификации , фильтрации, прогнозировани , управлени  и и любых других приложени х , где требуетс  в услови х априори неизвестных данных получить эквивалентную в смысле требуемой точности описани  модель как стационарных , так и нестационарных случайных процессов. Цель изобретени  - расширение области применени  и повышение быстродействи  устройства. сравнении, два pvirncipa пам ти константы , блок делени , сумматор и трь блока умножени , причем выход третьего блока умножени   вл етс  выходом тройства. Указанна  совокупность блока реалнч ет таь,}ю модификацию классического метода наименьших шадратов, количество i аблю- дении идентифицируемою случайною пронегса не фиксируетс  заранее, а оьредел ьп   в оде последовательно о наблюдени  VHOMHHVTOIO процесса моментом останова наблюдении. Зтот момент наступает , когда накапливаема  вели шна сташстики, названной опорной, ирсипснт пороговый уровень, однозначно определ емый заданным значением точности идентификации . После останова наблюдений на выходе устройства по вл етс  результат и. ентификации случайного процесса в виде оценки параметра авторегрессионной модели. 3 ил. Устройство реализует последовательную процедуру обработки наблюдений идентифицируемого случайного процесса,  вл ющуюс  такой модификацией метода наименьших квадратов, когда длительность интервала наблюдени  не фиксируетс  заранее, а опре- дел етс  превышением порогового уровн  накапливаемым значением специальной опорной статистики, учитывающей структуру идентифицируемого случайного процесса. По заданному значению точности идентификации не приблизительно , а однозначио определи (Л о N5 00 О 4 О

Description

етс  пороговый уровень, а следовательно , и тот момент, когда можно прекратить наблюдени  (так как заданна  точность идентификации уже достигнута) и сформировать на выходе предлагаемого устройства искомый результат, специальным образом пронормировав при этом последнее наблюдение идентифицируемого случайного процесса.

На фиг.1 изображена структурна  схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - структурна  схема блока пуска-останова; на фиг.З - структурна  схема блока цифровой задержки информации .

Устройство (фиг.1) содержит аналого-цифровой преобразователь 1, блок 2 пуска-останова, бдок 3 цифровой - задержки сигнала, первый накапливающий сумматор 4, блок 5 умножени , пе вый 6 и второй 7 блоки цифровой задержки информации, регистр 8 пам ти константы, третий-блок 9 цифровой задержки информации, блок 10 сравнени , второй накапливающий сумматор 11, квадратор 12, сумматор 13, второй блок 14 умножени , блок 15 делени , второй регистр 16 пам ти константы и третий блок 17 умножени . Входами устройства  вл ютс  информационный вход аналого-цифрового преобразовател  1, а также входи 18 Пуск и 19 Останов блока 2 пуска- останова.

Блок 2 пуска-останова (фиг.2) содержит- логический элемент ИЛИ 2.1, логический элемент И 2.2, линию 2.3 цифровой задержки сигнала и управл ющий триггер 2,4.

Входами блока 2  вл ютс  вход 20 Пуск, вход 21 Останов и гзход

22 Перезапуск, а выходом - выход

23импульсов запуска АЦП1.

Блок К (,7 или 9) цифровой задержки информации (фиг.З) содержит логические элементы НЕ К.I и К.2, логические элементы И К.3.1-К.З.П и К.4.1-К.4.П (а - число разр дов в представлении цифровой информации), триггеры К.5.1-К.5.П входного запоминающего регистра, логические элементы II К.6.1-К.6.П и K.7.J -К.7.п и триггеры К.8.1-К.8.П выходного запоминающего регистра.

Входами блока К  вл ютс  вход 24 поступлени  синхронизирующих (управл ющих ) сигналов, информационные

5

0

5

0

5

0

5

входы логических элементов И К.З.I- К.З.п и К.4.1-К.4.П, образующие в совокупности векторный информационный вход 25, и вход 27 Уст.О (необходим только дл  блока 6 цифровой задержки информации). Выходы триггеров К.8.1-К.8,п выходного запоминающего регистра в совокупности образуют векторный информационный выход 26 блока К.

Блок К (К 6,7,9) цифровой задержки информации работает следующим образом (фнг.З)

При по влении синхроимпульса на управл ющем входе 24, открываютс  элементы И К.6.1-К.6.П и К.7.1- К.7.п,выполн ющие функции вентилей, и происходит перезапись содержимого триггеров К.5.1-К.5.П в триггеры К.8.1-К.8.П, причем указанна  перезапись осуществл етс  за врем , меньшее времени задержки управл ющего импульса, обеспечиваемой элементами НЕ К.1 и К.2. Затем этим же синхроимпульсом открываютс  элементы И К.З.ЬК.З.п и К.4.1-К.4.П, выполн ющие функции входных вентилей , и входна  информаци , поступивша  на вход 25, записываетс  в триггеры К.5.1-К.5.П и хранитс  в них до прихода на вход 24 следующего синхроимпульса. Врем  задержки информации , поступающей на вход 25 блока К, равно периоду поступлени  синхроимпульсов на его управл ющий вход 24.

Устройство работает следующим образом .

Идентификаци  осуществл етс  в классе авторегрессионных моделей идентифицируемых случайных процессов . Указанные мидели удовлетворительно описывают любой случайный процесс. На этом основании подлежащий идентификации случайный процесс может быть представлен уравнением авторегрессии

0

5

где

Г,

t+ )

(О

t отсчет шума в момент времени t с М у 0 и Мк-2 0 (М - знак математического ожидани ; (J - дисперси );

текущий отсчет в дискретном времени.

16

Требуетс  идентифицировать случайный процесс, что эквивалентно нахождению оценки истинного значени  параметра из (1), если задано , что допустимое среднеквадрати-. ческое отклонение найденной оценки $ от не должно превышать б2, т.е. дл  осуществлени  идентификации случайного процесса, гарантированной в смысле выполнени  услови 

)2 б е (2)

предлагаемое устройство формирует (после завершени  последнего, N-ro, шага наблюдени ) нормированную ста- тистику - параметр д...

Перед пуском устройства в регистры 8 и 16 пам ти константы ввод тс  соответственно константы Си 1/С, определ емые на основе заданной точное 52 из соотношени 

c-G /eV.

если дисперси  U известна, и из соотношени 

С %Р/е

если О неизвестна, но известно, что она не превышает известной константы р (т.е.).

Сигнал Пуск, пройд  через блок 2 пуска-останова, приводит в исходное состо ние блоки предлагаемого устройства (на фиг.1 не показаны св зи, обеспечивающие сброс в О соответствующих блоков устройства) и запускает АЦП1, преобразующий поступающую на его информационный вход непрерывную реализацию x(t) идентифицируемого случайного процесса в представленные в цифровом коде дискретные отсчеты

V

которые с информационного выхода АЦП1 одновременно поступают на входы блока 5 умножени , блока 6 цифровой задержки информации и квадратора 12. Импульсы с выхода сигнализации конца преобразовани  АЦП 1 поступают на блок 3 цифровой задержки сигнала, где задерживаютс  на врем  выполнени  операций перемножени  в блоке 5 умножени  и суммировани  в сумматоре 4, после чего одновременно подаютс  на управл ющие входа накапливающих сумматоров 4 и 11 дл  одновременного считывани  (на каждом рабочем такте) накопленной в них информации.

Поступающа  с информационного выхода АЦП1 информаци  об отсчетах xs, S 1,2,... (указанна  информаци  в виде готового результата преобразо1628046

Q

5

0

вани  считываетс  с информационного выхода АЦП) , импульсами с выхода сиг нализации конца преобразовани , подаваемыми на вход считывани  этого же АЦП), на фиг.) эта св зь не показана, после задержки на один рабочий такт предлагаемого устройства в блоке 6 цифровой задержки информации приоб ретает на другом входе блока 5 умножени  вид х, , S 1,2 (XQ -О,

так как после включени  предлагаемого устройства на выходе АЦТП по вл етс  х., т.е. результат первого преобразовани , потом х и т.д.), вследствие этого результат U. на выходе блока 5 умножени  имеет, например, на S-M рабочем такте вид

U Х5-Г XS S 1 2, ...

Работа блоков 1-12 предлагаемого устройства (фнг.1) периодически повтор етс , причем период повторени  - рабочий такт устройства - складываетс  из времени выполнени  операции

5 преобразовани  в АЦН1, времени выполнени  операции перемножени  в блоке 5 умножени  (или в квадраторе 12), времени выполнени  операции сложени  в сумматоре 4 (или в сумматоре

0 ||) и времени выполнени  операции сравнени  в блоке 10 сравнени  ( вход щие в состав рабочего такта врем  считывани  информации из блоков 1-12 и врем  задержки, осуществл емой ли5 нией 2.3 и составе блока 2 пуска- останова, исключены из рассмотрени  из-ча их малости по сравнению с временем выполнени  операций в блоках, при необходимости учет указанных вре-

0 мен легко осуществим). Блоки 13-17 предлагаемого устройства включаютс  в работу лишь после по влени  на управл ющем выходе блока 10 сравнени  сигнала разрешени  работы указанных

5 блоков. По вление этого сигнала означает завершение последнего, N-ro, рабочего такта (блоки 1-12 прекращают работу) и начало дополнительного такта (блоки 13-17 включаютс  на

0 врем , необходимое дл  формировани  на выходе устройства результата гарантированной идентификации случайного процесса, поступившего на его вход).

С выхода блока 5 умножени  результат Us одновременно поступает на информационный вход блока 14 умножени  и на информационный вход накапливающего сумматора 4 выходной результат (статистика - параметр) которого имеет, например, на S-м рабочем такте следующий вид

U,

ХК-1ХЮ

kel,

Однопременно с формированием результатов U и Uq. формируютс  резултат (на выходе квадратора 12) и опорна  статистика (на выходе накапливающего сумматора 11), которые имеют, например, на S-м такте следующий вид

«2 «

Kit

С выхода накапливающего сумматора 4 результат 1)4 поступает на блок 7 цифровой задержки информации, где за- держиваетс  на врем  одного рабочего такта, поэтому результат U на выходе блока 7, например, на S-м

такте имеет следующий вид: 5-1

ХК-1ХГ

Результат U и с выхода сумматора 11 поступает на вход вычитаемого блока 10 сравнени , на второй информационный вход (вход уменьшаемого) которого с выхода регистра 8 пам ти подаетс  значение пороговой константы С, с ее помощью определ етс  последний (N-й) рабочий такт, так как сделанных (к N-му такту, включа  наблюдение на N-м такте) наблюдений идентифицируемого случайного процесса достаточно дл  осуществлени  его идентификации, гарантированной с JJKJ- бой наперед заданной точностью С ,

На информационном выходе блока 10 сравнени  образуетс , например, на S-м такте разность следующего вида g

, п г хг

и,

с Ю к котора  поступает на вход блока 9 цифровой задержки информации, осуществл ющего задержку на врем  одного рабочего такта, вследствие чего результат и на его выходе, например , на S-м такте имеет следующий ви

0

0

5

5

0

5

При по влении на управл ющем выходе блока 10 сравнени  управл ющего сигнала этот сигнал одновременно поступает на входы разрешени  работы блока 15 делени , блока 14 умножени , сумматора 13 и блока 17 умножени , которые срабатывают в указанной последовательности. Сигнал U, не задержан относительно и сформирован так, что знаку плюс (при

5 г

С нал

s

О,

г

0) соответствует сига знаку

минус

(при С 5 0) - сигнал 1 - сигнал

ka разрешени  работы, причем по вление

сигнала U, означает, что дл  блоков 1-12 завершилс  последний (N-й) рабочий такт и наступило врем  работы блоков 13-17 (дополнительный такт) предлагаемого устройства, в которых началось формирование выходного результата, т.е. результата гарантированной идентификации входного случайного процесса. Так как на последнем (М-м)рабочем такте на вход делител  блока 15 делени  с выхода квадратора 12 посту- 1

0 пает результат х

N

а на вход делимого блока 15 с выхода блока 9 за- , держки - результат Uq, на выходе блока 15 после его срабатывани  по вл етс  результат U (нормирующа  статистика) следующего вида:

х2

-Л |у

Р -

и

15

..

М

который поступает на другой информационный вход блока 14 умножени . Так как на первом информационном входе блока 14 уже имеетс  (на N-м такте) результат U х,| хм с выхода блока 5 умножени , блок 14 (по имеющемус  сигналу разрешени  его работы ) формирует на своем выходе результат U следующего вида:

U

xNM xNU,sРезультат U поступает на второй вход сумматора 13, на первый вход которого с выхода блока 7 цифровой задержки информации поступает (на N-м такте) результат

Uc

I

U0

С выхода блока 9 результат UQ ступает на вход делимого блока 15 делени .

55

U7 Txfc-t xK

сумматор 13 срабатывает, так как erto работа разрешена, формиру  на своем выходе результат 11 следующего вида:

U

«3

N-«

к «

х к-, х ic +

Результат поступает на первый вход блока 17 умножени , на второй вход которого с выхода регистра 16 пам ти подаетс  значение константы 1/С, а так как работа блока 17 разрешена, он срабатывает, формиру  на своем выходе результат (нормированна  статистика - параметр) вида:

следующего А

- N

Ч-i х +

VNM

к-н

i/c(2L

S«i

Результат U,7 /Лн  вл  сь оценкой параметра /Д авторегрессионной модели (1) идентифицируемого случайного процесса, поступившего на вход предлагаемого устройства, представл ет собой результат его идентификации (по N наблюдени м), гарантированной в смысле об зательного выполнени  услови  (2).

Синхронизаци  работы устройства в целом осуществл етс  следующим образом (фиг.1).

Сигналом Пуск осуществл етс  сброс в О накапливающих сумматоров 4 и 11, входного и выходного запоминающих регистров в блоке 6 (фиг.З) и триггера знака в блоке 10 (на фиг.1 указанные св зи не показаны), приводитс  в единичное состо ние триггер 2.4 (в блоке 2) и запускаетс  (на первое преобразование).ЛЦП1. Работа АЦП1 и блоков 5, 4 и 7, а также АЦП1 и блоков 12, И, 10 и 9 осуществл етс  последовательно во времени, причем в качестве сигнала синхронизации дл  всех перечисленных блоков (кроме АЦП1) используетс  сигнал окончани  операции предыдущего блока (на фиг.1 указанные цепи синхрнизации не показаны). Сигналом синхронизации дл  АЦП1 (на второе, третье и т.д. преобразовани )  вл етс  сигнал окончани  операции сравнени  в блоке 10, который поступает с отдельного выхода блока 10 на вход 22 Перезапуск (фиг.2) блока 2 (на фиг.1 указанна  св зь не показана).

Как и дл  блоков 5 и 12, синхронизирующим сигналом дл  блока 6, поступающим на его управл ющий вход 24 (фиг.З)  вл ютс  импульсы с выхода сигнализации конца преобразовани  АЦП Г (на фиг.1 указанна  св зь ие показана). Считывание готовой ин10

15

формации из сумматоров 4 и 11 осуществл етс  одновременно путем одновременной подачи на их входы считывани  (после задержки в блоке 3 на врем  i) обработки выходной информации АЦП1 в блоке 5 умножени  и сумматоре 4, которое равно времени 6 обработки той же информации с выхода АЦП1 в квадраторе 12 и сумматоре И), импульсов сигнализации конца преобразовани  с отдельного выхода АЦП1. Работа блоков 1-12 повтор етс  с периодом, равным длительности рабочего такта, вплоть до последнего (N-ro) рабочего такта, когда в блоке

0

5

10 выполн етс  условие С после чего триггер знака в

блока 10 устанавливаетс  в

1. Со знакового выхода блока 10

сигнал 1 одновременно подаетс  на

вход 21 Останов блока 2 (на фиг.1

К 2 21 0,

У- составе

состо ние

указанна  св зь не показана) и па входы разрешени  работы блоков 15, 14, 13 и 17. Сигнал на входе Останов блока 2 (фиг.2) прекращает работу блоков 1-12, дл  чего устанав0 ливает управл ющий 2.4 в состо ние О, запира  тем самым элемент И 2.2 дл  прохождени  поступающего па вход 22 Перезапуск блока 2 сигнала окончани  операции срав5 нени  (сигнала перезапуска АЦП1) с отдельного выхода блока 10, более позднее по вление сигнала перезапуска на входе 22 блока 2 (относительно момента по влени  сигнала I на

0 входе 21 блока 2) осуществл етс  его небольшой задержкой, обеспечиваемой линией 2.3 блока 2.

Сигнал 1 со знакового выхода блока 10 разрешает работу (точнее,

5 дает общее разрешение на работу) блоков 15, 14, 13 и 17 во врем  дополнительного такта (или сверхтакта), которые срабатывают друг за другом в указанной последовательности,

0 причем в качестве сигнал  синхронизации (сигнала начала операции) дл  каждого из этих блоков используетс  сигнал окончани  операции предыдущего блока (на фиг,1 указан5 ные цепи синхронизации не показаны). Предлагаемое устройство обеспечивает как идентификацию стационарных случайных процессов, гарантированную лишь приближенно и лишь при неопределенно большом, числе наблюдений , так и идентификацию нестационарных случайных процессов, гарантированную при однозначно определ емом (по заданной точности идентификации) числе наблюдений при повышении быстродействи .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  идентификации случайных процессов, содержащее входной аналого-цифровой преобразователь входной блок пуска-останова, подсоединенный выходом к входу запуска аналого-цифрового преобразовател , блок цифровой задержки сигнала, подсоединенный входом к выходу сигнализации конца преобразовани  аналого- цифрового преобразовател , первый и второй накапливающие сумматоры, первый блок умножени , первый блок цифровой задержки информации, квадратор , первый регистр пам ти константы , блок делени  и блок сравнени  знаковый выход которого подсоединен к входу разрешени  работы блока делени , информационный выход аналого-цифрового преобразовател  подсоединен к входам первого блока умножени , квадратора и первого блока цифровой задержки информации, подсоединенного выходом к другому входу первого блока умножени , выход которого подсоединен к информационному входу первого накапливающего сумматора, выход блока цифровой задержки сигнала подсоединен к входам считывани  первого и второго накапливающих сумматоров, выход квад0

   5

   5

   0

   5

   0

   ратора подсоединен к информационному входу второго накапливающего Ъумма- тора, выход которого подсоединен к информационному входу блока сравнени  , к другому информационному входу которого подсоединен выход первого регистра пам ти константы, отличающеес  тем, что, с целью расширени  области применени  и повышени  быстродействи  устройства, в него введены второй и третий блоки умножени , второй и третий блоки цифровой задержки информации, второй регистр пам ти константы и сумматор, выход первого накапливающего сумматора через второй блок цифровой задержки информации соединен с первым информационным входом сумматора, второй информационный вход которого соединен с выходом второго блока умножени , первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с выходом первого блока умножени  и выходом блока делени , первый информационный вход которого соединен через третий блок цифровой задержки информации с информационным выходом блока сравнени , второй информационный вход блока делени  соединен с выходом квадратора, входы разрешени  работы второго блока умножени , сумматора и третьего блока умножени  подсоединены к знаковому выходу блока сравнени , выход сумматора соединен с первым информационным входом третьего блока умножени , второй информационный вход которого соединен с выходом второго регистра пам ти константы, а выход  вл етс  информационным выходом устройства.

   Фаг. 1

   Фиг. 2

   л

   «o V:

   I

   § Ji

   t

   I

   /tv

   Ca

   ч

   «5

   fltf

   Vf