RU2450343C1 - Digital predicting and differentiating device - Google Patents
Digital predicting and differentiating device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2450343C1 RU2450343C1 RU2011110028/08A RU2011110028A RU2450343C1 RU 2450343 C1 RU2450343 C1 RU 2450343C1 RU 2011110028/08 A RU2011110028/08 A RU 2011110028/08A RU 2011110028 A RU2011110028 A RU 2011110028A RU 2450343 C1 RU2450343 C1 RU 2450343C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- adder
- output
- input
- subunit
- term
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 29
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 14
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 abstract description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (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 устройство для адаптивной экстраполяции по авт.св. №1572281 (Авторское свидетельство СССР №1572281, кл. G06F 15/353, 1988), содержащее блок сглаживания, блок экстраполяции, в состав которого входят три вычитателя, и блок оценки первой производной. Последний дает приближенное значение первой производной в текущий момент времени, т.е. в первой (n)-й из четырех расчетных точек (узлов) предыстории экстраполируемого (прогнозируемого) процесса, однако по формуле, предназначенной для третьей (n-2)-й расчетной точки (Демидович Б.П. и Марон И.А. Основы вычислительной математики. М., «ФМ», 1960, гл. XV, §4, стр.573). Кроме того, в формуле для численного дифференцирования, приведенной в вышеуказанном аналоге, используется прогнозируемое yn+1 значение процесса, т.е. значение, которое «… будет иметь место в будущем, и его нельзя использовать для определения неизвестных параметров модели» (Чуев Ю.В. Прогнозирование количественных характеристик процессов. М., «СР», 1975, стр.254).A device for adaptive extrapolation according to auth. No. 1572281 (USSR Author's Certificate No. 1572281, class G06F 15/353, 1988), which contains a smoothing unit, an extrapolation unit, which includes three subtractors, and an evaluation unit for the first derivative. The latter gives an approximate value of the first derivative at the current time, i.e. in the first (n) -th of the four design points (nodes) of the history of the extrapolated (predicted) process, however, according to the formula intended for the third (n-2) -th design point (Demidovich B.P. and Maron I.A. Basics Computational Mathematics. M., “FM”, 1960, chap. XV, §4, p. 573). In addition, the predicted y n + 1 process value is used in the formula for numerical differentiation given in the above analogue, i.e. the value that "... will take place in the future, and it cannot be used to determine the unknown parameters of the model" (Chuev Yu.V. Prediction of quantitative characteristics of processes. M., "SR", 1975, p. 254).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа цифровое прогнозирующее устройство по заявке №2011101014/08 (001268) от 12.01.2011 г., содержащее блок сглаживания, узел тактирования и блок прогноза, который содержит три вычитателя, регистр задания времени (интервала) прогноза и два субблока: квадратичного и линейного прогнозов. Это устройство функционально ограничено. Техническая задача для предлагаемого устройства заключается в расширении функциональных возможностей путем получения оценок первых производных по формулам численного дифференцирования для равноотстоящих точек (узлов) предыстории входной сглаженной дискретной последовательности.The closest in technical essence to the claimed device is a digital predictive device selected as a prototype according to application No. 20111101014/08 (001268) dated 12.01.2011, containing a smoothing unit, a clock unit and a forecast unit that contains three subtractors, a time register (interval) forecast and two sub-blocks: quadratic and linear forecasts. This device is functionally limited. The technical problem for the proposed device is to expand the functionality by obtaining estimates of the first derivatives according to numerical differentiation formulas for equally spaced points (nodes) of the history of the input smoothed discrete sequence.
Поэтому в цифровое прогнозирующее устройство по заявке №2011101014/08 (001268) от 12.01.2011 г., в состав которого входят: блок сглаживания по заявке №2010125733/20 (036608) от 23.06.2010 г., 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 блока компараторов и элемент И, субблок единичных приращений, содержащий два элемента И и инвертор, субблок управления динамической характеристикой, содержащий два формирователя импульсов, элемент ИЛИ, счетчик, два элемента 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, второй и третий вычитатели, каждый из которых содержит блок регистровой памяти, мультиплексор, блок инверторов и сумматор, субблок квадратичного прогноза, содержащий три сумматора и блок инверторов, причем выход субблока является первым информационным выходом устройства, субблок линейного прогноза из одного сумматора, выход которого является вторым информационным выходом устройства, регистр адреса ординат (расчетных точек) предыстории входного процесса, вход которого является вторым управляющим входом устройства, задающим время (интервал) прогноза, для решения поставленной задачи введен блок оценки первых производных, содержащий субблок расчета первой производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории входного процесса из трех сумматоров, в котором вход первого слагаемого первого сумматора подключен к выходу первого вычитателя, вход второго слагаемого этого сумматора - к выходу мультиплексора третьего вычитателя, вход первого слагаемого второго сумматора соединен с выходом первого сумматора, причем с монтажным сдвигом шин на один разряд в сторону младших разрядов, вход второго слагаемого второго сумматора подключен к выходу второго вычитателя, вход первого слагаемого третьего сумматора соединен с выходом блока инверторов второго вычитателя, причем с монтажным сдвигом шин на один разряд в сторону старших разрядов сумматора, вход второго слагаемого этого сумматора - с выходом второго сумматора, а выход третьего сумматора является выходом субблока и третьим информационным выходом устройства для оценки первой производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории процесса, и субблок расчета первой производной в третьей (n-2)-й расчетной точке предыстории процесса из трех сумматоров и блока инверторов, в котором вход первого слагаемого первого сумматора подключен к выходу третьего вычитателя, вход второго слагаемого этого сумматора - к выходу второго вычитателя, причем с монтажным сдвигом шин на один разряд в сторону младших разрядов сумматора, вход первого слагаемого второго сумматора соединен с выходом мультиплексора второго вычитателя, вход второго слагаемого этого сумматора - с информационным выходом блока сглаживания, причем с монтажным сдвигом шин на один разряд в сторону младших разрядов сумматора, а выход второго сумматора через блок инверторов подключен к входу второго слагаемого третьего сумматора, вход первого слагаемого которого соединен с выходом первого сумматора, а выход третьего сумматора является выходом субблока и четвертым информационным выходом устройства для оценки первой производной в третьей (n-2)-й расчетной точке предыстории процесса.Therefore, the digital predictive device according to the application No. 201101014/08 (001268) dated 01/12/2011, which includes: a smoothing unit according to the application No.2010125733 / 20 (036608) dated 06/23/2010, containing the adder, the first and second reversible counters, a single-channel smoothing subunit from a series-connected adder and a register, a deviation ratio setting subunit containing a register, a counter and a delay element, a real deviation subunit containing an inverter unit, two comparator units and an I element, a unit increment unit containing two e And ementa and an inverter subunit dynamic characteristic control containing two pulses driver, an OR gate, a counter, two AND gates and the trigger mode, a smoothing information output unit information, the first control inputs and the timing 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 comprising first, second and third subtracters, each of which contains a register memory block, a multiplexer, an inverter block and an adder, a quadratic prediction block containing three adders and an inverter block, the subblock output being the first information output of the device, the linear prediction subblock from one adder, the output of which is the second information output of the device, the register of ordinates (calculated points) of the history of the input process, the input of which is the second control input m of the device that sets the forecast time (interval), to solve the problem, a unit for estimating the first derivatives is introduced, containing a subunit for calculating the first derivative at the second (n-1) -th calculation point in the history of the input process of three adders, in which the input of the first term of the first adder connected to the output of the first subtracter, the input of the second term of this adder is connected to the output of the multiplexer of the third subtracter, the input of the first term of the second adder is connected to the output of the first adder, and with the busbar mounting offset by one bit in the direction of the least significant bits, the input of the second term of the second adder is connected to the output of the second subtracter, the input of the first term of the third adder is connected to the output of the inverter unit of the second subtractor, and with the busbar mounting one bit to the higher bits of the adder, the input of the second term of this adder - with the output of the second adder, and the output of the third adder is the output of the subunit and the third information output of the device for evaluating the first derivative in the second (n-1) -th design point of the previous process theory, and the subunit of calculating the first derivative at the third (n-2) -th calculation point of the process history of three adders and an inverter block, in which the input of the first term of the first adder is connected to the output of the third subtractor, the input of the second term of this adder is to the output of the second a subtractor, and with the busbar mounting offset by one bit toward the lower bits of the adder, the input of the first term of the second adder is connected to the output of the multiplexer of the second subtractor, the input of the second term of this adder is connected with information the output of the smoothing unit, with the busbar shifting one bit toward the lower digits of the adder, and the output of the second adder through the inverter unit is connected to the input of the second term of the third adder, the input of the first term of which is connected to the output of the first adder, and the output of the third adder is the output subunit and the fourth information output of the device for evaluating the first derivative in the third (n-2) -th calculation point of the process history.
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 оценки первых производных.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 evaluation unit of the first derivatives.
Устройство реализует модифицированные операторы квадратичного [КВ4] и линейного [ЛН4] прогнозов, полученные с помощью аппроксимирующих многочленов по четырем точкам (узлам) ординат предыстории входной сглаженной дискретной последовательности способом наименьших квадратов (Милн В.Э. Численный анализ. М., «ИЛ», 1951, стр.212):The device implements modified quadratic [КВ4] and linear [ЛН4] prediction operators obtained using approximating polynomials at four points (nodes) of the ordinates of the prehistory of the input smoothed discrete sequence using the least squares method (Milne V.E. Numerical analysis. M., “IL” , 1951, p. 212):
где Δy1=(2уn-yn-1) - биразность 1-го уровня предыстории процесса;where Δy 1 = (2y n -y n-1 ) is the biodiversity of the 1st level of the process history;
Δy2=(2yn-1-yn-2) - биразность 2-го уровня;Δy 2 = (2y n-1 -y n-2 ) - biodiversity of the 2nd level;
Δy3=(2yn-1-yn-3) - биразность 3-го уровня;Δy 3 = (2y n-1 -y n-3 ) - biodiversity of the 3rd level;
Δy4=(2yn-2-yn-3) - дополнительная биразность 3-го уровня;Δy 4 = (2y n-2 -y n-3 ) - additional biodiversity of the 3rd level;
yn, yn-1, yn-2, yn-3 - первая, вторая, третья и четвертая расчетные точки (узлы) ординат трехуровневой предыстории входного случайного сглаженного дискретного процесса.y n , y n-1 , y n-2 , y n-3 - the first, second, third and fourth design points (nodes) of the ordinates of the three-level background of the input random smoothed discrete process.
Методы исчисления конечных разностей для численного дифференцирования и интерполяции (экстраполяции) базируются на системе равноотстоящих узлов с шагом h, в данном случае это система ординат (расчетных точек) во временном континууме трехуровневой предыстории входной дискретной последовательности, где h - уже интервал между ординатами (точками), соответственно, время (глубина) прогноза.The methods for calculating finite differences for numerical differentiation and interpolation (extrapolation) are based on a system of equally spaced nodes with a step h, in this case, the ordinate system (calculated points) in the time continuum of the three-level history of the input discrete sequence, where h is already the interval between the ordinates (points) , respectively, the time (depth) of the forecast.
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 четырех точек имеем:Known formulas for numerical differentiation for equally spaced points expressed in terms of the function values at these points (Demidovich BP and Maron IA Fundamentals of Computational Mathematics. Moscow, FM, 1960, chap.
Ниже приводится таблица соответствия нумерации расчетных точек (узлов) предыстории нумерации точек в первоисточнике.The table below shows the correspondence of the numbering of calculated points (nodes) to the history of the numbering of points in the original source.
С целью упрощения модифицируем (преобразуем) формулы (3), (4), (5) и (6):In order to simplify, we modify (transform) formulas (3), (4), (5) and (6):
С учетом биразностей полученные выражения перепишутся в следующем виде:Taking into account biodiversity, the resulting expressions are rewritten in the following form:
Как видно из полученных модифицированных формул дифференцирования, основными типовыми элементами при их реализации становятся сумматор и блок 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.As can be seen from the obtained modified differentiation formulas, the adder and the inverter unit become the main typical elements during their implementation, 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.
Ниже в таблице приведены аппаратурные затраты на реализацию формул (11), (12), (13) и (14), где ∑ → сумматор, инв. → блок инверторов:The table below shows the hardware costs for the implementation of formulas (11), (12), (13) and (14), where ∑ → adder, inv. → inverter unit:
Очевидно, что оптимальная реализация целесообразна для двух точек: (n-1)-й и (n-2)-й, кроме того, производные в этих точках (узлах) имеют минимальную погрешность дифференцирования (см. там же, стр.573):Obviously, the optimal implementation is advisable for two points: the (n-1) -th and (n-2) -th, in addition, the derivatives at these points (nodes) have a minimum differentiation error (see ibid., P. 573) :
rn-1, n-2=[h3/12]y(4)(ξ).r n-1, n-2 = [h 3/12] y (4) (ξ).
Устройство содержит (см. фиг.1) блок сглаживания 1, блок прогноза 2 и блок оценки первых производных 3. Блок сглаживания 1 содержит (см. фиг.2) сумматор 4, субблок 5 действительных отклонений, содержащий блок инверторов 6, два блока компараторов 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, два элемента И 22.1 и 22.2 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 (см. фиг.3), содержащий 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, второй 38 и третий 39 вычитатели, каждый из которых содержит блок регистровой памяти 40 из (А) последовательно соединенных регистров 41, мультиплексор 42, блок инверторов 43 (в предположении, что мультиплексор не имеет инверсных выходов) и сумматор 44; первый субблок 45 прогноза, содержащий блок инверторов 46, первый 47, второй 48 и третий 49 сумматоры, выход 50 третьего сумматора субблока является первым информационным выходом устройства; второй субблок 51, содержащий сумматор 52, выход которого подключен к второму информационному выходу 53 устройства; регистр 54 адреса (А) ординат расчетных точек предыстории прогнозируемого процесса, вход 55 которого является вторым управляющим входом устройства, задающим время прогноза Н=AT (Т - цикл работы устройства, А - максимальный адрес регистра (ячейки) блока регистровой памяти 40). Блок 3 оценки первых производных содержит субблок 56 расчета первой производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории процесса, в состав которого входят первый 57, второй 58 и третий 59 сумматоры, выход 60 последнего является третьим информационным выходом устройства, и субблок 61 расчета первой производной в третьей (n-2)-й расчетной точке предыстории процесса, содержащий первый 62, второй 63, блок инверторов 64 и третий 65 сумматоры, выход 66 которого является четвертым информационным выходом устройства. Цикл работы устройства состоит из 4-х тактов.The device contains (see Fig. 1) a
Блок сглаживания 1 работает в двух режимах: стационарном и динамическом (переходном), причем все операции выполняются за один 1-й такт. На стационарном режиме блок сглаживает входной случайный дискретный процесс, детерминированная основа (медиана) которого может иметь постоянный, линейный или нелинейный (квадратичный) характеры изменения во времени. Переходный (динамический) режим может быть вызван ускорением, виражом, переходом с одного стационарного режима на другой и т.д., т.е. почти скачкообразным изменением процесса.The
Блок сглаживания 1 (см. фиг.2) реализует следующую модификацию оператора сигнатурного экспоненциального сглаживания:The smoothing unit 1 (see figure 2) implements the following modification of the operator of signature exponential smoothing:
где xn 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;
Δxn=(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 Δxn. Последние формируют текущие единичные приращения обоего знака выходной дискреты в соответствии с сигнатурной функцией в (15):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 discretes in accordance with the signature function in (15):
sign [Δxn/K]=0 для [Δхn-К]<0 (Δхn - нулевые отклонения),sign [Δx n / K] = 0 for [Δx n -K] <0 (Δx n are zero deviations),
sign [Δxn/К]=1 для [Δхn-К]>0 (Δxn - 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. Процесс адаптивного сглаживания заключается в следующем. 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: [Δxn>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 сигнала 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 (15). 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).In stationary mode (D = 0 - a sign of mode),
Для сглаживания входной дискретной последовательности на переходных (динамических) режимах (D=1) используется одноканальный субблок сглаживания 27 (см. фиг.3), который реализует следующий оператор экспоненциального сглаживания: yn=1/2(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.For smoothing the input sequence of discrete transient (dynamic) mode (D = 1) is used a single-channel smoothing subunit 27 (see Figure 3.), Which implements the following exponential smoothing operator: y n = 1/2 (x n + y n-1 ), i.e. with a minimum degree of smoothing and, accordingly, with a minimum phase shift (delay) of the output discrete.
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:For a stationary random process, the probability of a series, for example, of m = 8 (eight) deviations from the median (deterministic basis) of a single sign in a row, in accordance with the geometric law of probability distribution, is:
Р(x=m)=(1/2)m=1/256≈0,004,P (x = m) = (1/2) 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-х 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 и дифференцирования 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», «в», и т.д.) и появляется вышеуказанная серия. Во 2-м такте производится запись ординаты текущей (первой) расчетной точки yn в первый регистр 41 блока 40 регистровой памяти первого вычитателя 37. Одновременно происходит перезапись (сдвиг) всех предшествующих ординат в соседние регистры 41. На адресный вход мультиплексора 42 поступает код адреса (А) ординаты предыстории с регистра 54, записанный со второго управляющего входа 55 перед началом работы устройства и определяющий время (интервал) прогноза Н=AT. В соответствии с этим адресом ордината с выхода мультиплексора 42 (уже как вторая расчетная точка yn-1) через блок инверторов 43 поступает на вход второго слагаемого сумматора 44, на входе первого слагаемого которого стоит удвоенная ордината предшествующей расчетной точки yn. На выходе сумматора первого вычитателя 37 устанавливается биразность 1-го уровня предыстории входной дискретной последовательности.Prediction and differentiation 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
В 3-м и 4-м тактах производятся операции, аналогичные описанным выше, но уже для второго 38 и третьего 39 вычитателей, на выходах которых устанавливаются, соответственно, биразности 2-го и 3-го уровней предыстории. Все сумматоры в устройстве - комбинационные. По завершении 4-го такта на выходе 50 субблока 45 в соответствии с эмпирической формулой (1) устанавливается код оценки квадратичного (нелинейного) прогноза для нестационарной входной дискретной последовательности, на выходе 53 субблока 51 в соответствии с формулой (2) - код оценки линейного прогноза для стационарной или медленно меняющейся входной дискретной последовательности, на выходе 60 субблока 56 в соответствии с формулой (12) - код оценки первой производной во второй (n-1)-й расчетной точке предыстории процесса, а на выходе 66 субблока 61 в соответствии с формулой (13) - код оценки первой производной в третьей (n-2)-й расчетной точке предыстории процесса.In the 3rd and 4th steps, operations are performed similar to those described above, but already for the second 38 and third 39 subtracters, the outputs of which are set, respectively, biodities of the 2nd and 3rd levels of history. All adders in the device are combination. At the end of the 4th cycle, at the
Введение в устройство субблоков расчета первых производных во второй (n-1)-й и третьей (n-2)-й расчетных точках предыстории (т.е. разнесенных по времени) существенно расширяет функциональные возможности и область применения устройства, дает возможность анализировать характер (тенденцию) изменения параметров прогнозируемого процесса (рост - снижение, ускорение - замедление и т.д.), оценить его интенсивность (например, градиент полей температур, давлений и др.), что повышает качество управления особенно быстродинамических объектов, использующих хорошо известные ПИД-регуляторы.The introduction into the device of subunits for calculating the first derivatives at the second (n-1) -th and third (n-2) -th settlement points of the history (i.e., separated in time) significantly expands the functionality and scope of the device, makes it possible to analyze the nature (trend) changes in the parameters of the predicted process (growth - decrease, acceleration - deceleration, etc.), evaluate its intensity (for example, the gradient of temperature, pressure, etc. fields), which improves the quality of control of especially fast-dynamic objects using well known PID controllers.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011110028/08A RU2450343C1 (en) | 2011-03-16 | 2011-03-16 | Digital predicting and differentiating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011110028/08A RU2450343C1 (en) | 2011-03-16 | 2011-03-16 | Digital predicting and differentiating device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2450343C1 true RU2450343C1 (en) | 2012-05-10 |
Family
ID=46312390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011110028/08A RU2450343C1 (en) | 2011-03-16 | 2011-03-16 | Digital predicting and differentiating device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2450343C1 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| 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 |
| 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 |
| 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 |
| RU2643645C2 (en) * | 2016-02-09 | 2018-02-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Digital predictive device |
| RU2680217C1 (en) * | 2017-12-25 | 2019-02-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | Digital predictor |
| RU2713872C1 (en) * | 2019-05-14 | 2020-02-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | Digital predictive device |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU479118A1 (en) * | 1973-07-09 | 1975-07-30 | Харьковский Филиал Опытно-Кострукторского Бюро Автоматики | Predictive computing device |
| SU1120288A1 (en) * | 1982-08-31 | 1984-10-23 | Войсковая Часть 73790 | Device for predicting random processes |
| EP1510943A1 (en) * | 2002-05-31 | 2005-03-02 | Celestar Lexico-Sciences, Inc. | Interaction predicting device |
| RU2374682C2 (en) * | 2008-02-06 | 2009-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Method for prediction of measurement results and device for its realisation |
-
2011
- 2011-03-16 RU RU2011110028/08A patent/RU2450343C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU479118A1 (en) * | 1973-07-09 | 1975-07-30 | Харьковский Филиал Опытно-Кострукторского Бюро Автоматики | Predictive computing device |
| SU1120288A1 (en) * | 1982-08-31 | 1984-10-23 | Войсковая Часть 73790 | Device for predicting random processes |
| EP1510943A1 (en) * | 2002-05-31 | 2005-03-02 | Celestar Lexico-Sciences, Inc. | Interaction predicting device |
| RU2374682C2 (en) * | 2008-02-06 | 2009-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Method for prediction of measurement results and device for its realisation |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| 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 |
| RU2643645C2 (en) * | 2016-02-09 | 2018-02-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | 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 |
| 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 |
| RU2680217C1 (en) * | 2017-12-25 | 2019-02-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | Digital predictor |
| RU2713872C1 (en) * | 2019-05-14 | 2020-02-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | Digital predictive device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2450343C1 (en) | Digital predicting and differentiating device | |
| RU2451328C1 (en) | Adaptive digital predictor | |
| Xiao et al. | A parameterized non-intrusive reduced order model and error analysis for general time-dependent nonlinear partial differential equations and its applications | |
| RU2455682C1 (en) | Digital predictor | |
| RU2446454C1 (en) | Digital predictor | |
| Wen et al. | Multiple-change-point modeling and exact Bayesian inference of degradation signal for prognostic improvement | |
| RU2517316C1 (en) | Adaptive digital predictor | |
| RU2517322C1 (en) | Adaptive digital predicting and differentiating device | |
| RU2449350C1 (en) | Digital predicting and differentiating device | |
| RU2517317C1 (en) | Adaptive digital predicting and differentiating device | |
| RU2475831C1 (en) | Adaptive digital predicting and differentiating device | |
| RU2477887C1 (en) | Digital predictor | |
| CN106786675A (en) | A kind of power system stabilizer, PSS and its implementation | |
| RU2515215C1 (en) | Digital predicting and differentiating device | |
| RU2470359C1 (en) | Digital predicting and differentiating device | |
| RU2535467C1 (en) | Adaptive digital differentiating and predicting device | |
| RU2459241C1 (en) | Digital predictor | |
| RU2622852C1 (en) | Adaptive digital smoothing and predictive device | |
| Lu et al. | A high-precision online compensation method for random errors of optical gyroscope | |
| RU2626338C1 (en) | Adaptive digital smoothing and predictive device | |
| RU2680217C1 (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 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140317 |