DE2822496A1 - Digitale rechenanlage - Google Patents

Description

1. Nadezhda Alexeevna ZORINA, Zhukovsky Moskovskoi oblasti

2. Evgeny Vasilievich KAZMIN, Ramenskoe Moskovskoi oblasti

UdSSR

Digitale Rechenanlage

Die Erfindung betrifft eine Sonder-Rechenanlage, die zur Kenngrößen-Ermittlung von Zufallsvorgängen vorgesehen ist, und zwar eine digitale Rechenanlage zur Ermittlung von linearen Anfangsmomenten k-ter Ordnung.

Die Erfindung kann in allen Zweigen von Wissenschaft und Technik, wo die Kenngrößen von Zufallsvorgängen ermittelt werden müssen, angewendet werden.

Der Bedarf an derartigen Einrichtungen entsteht beispielsweise bei experimenteller Bestimmung des eindimensionalen Gesetzes der Wahrscheinlichkeitsverteilung der Momentanwerte eines Zufallsvorganges. Dieses Gesetz stellt die am meisten benutzte Kenngröße eines Zufallsvorganges dar.

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-H-

In diesem Pall bilden die Anfangsmomente die Approximationskoeffizienten der Kurve des Verteilungsgesetzes, und je mehr Anfangsmomente bestimmt werden, desto genauer erfolgt die Näherung der experimentellen Punktion an die theoretische.

Die Kenntnis von der Größe des Anfangsmomentes k-ter Ordnung eines Zufallsvorganges, der eine Änderung des mechanischen Spannungswertes in einem Bauteil in Betrieb wiedergibt, bildet außerdem die unerläßliche Voraussetzung für die Berechnung der Größe des in diesem Bauteil gespeicherten ErmüdungsSchadens.

Bekannt ist eine digitale Rechenanlage zur Ermittlung von linearen Anfangsmomenten k-ter Ordnung von Zufallsvorgängen (SU-ES 227 709).

Die bekannte Rechenanlage enthält einen Punktionswandler (Punktionsgenerator, Punktionsumformer) zur Berechnung k-ter Ablesegrade des Zufallsvorganges, ein Leitwerk, das mit dem Funktionswandler verbunden ist, sowie einen an das Leitwerk angeschlossenen Speicherzähler.

Als Leitwerk wird in der bekannten Rechenanlage ein Taktimpulsgenerator verwendet.

An den Ausgang des Punktionswandlers ist ein Analog-Digital-Umsetzer angeschlossen, der zur Analog-Impulszahlencode-Umsetzung bestimmt ist. Über ein erstes UND-Gatter ist der Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers mit dem Addiereingang eines ZweirichtungsZählers verbunden.

Die bekannte Rechenanlage weist auch einen Sägezahnspannungsgenerator auf, der mit dem Eingang eines Vergleichers verbunden ist, dessen Ausgänge an die Eingänge von

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zwei Flip-Flops angeschlossen sind. Der Ausgang des einen Flip-Flops ist an den Eingang des ersten UND-Gatters und der Ausgang des zweiten Flip-Flops an den Eingang eines zweiten UND-Gatters angeschlossen, dessen Eingang mit dem Substrahiereingang des ZweiriehtungsZählers verbunden ist.

Die bekannte digitale Rechenanlage hat eine relativ geringe Verarbeitungsgenauigkeit des Zufallsvorganges, weil es praktisch unmöglich ist, einen präzisen Analog-Funktionswandler mit hohen Potenzexponenten k der Ablesungen des ZufallsVorganges zu bauen.

Außerdem hat die betreffende digitale Rechenanlage eine verhältnismäßig geringe Betriebsgeschwindigkeit, weil in ihr die Methode der seriellen Addition zur Anwendung kommt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine digitale Rechenanlage zu schaffen, deren Schaltungsaufbau des Funktionswandlers gestattet, die Verarbeitungsgenauigkeit des Zufallsvorganges und die Betriebsgeschwindigkeit der digitalen Rechenanlage zu erhöhen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ermöglicht, die Genauigkeit zu erhöhen und die Ermittlung der Abschätzung der Kenngrößen des Zufallsvorganges erheblich zu beschleunigen, worauf es bei operativer Lösung von Identifizierungsaufgaben von Zufallsvorgängen besonders ankommt.

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Nachstehend wird die Erfindung anhand der aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung, die das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen digitalen Rechenanlage zeigt, näher erläutert.

Die digitale Rechenanlage enthält einen Punktionswandler 1 zur Berechnung k-ter Ablesegrade von Zufallsvorgängen, ein mit dem Punktionswandler 1 verbundenes Leitwerk 2 sowie einen an das Leitwerk 2 angeschlossenen Speicherzähler 3.

Die digitale Rechenanlage enthält auch einen Paralleladdierwerk-Akkumulator 4, der an das Leitwerk 2 angeschlossen ist.

Der Punktionswandler 1 ist in Form einer Einheit 5 zur Ermittlung der Intervallnummer des Eingangssignals ausgeführt, die einen mit einer Schiene 7 zur Zuführung des den Zufallsvorgang kennzeichnenden Signals verbundenen Eingang 6 und mindestens acht Ausgänge 8^, 8₂, .·., 8 aufweist und durch Adressenschienen des Speichers 9 daran angeschlossen ist, dessen Ausgangsstellenschienen 10 mit den gleichnamigen Eingangsstellenschienen des Paralleladdierwerk-Akkumulators in Verbindung stehen.

Die Einheit 5 zur Ermittlung der Intervallnummer des Eingangssignals kann in Form eines Pegeldiskriminators ausgeführt werden, falls dieses Eingangssignal analog ist.

Wenn das Eingangssignal digital ist, ist die Einheit 5 als Decodierer ausgeführt.

Im folgenden wird bei der Beschreibung des Betriebs der Anlage der Begriff "Zufallssignal" anstatt des Begriffs "ZufallsVorgang" gebraucht.

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Die Abschätzung des Anfangsmomentes k-ter Ordnung erfolgt nach der Formel

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anlage werden der Wert _ Q^· und der Wert N berechnet; ferner werden diese Werte ^x~ zur Ermittlung der Abschätzung M* [x jvon Hand oder unter Anwendung von Rechenmitteln dividiert. Dabei bedeuten:

i = laufende Nummer der Ablesung,

N = volle Ablesungszahl des Zufallssignals, die für die Genauigkeit des Rechenendergebnisses charakteristisch ist.

Je weniger sich die Abschätzung des Anfangsmomentes von seinem Istwert unterscheiden darf, desto mehr Ablesungen müssen durchgeführt werden, d. h. umso größer muß N sein.

Bei Forderung der gleichen Rechengenauigkeit für alle Anfangsmomente muß die Zahl der Ablesungen mit der Erhöhung der Ordnung k des Anfangsmomentes zunehmen.

Ausgehend von den a priori bekannten Angaben über das Verteilungsgesetz des Zufallssignals und die erforderliche Rechengenauigkeit kann der erforderliche Wert N vorausberechnet und das Zufallssignal solange verarbeitet werden, bis die Anzeigen der Rechenanlage den Sollwert überschritten haben.

Die Größe Q ist eine mittelbare Funktion vom Ablesewert des Zufallssignals, von der Ordnung k des Anfangsmoraentes und vom Verteilungsgesetz des Zufallssignals

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und hat im allgemeinen Fall eine unendliche Wertmenge.

Bei der erfindungsgeraäßen Rechenanlage wird ein Satz von η Werten Q₁, Q₂, ..., Q. ... Q benutzt. Jeder Wert Q des genannten Satzes Q₁, ..., Q., ... Q muß einem Intervall der Ablesewerte des Zufallssignals entsprechen. In diesem Zusammenhang wird der gesamte Änderungsbereich der Ablesewerte des Zufallssignals in η Intervalle aufgeteilt.

Wenn die Amplitudennormierung der zu verarbeitenden Zufallssignale mit Hilfe eines MaßstabVerstärkers erfolgt, kann der Änderungsbereich der Ablesewerte der Zufallssignale konstant gemacht werden. Konstant werden auch die Intervallsparame^er und folglich auch die Werte Q₁, ... Q.,

In diesem Zusammenhang können die Werte Q-, ..., Q., ..., Q vorausberechnet werden.

Der Einfluß der Normierungsoperation der Zufallssigna-

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Ie auf die Abschätzung M [x J muß bei definitiven Berechnungen berücksichtigt werden»

Zur Abschätzung des Anfangsmomentes k-ter Ordnung mit praktisch annehmbarer Genauigkeit genügt es, den genormten Änderungsbereich des Zufallssignals in 8 bis 32 Intervalle aufzuteilen, d. h. einen Satz aus 8 bis 32 Werten Q zu haben.

Die Intervalle können sowohl gleich lang (gleichförmige Bereichsaufteilung) als auch ungleich lang (ungleichförmige Bereichsaufteilung) sein.

Es wird nun der Betrieb der digitalen Rechenanlage betrachtet:

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Die notwendige Anzahl der Intervalle η wird mit Rücksicht auf die Ordnung k des Anfangsmomentes, die erforderliche Genauigkeit des Rechenergebnisses und die a priori-Kenntnisse vom Verteilungsgesetz des Zufallssignals gewählt.

Ferner werden η Werte Q (Q₁, ..., Q. ..., Q) berechnet. Im Sonderfall wird der Wert des Grades k-ter Ordnung der Ablesung, die mit der Intervallsmitte j zusammenfällt, als der Wert Q. genommen.

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Die Werte Q werden in einem beliebigen der bekannten Zifferncodes codiert und in der Reihenfolge ihrer Nummern im Speicher 9 eingespeichert.

Falls das Eingangssignal in analoger Form dargestellt ist, findet ein Pegeldiskriminator Verwendung. Falls das Eingangssignal in digitaler Form dargestellt ist, wird ein Decodierer verwendet.

Der Addierwerk-Akkumulator M und der Speicherzähler 3 werden zurückgesetzt (gelöscht).

Nachdem das zu analysierende Zufallssignal der Schiene zugeführt wurde, wird der Taktimpulsgenerator des Leitwerks 2 eingeschaltet.

Auf ein Signal vom Leitwerk 2 hin erzeugt die Einheit zur Ermittlung der Intervallnummer des Eingangssignals an einem der Ausgänge 8^, ..., 8 ein Signal. Dieses Signal erregt die jeweilige Adressenschiene des Speichers 9. Am Ausgang des Speichers 9 wird ein mehrstelliger numerischer Code erzeugt, der einem der Werte Q entspricht.

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Die Anwendung von Elementen der Digitalrechnertechnik im Punktionswandler ermöglicht, die Genauigkeit der Ermittlung der Abschätzung der Kenngrößen des Zufallsvorganges zu erhöhen.

Auf ein Signal vom Leitwerk 2 hin erfaßt der Paralleladdierwerk-Akkumulator k diesen Code und summiert ihn zum bereits in ihm gespeicherten Code. Durch Anwendung des Prinzips der Paralleladdition wird die Betriebsgeschwindigkeit der Rechenanlage erhöht.

Gleichzeitig nimmt der Zählerstand des Speicherzählers um Eins zu.

Die Rechenanlage arbeitet so lange weiter, bis der Zählerstand des Speicherzählers 3 die vorgegebene Zahl N überschritten hat oder das zu untersuchende Zufallssignal abgeschaltet wird.

Nach Betriebsschluß der Rechenanlage werden die im Addierwerk-Akkumulator 4 enthaltene Zahl, die den Wert T. Q.. darstellt, und die Zahl im Speicherzähler 3> die den Wert N darstellt, abgelesen. Wie früher angegeben wurde, muß die erste Zahl % Q.· zur Ermittlung der Abschätzung des Anfangsmomentes k-ter Ordnung durch die zweite Zahl N dividiert werden.

Die Erfindung ermöglicht, die Genauigkeit zu erhöhen und die Ermittlung der Abschätzung der Kenngrößen des Zufallsvorganges erheblich zu beschleunigen.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   Digitale Rechenanlage zur Ermittlung von linearen Anfangsmomenten k-ter Ordnung von Zufallsvorgängen, mit

   einem Punktionswandler (Punktionsgenerator) zur Berechnung k-ter Ablesegrade eines Zufallsvorganges,

   einem mit dem Punktionswandler verbundenen Leit- · werk und

   einem an das Leitwerk angeschlossenen Speicherzähler,

   gekennzeichnet durch

   einen mit dem Leitwerk (2) verbundenen Paralleladdierwerk-Akkumulator (¹I),

   wobei der Punktionswandler (1) als eine Einheit (5) zur Ermittlung der Intervallnummer des Eingangssignals ausgebildet ist,

   die mindestens acht Ausgänge (8^, 82» . ··> 8_n) und einen mit einer Schiene (7) zur Zuführung des den Zufallsvorgang kennzeichnenden Eingangssignals verbundenen Eingang (6) aufweist und

   durch Adressenschienen eines Speichers (9) an diesen angeschlossen ist, dessen Ausgangsstellenschienen (10) mit den gleichnamigen Eingangsstellenschienen des Paralleladdierwerk-Akkumulators (4) verbunden sind.
2. 2. Digitale Rechenanlage nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Einheit (5) zur Ermittlung der Intervallnummer des Eingangssignals als ein Pegeldiskriminator ausgebildet ist.

   53O-(O8O2/l P. 72669-E-6l)-HdSl

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   ORIGINAL INSPECTED
3. 3. Digitale Rechenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Einheit (5) zur Ermittlung der Intervallnummer des Eingangssignals als ein Decodierer ausgebildet ist.

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