RU2680217C1 - Digital predictor - Google Patents
Digital predictor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680217C1 RU2680217C1 RU2017145902A RU2017145902A RU2680217C1 RU 2680217 C1 RU2680217 C1 RU 2680217C1 RU 2017145902 A RU2017145902 A RU 2017145902A RU 2017145902 A RU2017145902 A RU 2017145902A RU 2680217 C1 RU2680217 C1 RU 2680217C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- adder
- multiplexer
- forecast
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F15/00—Digital computers in general; Data processing equipment in general
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F15/00—Digital computers in general; Data processing equipment in general
- G06F15/02—Digital computers in general; Data processing equipment in general manually operated with input through keyboard and computation using a built-in program, e.g. pocket calculators
- G06F15/0216—Constructional details or arrangements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- 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 цифровое прогнозирующее и дифференцирующее устройство (патент РФ №2450343, МПК G06F 17/17, 10.02.2012, бюл. №13), содержащий блок сглаживания и блок прогноза, в состав которого входят: три вычитателя, узел управления динамикой прогноза, два субблока квадратичного и линейного прогнозов и два субблока расчета первой производной в (n-1)-й и (n-2)-й расчетных точках предыстории входного сглаженного процесса. Устройство функционально ограничено.A digital predictive and differentiating device is known (RF patent No. 2450343, IPC G06F 17/17, 02/10/2012, bull. No. 13), which contains a smoothing unit and a forecast unit, which includes: three subtractors, a forecast dynamics control unit, two subunits quadratic and linear forecasts and two subunits of calculating the first derivative at the (n-1) th and (n-2) th calculation points of the history of the input smoothed process. The device is functionally limited.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является, выбранное в качестве прототипа, адаптивное цифровое сглаживающее и прогнозирующее устройство (патент РФ №2626338, МПК G06F 15/00, 26.07.2017, бюл. №21), содержащий блок сглаживания и блок прогноза, в состав которого входят: три вычитателя, два субблока квадратичного и линейного прогнозов, субблок расчета первой призводной в (n-1)-й расчетной точке буфера предыстории входного процесса, схему коррекции кода прогноза и узел управления динамикой прогноза. Устройство имеет относительно большой объем оборудования и функционально ограничен.The closest in technical essence to the claimed device is selected as a prototype, adaptive digital smoothing and predictive device (RF patent No. 2626338, IPC G06F 15/00, 07/26/2017, bull. No. 21), containing a smoothing unit and a forecast unit, which includes: three subtractors, 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 buffer, a forecast code correction scheme and a forecast dynamics control unit. The device has a relatively large amount of equipment and is 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 скорости медианы СП может занимать достаточно большой диапазон: от медленно меняющейся 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-state (stationary) and transitional (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 changes in the velocity 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 4-м точкам (ординатам) трехуровнего буфера хранения предыстории входного случайного дискретного процесса по способу наименьших квадратов, причем временной интервал (глубина) прогноза h составляет одну треть от времени (Bt) хранения ординат в буферах памяти предыстории Bt=3h. Например, прогноз на Н=h=10 сек., требует сохранения информации о процессе в буфере памяти предыстории на период Bt=3h=30 сек., причем с началом динамики (переходом на другую скорость медианы СП) новая (свежая) информация (уп) поступает только на 1-й уровень буфера предыстории, на 2-х других (уп-1, уп-2, уп-3) сохраняются и идут в расчет данные старого режима: естественно, получаемые текущие дискреты прогноза за этот период существенно отличаются от реалий и не могут быть использованы.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 for 4 points (ordinates) of a three-level buffer storage of the history of the input random discrete process using the least squares method, and the forecast time interval (depth) h is one third of the time (B t ) of the storage of ordinates in the history buffers B t = 3h. For example, a forecast for Н = h = 10 sec., Requires storing information about the process in the history memory buffer for a period of B t = 3h = 30 sec., And with the onset of dynamics (switching to a different speed of the median SP) new (fresh) information ( at n ) it arrives only at the 1st level of the history buffer, at 2 others (at n-1 , at n-2 , at n-3 ) the data of the old mode are stored and taken into account: naturally, the current forecast discretes for this period is significantly different from reality and cannot be used.
Техническая задача для предлагаемого устройства заключается в расширении функциональных возможностей путем увеличения реального времени (глубины) прогноза в четыре раза при том же объеме буфера памяти предыстории, без какого-либо существенного ущерба для точности прогноза, т.е. (см. пример выше) теперь при задании нового учетверенного реального времени прогноза Н=4h=40 сек. время хранения информации и объем памяти буферов предыстории останется без изменений Bt=3h=30 сек., а не Bt=3Н=120 сек. в соответствии с аналитическими формулами расчета прогноза.The technical problem for the proposed device is to expand the functionality by increasing the real-time (depth) forecast by four times with the same amount of historical memory buffer, without any significant damage to the accuracy of the forecast, i.e. (see example above) now when setting a new quadruple real-time forecast H = 4h = 40 sec. the storage time of information and the memory size of the history buffers will remain unchanged B t = 3h = 30 sec., but not B t = 3Н = 120 sec. in accordance with the analytical formulas for calculating the forecast.
Поэтому, в цифровом прогнозирующем устройстве, в состав, которого входят блок сглаживания, содержащий m=32 последовательно соединенных каналов, причем вход первого канала является информационным входом (хп) устройства, регистр и мультиплексор, выходы каждого m=1, 2, 4, 8, 16 и 32 канала блока 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 выход (уп) мультиплексора заведен на вход первого вычитателя блока прогноза, и блок прогноза, содержащий первый, второй и третий вычитатели, каждый из которых включает в себя буфер регистровой памяти, мультиплексор, блок инверторов и сумматор; субблок расчета квадратичного прогноза, содержащий три сумматора и инвертор, выход третьего сумматора является выходом субблока; субблок расчета линейного прогноза из одного сумматора, выходные шины которого монтажно сдвинуты (вправо) на один разряд в сторону младших разрядов и являются выходом субблока; 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 всех трех вычитателей; субблок расчета первой производной, в состав которого входят три сумматора, выход последнего является выходом субблока с кодом первой производной (y'n-1) в (n-1)-й расчетной точке буфера предыстории входного процесса; узел тактирования блока прогноза, содержащий элемент задержки, триггер, генератор импульсов, элемент И и регистр сдвига; сумматор усреднения дискрет выходов субблоков квадратичного и линейного прогнозов; схему коррекции кода прогноза на динамике, содержащую четыре сумматора, и мультиплексор; субблок коррекции кода прогноза на стационарном режиме, содержащий сумматор; субблок подсчета приращений скорости процесса, содержащий схему формирования абсолютного значения первой производной (y'n-1), два последовательно соединенных регистров хранения текущей у'n-1[(wT)] и предыдущей y'n-1[(w-1)T)] дискрет скорости процесса, два параллельных канала (на рост и снижение) подсчета приращений 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 схеме коррекции кода прогноза на динамике шины первого входа первого сумматора, монтажно сдвинутые вправо на один разряд (в сторону младших разрядов), подключены к выходу сумматора усреднения, второй вход первого сумматора соединен с выходом инвертора третьего вычитателя, выходные шины первого сумматора, монтажно сдвинутые вправо на один разряд, и монтажно сдвинутые вправо на два разряда, подключены, соответственно, к первому и второму входам второго сумматора, выход которого заведен на первый вход третьего сумматора, второй вход которого подсоединен к, монтажно сдвинутым на три разряда влево, выходным шинам первого сумматора, выход третьего сумматора подключен к первому входу четвертого сумматора, второй вход которого заведен на выход мультиплексора третьего вычитателя, выход четвертого сумматора подключен к второму информационному входу мультиплексора схемы коррекции кода прогноза, а первый вход сумматора субблока коррекции кода прогноза на стационарном режиме соединен с монтажно сдвинутыми вправо на один разряд выходными шинами сумматора усреднения, второй вход сумматора субблока коррекции кода прогноза на стационарном режиме подключен к выходу второго сумматора схемы коррекции кода прогноза на динамике, выход сумматора субблока заведен на первый информационный вход мультиплексора схемы коррекции, а выход мультиплексора является выходом устройства.Therefore, in a digital predictive device, which includes a smoothing unit containing m = 32 series-connected channels, the input of the first channel being the information input (x p ) of the device, the register and the multiplexer, the outputs of each m = 1, 2, 4, 8, 16 and 32 channel channels are connected to the information inputs of a multiplexer, the address input of which 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 an output (y n) multi leksora wound on the input of the first subtracter block prediction, and prediction unit comprising first, second and third subtracters, each of which includes a memory buffer register, the multiplexer, and an adder unit inverters; a quadratic prediction calculation subunit containing three adders and an inverter; the output of the third adder is the output of the subunit; a sub-block for calculating a linear forecast from one adder, the output buses of which are mountingly shifted (to the right) by one bit towards the lower digits and are the output of the sub-block; 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 shifted to the mounting right three digits - to the second input of the multiplexer and, mountingly shifted to the left by one digit, through the inverter, - to the counter input, the multiplexer output is connected to the address inputs of the mul ipleksorov all three subtractors; a subunit of calculating the first derivative, which includes three adders, the output of the latter is the output of the subunit with the code of the first derivative (y ' n-1 ) at the (n-1) -th calculation point of the input 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; adder averaging discrete outputs of sub-blocks of quadratic and linear forecasts; a dynamic prediction code correction scheme containing four adders and a multiplexer; stationary correction code prediction correction sub-unit, comprising an adder; a subunit for 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 discrete, two parallel channels (for increasing and decreasing) for counting process speed increments, 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 the channel is connected to the counter input of the counter 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 the “0” of the trigger, direct (“1”) output of which is connected to the address inputs of the multiplexers of the dynamics control unit and the correction scheme of the forecast code for the dynamics, the output of the subunit of calculating the first derivative through the circuit of generating its absolute value is connected to the input of the first register of the subunit of expansions, and the outputs of both registers are connected, respectively, to the inputs of the comparators of both channels, to solve the problem in the correction scheme of the prediction code on the dynamics of the bus of the first input of the first adder, mountingly shifted to the right by one bit (towards the lower digits), connected to the output of the adder averaging, the second input of the first adder is connected to the output of the inverter of the third subtracter, the output buses of the first adder, mounting shifted to the right by one bit, and mounting shifted to the right by two bits, are connected, respectively Actually, to the first and second inputs of the second 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 busbars of the first adder, three-left shifted, the output of the third adder is connected to the first input of the fourth adder, the second input of which is wound to the output of the third subtractor multiplexer, the output of the fourth adder is connected to the second information input of the multiplexer of the prediction code correction scheme, and the first input of the adder of the code correction subunit is the node in stationary mode is connected to the output buses of the averaging adder that are mounted one-right shifted to the right, the second input of the adder of the prediction code correction subunit is connected to the output of the second adder of the prediction code correction circuit, the output of the subunder adder is connected to the first information input of the correction circuit multiplexer , 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; приложение (таблица на 4-х 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 is a diagram of the formation of the absolute value of the velocity of the SP; 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; application (table on 4 sheets) - the results of modeling the operation of the device on a computer when processing a non-stationary random process.
Известны формулы операторов прогноза, полученные аналитически с помощью аппроксимирующих многочленов по четырем точкам (ординатам) буфера предыстории входного случайного дискретного процесса по способу наименьших квадратов (Милн В.Э. Численный анализ. М., «ИЛ», 1951, стр. 212), в частности, по аппроксимирующему многочлену второй степени (квадратичному):The known prediction operator formulas obtained analytically using approximating polynomials at four 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), in particular, by the approximating polynomial of the second degree (quadratic):
первой степени (линейному):first degree (linear):
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 четырех 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, chap. XV, 4, p. 573), in particular, for four points we have:
где уп - первая (текущая) расчетная точка (ордината);where y p is the first (current) calculated point (ordinate);
уп-1, уп-2, уп-3 - соответственно, вторая, третья и четвертая расчетные точки (ординаты) трехуровневого буфера хранения предыстории входной сглаженной дискретной последовательности. В численном анализе - это система равноотстоящих точек с шагом h, в реальном масштабе времени h - это время (глубина) прогноза, причем период хранения текущей информации в буферах памяти предыстории составляет три интервала прогноза Bt=3h.for p-1 , p-2 , p-3 , respectively, the second, third, and fourth design points (ordinates) of the three-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 is the forecast time (depth), and the period of storage of current information in the history memory buffers is three forecast intervals B t = 3h.
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:
Δy1=(2уп-уп-1) - как биразность первого уровня предыстории входной дискретной последовательности, т.е. разность между удвоенной текущей и предыдущей ординатой процесса;Δy 1 = (2y p -y p-1 ) - as the biodiversity of the first level of the history of the input discrete sequence, i.e. the difference between the doubled current and previous ordinates of the process;
Δy2=(2уп-уп-2) - биразность второго уровня предыстории;Δy 2 = (2y p -y p-2 ) - biodiversity of the second level of history;
Δy3=(2уп-уп-3) - биразность третьего уровня предыстории.Δy 3 = (2y p -y p-3 ) - the biodiversity of the third level of history.
После преобразования уравнений (1), (2) и (3) с целью упрощения и с учетом биразностей получим следующие эмпирические выражения для формул численного дифференцирования и операторов квадратичного и линейного прогнозов:After transforming equations (1), (2) and (3) with the aim of simplification and taking into account biodiversity, we obtain the following empirical expressions for numerical differentiation formulas and quadratic and linear prediction operators:
Предлагаемое устройство реализует операторы прогноза и дифференцирования по формулам (4), (5) и (6), 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 (4), (5) and (6), the main elements of the circuit being an adder and an inverter unit, and multiplying the coefficients by the terms is carried out 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, и блок прогноза, содержащий три последовательно соединенных вычитателя 5, 6, и 7, каждый из которых включает в себя буфер регистровой памяти 8 из (А) последовательно соединенных регистров 9, мультиплексор 10, блок инверторов 11 (в предположении, что мультиплексор не имеет инверсных выходов) и сумматор 12; субблок 13 расчета квадратичного прогноза, содержащий блок инверторов 14, первый 15, второй 16 и третий 17 сумматоры, выход последнего является выходом субблока; субблок 18 расчета линейного прогноза из сумматора 19, шины выхода которого монтажно сдвинутые на один разряд вправо (в сторону младших разрядов) являются выходом субблока; сумматор 20 усреднения выходов обоих субблоков прогноза 13 и 18; субблок расчета первой производной 21 (y'n-i), в состав которого входят первый 22, второй 23 и третий 24 сумматоры, на выходе последнего устанавливается код оценки первой производной процесса в (n-1)-й расчетной точке буфера предыстории; субблок 25 подсчета приращений скорости процесса, содержащий схему 26 формирования абсолютного значения скорости (y'n-1), включающей в себя (см. фиг. 4) мультиплексор 27 и инвертор 28, последовательно соединенные регистры 29 и 30 (формирующие буфер предыстории приращений скорости процесса), два компаратора 31 и 32, два элемента И 33 и 34, два 4-х разрядных счетчика 35 и 36 приращений скорости процесса (роста и снижения), два элемента И 37 и 38, элемент ИЛИ 39 и триггер режима 40 (ТГ); узел 41 управления динамикой прогноза, содержащий регистр 42 ввода виртуальной уставки времени прогноза, вход 43 которого является первым управляющим входом устройства, через который вводится виртуальное время прогноза h=AT, где Т - цикл работы устройства, А - количество (макс. адрес) регистров 9 в буфере 8 предыстории процесса (Н=4h - реальное время прогноза), инвертор 44, счетчик 45 продолжительности (2h) работы блока прогноза на динамике и мультиплексор 46; второй управляющий вход 47 ввода степени сглаживания (к) СП, информационный (хn) 48 и тактирующий (fT) 49 входы устройства; канал 50 (см. фиг. 2) сглаживающего устройства 2 состоит из сумматора 51 и регистра 52; узел 53 тактирования блока прогноза (см. фиг. 3) содержит элемент задержки 54, триггер 55, генератор импульсов 56 (fг), элемент И 57 и регистр сдвига 58; схема 59 коррекции кода прогноза на динамике содержит четыре сумматора 60, 61, 62, 63 и мультиплексор 64, выход которого является выходом 65 устройства, субблок 66 коррекции кода прогноза на стационарном режиме из сумматора 67.The device contains (see Fig. 1) a
Для определения момента перехода со стационарного режима на динамику используется субблок 25 подсчета приращений скорости процесса, в котором фиксируется серия из 8-ми подряд приращений роста (или снижения) скорости процесса. 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 (3h), 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 более 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). Эту операцию усечения буфера аналитически можно принять за кусочную линеаризацию нелинейного (квадратичного) изменения медианы процесса (МП) на динамике и считать обоснованием (постулатом) в последующем ниже выводе формулы коррекции МП при учетверении времени прогноза как на динамике, так и на стационарном режиме.To determine the moment of transition from the stationary mode to the dynamics, a
Приведение кода прогноза на динамике к увеличенному в четыре раза интервалу (глубине) прогноза H=4h реализовано в схеме 59 коррекции кода прогноза. Графическая интерпретация алгоритма работы этой схемы, опирающаяся на постулат о линейной аппроксимации медианы входного процесса представлена на фиг. 5.The reduction of the forecast code on the dynamics to the four times increased interval (depth) of the forecast H = 4h is implemented in the forecast
Пусть ΔK=(Yk n+1-Yk n-3) - корректирующая разность прогноза на динамике, hk=h/8, h=8hk, ΔR4=Yd n+4-Yk n-3, тогда, в соответствии с известными соотношениями сторон в подобных треугольниках, имеем:Let ΔK = (Y k n + 1 -Y k n-3 ) be the correcting forecast difference on the dynamics, h k = h / 8, h = 8h k , ΔR4 = Y d n + 4 -Y k n-3 , then , in accordance with the known aspect ratios in similar triangles, we have:
ΔR4/ΔK=35hk/4hk; ΔR4=8ΔK+ΔK/2+ΔK/4 илиΔR 4 / ΔK = 35h k / 4h k ; ΔR 4 = 8ΔK + ΔK / 2 + ΔK / 4 or
Стационарный режим отличается установившейся или медленно меняющейся скоростью МП: квадратичная и линейная составляющие прогноза почти совпадают, а их усреднение в сумматоре 20 делает эту оценку статистически более достоверной. Приведение кода прогноза на стационарном режиме к увеличенному в четыре раза интервалу прогноза H=4h реализовано в субблоке 66 коррекции кода прогноза. Графическая интерпретация алгоритма работы этого субблока представлена на фиг. 5, где Δ1=(Yn+1-Yn-3) и Δ4=(Yn+4-Yn-3) - корректирующие разности прогноза на стационарном режиме, тогда по известным соотношениям в подобных треугольниках имеем:The stationary mode is characterized by a steady or slowly changing MP speed: the quadratic and linear components of the forecast almost coincide, and their averaging in
Δ4/Δ1=7h/4h; Δ4=Δ1+Δ1/2+Δ1/4 илиΔ4 / Δ1 = 7h / 4h; Δ4 = Δ1 + Δ1 / 2 + Δ1 / 4 or
Цикл работы устройства состоит из двух тактов. В первом - завершает работу блок сглаживания 1, каждый канал которого реализует оператор экспоненциального сглаживания . Эффективность сглаживания выбирается заданием со входа 47 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 53 первой серией минитактов ("а", "b", "с") инициирует работу трех вычитателей 5, 6, и 7, субблоков 13, 18, и 21 расчета по формулам (6), (4) и (5) первой производной, квадратичной и линейной составляющих блока прогноза. Сумма кодов последних усредняется Yn+1=Yn+1[SR]=(Yn+1[KB4]+Yn+1[ЛН4])/2 в сумматоре 20 и выдается в субблок 66 и схему 59 коррекции кода прогноза. Вторая серия минитактов ("d", "е", "f") формирует работу субблока 25 подсчета приращений скорости процесса. Субблок предназначен для переключения стационарного (ТГ=0) режима на динамику (ТГ=1). Тактовым сигналом ("d") в регистр 30 из регистра 29 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(y'n-1[wT]>y'n-1[(w-1)T]) в компараторе 31 тактовый сигнал ("е") поступает на счетный вход счетчика приращений 35 и одновременно сбрасывает в «0» счетчик 36 другого канала. Поступление на счетчик 35 подряд Nd=8 и более импульсов означает, что процесс из стационарного режима перешел на динамику. Высокий уровень («1») выхода 4-го разряда счетчика 35 разрешает сигналу ("f") установить триггер режима 40 в «1» (ТГ=1) и переписать из регистра 42 в счетчик 45 узла 41 управления динамикой в инверсном коде количество тактов (2h) т.е. время работы устройства на динамическом режиме. Прямой выход («1») триггера 40 разрешает выдачу кода прогноза Yd n+2 на динамике (уже соответствующему увеличенному времени прогноза 4h) с сумматора 63 схемы коррекции 59 кода прогноза на динамике через мультиплексор 64 на выход устройства 65 и переключает мультиплексор 46 узла 41 управления динамикой на работу блока прогноза только с 1/8 частью буфера предыстории процесса, соответственно, с hk=h/8 (технологическим) интервалом (временем) прогноза.In the
Переход устройства с динамики на стационарный режим осуществляется сбросом в «0» триггера режима (ТГ=0) импульсом прямого переноса счетчика 45 узла управления 41, т.е. только после заполнения на 66% (2h) буфера предыстории процесса новой информацией на новом режиме. Соответственно, мультиплексор 46 переключается на выдачу в буфер предыстории заданного (виртуального) интервала времени h, а мультиплексор 64 - на выход устройства скорректированного кода прогноза Yn+4 для учетверенного времени прогноза H=4h.The device switches from dynamics to stationary mode by resetting the mode trigger (TG = 0) to “0” by the direct transfer pulse of
В таблице приложения приведены результаты моделирования работы устройства.The application table shows the simulation results of the device.
Столбец №5:Column No. 5:
ΔPk =(Yn[w+4h]-Yn+4) - погрешность прогноза с коррекцией на динамике (ТТ=1), % - точность прогноза в % (столбец №6);ΔP k = (Y n [w + 4h] -Y n + 4 ) - forecast error with correction on the dynamics (TT = 1),% - forecast accuracy in% (column No. 6);
Столбец №8:Column number 8:
ΔР=(Yn[w+4h]-Yn+4[SR]) - погрешность прогноза без коррекции на динамике. % - точность прогноза в % (столбец №9);ΔР = (Y n [w + 4h] -Y n + 4 [SR]) - forecast error without correction on the dynamics. % - forecast accuracy in% (column No. 9);
Реализация уравнений линеаризации (7) и (8) в схеме и субблоке коррекции кода прогноза, соответственно, позволила увеличить реальное время (глубину) прогноза в четыре раза, без увеличения буфера памяти предыстории входного процесса (Bt=3h) и ущерба для точности прогноза.The implementation of the linearization equations (7) and (8) in the scheme and subunit of the correction of the forecast code, respectively, allowed to increase the real time (depth) of the forecast by four times, without increasing the memory buffer of the history of the input process (B t = 3h) and damage to the accuracy of the forecast .
В столбцах 11 и 12 приведены данные (номера строк w=553÷598) по погрешности и точности для учетверенного времени прогноза на стационарном режиме:
ΔРН=Yn[w+4h]-YSH n+4,ΔP H = Y n [w + 4h] -Y SH n + 4 ,
где YSH n+4 - усредненный код квадратичной [КВ4] и линейной [КВ4] составляющих прогноза, рассчитанных по аналитическим формулам (4) и (5), т.е. для буфера памяти предыстории размером Bt=3H=12h. Результат по прогнозу для обоих случаев идентичен.where Y SH n + 4 is the averaged code of the quadratic [KB4] and linear [KB4] forecast components calculated using analytical formulas (4) and (5), i.e. for a history memory buffer of size B t = 3H = 12h. The forecast result is identical for both cases.
Приложениеapplication
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017145902A RU2680217C1 (en) | 2017-12-25 | 2017-12-25 | Digital predictor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017145902A RU2680217C1 (en) | 2017-12-25 | 2017-12-25 | Digital predictor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2680217C1 true RU2680217C1 (en) | 2019-02-18 |
Family
ID=65442458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017145902A RU2680217C1 (en) | 2017-12-25 | 2017-12-25 | Digital predictor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2680217C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2720219C1 (en) * | 2019-06-07 | 2020-04-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | Adaptive digital predictive device |
| RU2720218C1 (en) * | 2019-06-07 | 2020-04-28 | 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 |
|---|---|---|---|---|
| WO2003107218A1 (en) * | 2002-05-31 | 2003-12-24 | セレスター・レキシコ・サイエンシズ株式会社 | Interaction predicting 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 |
| 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 |
-
2017
- 2017-12-25 RU RU2017145902A patent/RU2680217C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003107218A1 (en) * | 2002-05-31 | 2003-12-24 | セレスター・レキシコ・サイエンシズ株式会社 | Interaction predicting 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 |
| 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 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2720219C1 (en) * | 2019-06-07 | 2020-04-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | Adaptive digital predictive device |
| RU2720218C1 (en) * | 2019-06-07 | 2020-04-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | Digital predictive device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2446454C1 (en) | Digital predictor | |
| RU2451328C1 (en) | Adaptive digital predictor | |
| RU2455682C1 (en) | Digital predictor | |
| RU2450343C1 (en) | Digital predicting and differentiating device | |
| RU2680217C1 (en) | Digital predictor | |
| RU2622852C1 (en) | Adaptive digital smoothing and predictive device | |
| RU2517316C1 (en) | Adaptive digital predictor | |
| RU2477887C1 (en) | Digital predictor | |
| RU2475831C1 (en) | Adaptive digital predicting and differentiating device | |
| RU2626338C1 (en) | Adaptive digital smoothing and predictive device | |
| RU2517317C1 (en) | Adaptive digital predicting and differentiating device | |
| RU2517322C1 (en) | Adaptive digital predicting and differentiating device | |
| RU2535467C1 (en) | Adaptive digital differentiating and predicting device | |
| EP2156563B1 (en) | Circuit with a successive approximation analog to digital converter | |
| RU2629643C2 (en) | Adaptive digital predictor | |
| RU2629641C1 (en) | Digital predictor | |
| RU2680215C1 (en) | Adaptive digital predictor | |
| RU2580452C1 (en) | Signature smoothing digital device | |
| RU2515215C1 (en) | Digital predicting and differentiating device | |
| RU2643645C2 (en) | Digital predictive device | |
| RU2449350C1 (en) | Digital predicting and differentiating device | |
| RU2470359C1 (en) | Digital predicting and differentiating device | |
| JP2009064090A (en) | Model predictive control device and model predictive control method | |
| RU2459241C1 (en) | Digital predictor | |
| RU2446461C2 (en) | Digital predictor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191226 |