Устройство для моделирования стохастических объектов

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 9) 8 О( 51)4 С 06 Р ЬСТВ АВТОРАДИО ого,яисОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИй(1) Таганрогский радиотехнический институт им. В. Д, Калмыкова (72) В, И. Финаев, Н. ЕБеликова и О. М. Фабрикант(56) Авторское свидетельство СССР В 1045232, кл. С 06 Р 15/36, 1980,Авторское свидетельство СССР Р 1108455, кл. С 06 Р 15/20, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЮДЕЛИРОВАНИЯ СТОХАСТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ(57) Изобретение относится к области вычислительной техники и систем управления, может быть использовано как модулирующее устройство, оценивающее совокупность управляющих воз действий, поступающих во времени на вход объекта управления, либона элемент управляющей системы, оценивающий совокупность действий управления по заданному критерию оценки. Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей. Указанная цель достигнута эа счет тчто дополнительно введены блок вьления функционала стратегий и а блоков памяти. Изобретение позволяетмоделировать стохастические системы,множество внутренних состояний, которое состоит из непересекающихся подмножеств, каждое из которых определяется собственным вх-м сигналомуправления, а также позволяет оцени"вать последовательности подаваемыхна вход у-ва сигналов управления с .целью выбора наиболее оптимальныхпоследовательностей. 9 ил.1251096 оставитель Э, Сечинаехред М.Ходанич Корректор М. Самборска Редактор И, Рыбченко 71 Подписноомитета СССР Заказ 4413/47 Тираж ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 3035, Москва, Х(-35, Рауш1251096 5 10 15 2 О Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано. как моделирующее устройствопри организации систем управления.Цель изобретения - распсирениекласса моделируемых объектов и возможности оценки поведения моделируемого устройства за время Функционирования.На Фиг. 1 приведена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока формирования переходных вероятностей; на Фиг, 3функциональная схема первого коммутатора; на фиг. 4 - функциональнаясхема второго коммутатора," нафиг. 5 -функциональная схема блока заданиязаконов распределений; на фиг, 6Функциональная схема блока вычиспения функционала стратегий на. Фиг, 7 -функциональная схема узла формирования оценок блока вычисления Функционала стратегий;, на фиг. 8функциональная схема узла умножения блока вычисления функционаластратегий (поведения); на фиг. 9функциональная схема узла суммирования блока вычисления Функционаластратегий,Устройство для моделированиястохастических объектов (Фиг. 1)содержит группу 1-1 входов задания управляющих воздействий, блок 2Формирования переходных вероятностей первый 3 коммутатор, второйссскоммутатор 4, группу 5 я -5 установочных входов устроиства, блок 6задания законов распределений,блок 7 генерации случайного кода,генератор 8 тактовых импульсов,блок 9 вычисления Функционала стратегий, группу 10-10 сс, блоков памяти, группу 11 - 11, установочныхвходов, группу 12, -12, установочныхвходов устройства, группу 13, -13 Р выходов устройства,Блок 2 Формирования переходных вероятностей (фиг. 2) содержит группу 11 -1 сс, входов задания управляющихлвоздействий, группу 5-5 установочных входов, коммутатор 14, узлы 5 -15 памяти, выходыПервый коммутатор 3 (фиг. 3) содержит группу 1, -1 сс управляющих входов, элементы И 17 -1 п тактовый вход 18, элементы ИЛИ 19 -19, выходы 20-20,п группу 21-21 информационных входов. 2Второй коммутатор 4 (фиг. 4) содержит группу 1 -1 р, управляющих входов, тактовый вход 18, элементы И 22 нгруппы 23 н -23 информационных входов, группу элементов ИЛИ 24 с,триггеры 25 -25, группу элементов ИЛИ 26, -26, выходы 27 -27,Блок 6 задания законов распределений (фиг. 5) содержит группу 16- 16 установочных входов, выходы 21- 21 информационные входы 271 -271, сумматоры 28 сс, группы элементов И 29 с -29 , .информационныевходы 30-30 с, узлы 31-31, сравнения, группы элементов И 32 с Блок 9 вычисления функционала стратегий (Фиг. 6) содержит группуС Р11-11 с, становочных входов, группу 12-12 сс установочных входов, выходы 13, -1 Зп, информационные входы 23-23 узлы 33-33,умножения, узлы 34 -34 р, формирования оценок, узел 35 суммирования, Формирователи 36-36 импульсов.25Узел 34 Формирования оценок(1.=1, и) блока 9 вычисления Функционала стратегий (Фиг. 7) содержитс Ргруппу 11-11, установочных входов,регистры 3 -37 ш групп злеменс Ртов И 38-38, группу 39;, -39 ссинформационных входов, элемент ИЛИ40;, выход 41;, группу элементовИЛИ 42;,-42 выходы 43-43 р,Узел 33; умножения (1=1, пс) блока 9 вычисления функционала страте 35гий (фиг. 8) содержит группу 12, -12; установочных входов, первый управляющий вход 18, второй управляющий вход 41;, информационные входысо 43;,-43 первый регистр 44;, умножитель 45 второй регистр 46,",элемент 47, задержки, сумматор 48,ф,выходы 49;,-49;,Узел 35 суммирования блока 9 вы 1числения Функционала стратегий(фиг, 9) содержит выходы 13-13 Р,группу 41, -41 сп управляющих входов,информационные входы 49-49, группы элементов И 50-50 группу эле 5 О ментов ИЛИ 51 -511, сумматор 52.Элементы устройства оценки стратегий взаимосвязаны следующим образом.Группа 1 с -1 управляющих входов55 задания воздействий соединена с пе 1выми входами блока 2 Формированияпереходных вероятностей и первымиуправляющими входами первого 3 и3 1251 второго 4 коммутаторов, первая группа установочных входов 5 -5 устройства соединена с вторыми входами блока 2 Формирования переходных вероятностей, выходы которого соединены 5 с установочными входами блока 6 задания законов распределений, первые информационные входы которого соединены с выходами второго коммутатора 4, выходы соединены с информацион О ными входами первого коммутатора 3, а вторые информационные входы соединены с выходами блока 7 генерации случайного кода, вход которого соединен с выходом генератора 8 тактовых 5 импульсов, вторыми управляющими входами первого 3 и второго 4 коммутаторов и управляющим входом блока 9 вычисления Функционала стратегий, группы выходов первого коммутатора 3 20 соединены с входами блоков 10-10 щ памяти, выходы которых соединены соответственно с группами информационных входов второго коммутатора 4 и с группами информационных входов 25 блока 9 вычисления функционала стратегий, первые и вторые группы установочных входов которого соединены соответственно с вторыми 11 -1и1 Р,третьими 12,-12 установочными входами устройства, а выходы соединены с выходными щинами 13 -13 Р устройства.В блоке 2 формирования переходных вероятностей первые входы 1 -1, сое динены с первыми входами коммутатора 14, вторые группы входов которого соединены с соответству 1 ощими выходами узлов 15-15, памяти, а выходы 16 -16 являются выходами блока 2 40кяформирования матриц переходных вероятностей, группы вторых входов которого 5-5 соединены с входами узлов 15-15, памяти соответственно, 45В первом коммутаторе 3 управляющие входы 1; (=1, ш) соединены с первыми входами групп элементов И 17,-17 (1=1, тп), вторые входы которых соединены с тактовым входом 50 18 первого коммутатора 3, третьи входы элементов И 17 - 17,;( х=1, и) соединены соответственно с выходами элементов ИЛИ 19, (ь=1, и), а выходы групп элементов И 17,-17 (= 55 =1, щ) соединены с группами выходов 20;-20, (3.=1, т) первого ком - мутатора 3, информационные входы 096 421, -21; (1=1, п) которого соединенысоответственно с входами элементовИЛИ 19; (=1, п),Во втором коммутаторе 4 управляющие входы 1, (1=1, щ) соединенысоответственно с первыми входамигрупп элементов И 22;-22 (1=1, щ),вторые входы которых объединеныс тактовым входом 18 коммутатора 4,гтретьи, входы соединены с группамиинформационных входов 23-23;(1.=1, щ) соответственно, выходы элементов И 22-22соединены соответственно с входами первых элементов ИЛИ 24-24, выходы которых соединены с единичными входами триггеров 25, -25, нулевые входы которыхсоединены с выходами соответствующих вторых элементов ИЛИ 26,-26,а единичные выходы соединены с выходами 27, -27 второго коммутатора 4и с соответствующими входами соответствующих элементов ИЛИ 26-26.В блоке 6 задания законов распреде-хлений установочные входы 16-16;,(=1, и) соединены соответственно спервыми входами сумматоров 28;(з.=Т, и) и первыми входати первыхкэлементов И 29; -29 (1.=1, п), ауправляющие входы 16-16; (1=1, и),1=2, и) соединены с вторыми входамисоответствующих .сумматоров 28,(1.=1, и, 1=2, и), первые входы сумматоров 28 (1.=1, и, 1=2, и) соединены с выходами сумматоров 28;ипервыми входами первых элементовИ 29; -29, (1.=1, и, =2,-), вторые информационные входы 30, -30блока 6 соединены с первыми входамиузлов 31-31 сравнения, вторые входы которых соединены с выходами соот(ветствующих первых элементов И 29 и29, вторые входы которых соединеныс соответствующими первыми информационными входами 27, -27 блока 6,выходы 21;, (1=1, и) которого соединены с выходами соответствующих узлов31 сравнения (1.=1, и) и первымивходами вторых элементов И 3232,я 1(=1, и). Выходы 21; блока 6 соединены с входами вторых элементовИ 32,(=1, и, 1=2, и), выходыузлов 31 сравнения(1.=1, и, 1=2, п)соединены с соответствующими 1-мивходами соответствующих вторых элементов И 32;(1=1, и, 1=2, и).В блоке 9 вычисления функционала стратегий вход 18 соединен с первымиВ узле 33, умножения (1.=1, а) блока 9 вычисления Функционала стратегий первая группа установочных входов 12,-12, соединены с входами первого регистра 44 выходы которого соединены с первыми входами умножителя 45 вторые входы которого соединены с выходами второго регистра 46 входы которого соединены с информационными входами 43, -43,Р, третий вход умножителя соединен с выходом элемента 47,50 управляющими входами узлов 33,-33умножения, вторые управляющие входыкоторых соединены соответственно спервыми выходами соответствующихузлов 34 -34 Формирования оценок иуправляющими входами узла 35 суммирования, выходы которого соединены свыходами 13, - 13 р блока 9, группы1первых 1 -11 и вторых 12,-12, 1 Оустановочных входов которого соединены соответственно с установочнымивходами узлов 34-34, формированияоценок и узлов 33 -33 умножения,а группы информационных входов 23, -23,я (1=1, п) соединены соответственно с входами формирователей36,-36, импульсов (=1, ю), выходы которых соединены с информационными входами узлов 34; Формирования оценок (х=1 щ), вторые выходыкоторых соединены соответственно синформационными входами узлов 33,умножения (1=1, тп), выходы которыхсоединены с группами информационных 25входов узла 35 суммирования.В узле 34, формирования оценок(х=Т, щй) блока 9 вычисления Функционала стратегий группа установочныхвходов 11 -11; соединена с пер- Зовыми входами регистров 37 -37,1(ь=1, и) соответсвено,торых соединены с первыми входамигрупп элементов И 38 -38 1 (х=1, и)соответственно, вторые входы которых соединены с соответствующимиинформационными входами 39; -39и с входами элемента ИЛИ 401, выходкоторого соединен с первым выходом41, узла 34; Формирования оценок, 40а выходы групп элементов И 38Р 138; соединены соответственно свходами группы элементов ИЛИ 42;, -42;, выходы которых соединены с вторыми выходами 43,-43;р (3=Т, ш)узла 3 формирования оценок.задержки, вход которого соединенс управляющим входом 41, узла 33умножения, а выходы умножителя 45,соединены с первыми входами сумма"тора 48, второй вход которого соединен с первым управляющим входом8 узла 33; умножения, а третийвход соединен с выходом элемента 47,задержки и с третьим входом умножителя 45;, выходы 49;,-49; сумматора48, соединены с выходами узла 33умножения,В узле 35 суммирования блока 9вычисления функционала стратегийинформационные входы 49, -49 , (1=р) соединены соответственно спервыми входами групп элементовИ 50,-50 , вторые входы которых соединены с управляющими входами 41;соответственно, а выходы элементов Ясоединены с соответствующими входами группы элементов ИЛИ 51 -51,выходы которых соединены с входамисумматора 52, выходы 13-1 Зр которого соединены с выходами узла 35суммирования блока 9 вычисленияфункционала стратегий.Устройство для моделирования стохастических объектов работает Следующим образом.На группу входов задания управляющих воздействий (управляющие входы) 1 -1 щ (фиг. 1) блока 2 формирования переходных вероятностей подаются входные сигналы, причем науправляющий вход 1, подается входнойуправляющий сигнал х6 Х (=1, в).По группе установочных входов 5-5блока 2 вводятся коды матрицы переходных вероятностей, которая имеетвид для каждоГо сигнала 1з Рыуф агде , вероятность перехода устройства, оценивающего стратегию положения из -го состояния в 1-ое при подаче на вход 1 управляющего сигнала х.Управляющие сигналы подаются в блоке 2.на первые входы коммутатора 14 (фиг, 2), По приходу входного сигнала х; на первый вход 1 комму.Лтатора 14 коды подаются с выходов15 Р+Р,г..,Рц +Р, ++ Р 1Ри фр, р 1гс ф+ Р р +Р 1 111 Пг Непосредственно коды вероятностей ЗО матрицы Р; будут поданы на установочные входы 16 блока 6 с выходов 6 блока 2Смена состояний устройства происходит в дискретные моменты време 35 ни, задаваемые последовательностью импульсов, подаваемьгл через промежутки времени дс генератором 8 тактовых импульсов на вход блока 7 генерации случайного кода и вторые уп 40 равляющие входы первого 3 и второго 4 коммутаторов. В соответствии с кодом случайного числа, равномерно распределенного в интервале от нуля до единицы, который генерируется блоком 7, происходит выбор очередного ,состояния 2 на основе анализа . 1-й строки матрицы Р; . Сигнал выбора состояния 2 через первый коммута 5тор 3 поступает в блок О, памяти, где Фиксируется новое состояние. На вторые у становочные входы 11 подаются коды чисел С - стоимостей пребывания устройства в состояниях 2 причем код числа С подаУР ется на группу входов 11, -11 блока 9 вычисления Функционала стратегий, на вторые установочные входы При подаче управляющего сигнала х; на вход 1; открываются также элементы И 17;,-17; первого коммутатора , 3 (фиг. 3) и тем самым коммутируются выходы 21 блока 6 задания законов распределений на входы 20;, -20; 1-го блока 10; памяти . Кроме того, во втором коммутаторе 4 (фиг. 4) открываются элементы И 22-22; и, тем самым осуществляется коммутация 1 О выходов 23, -23, блока 10,памяти на первые информационные входы 27, блока 6 задания законов распределений. Таким образомиз памяти выбирается то состояние 2 Ь=1, и), в ко тором пребывало устройство при подаче предществующего сигнала х, в процессе предыстории Функционирования устройства. Причем при выборе нового состояния 2 (3=1, и) в блоке 20 задания законов распределений будет анализироваться М -я строка матрицыФ кМатрица Р; будет сформирована из матрицы Р; по следующему правилу 12 которого от третьих установочных(, Рвходов 12, в 2, устройства, оценки стратегий подаются коды М; (=1, п) коэффициентов нормировачия, причем1 Р код подается на входь 1 12, -12; блока 9.В процессе функционирования устройства с выходов 13 снимается код величины критерия Г, который оценивает численно стратегию поведения моделируемого объекта, в соответствии с последовательностями подаваемых сигналов управления по входам 1 по формулеГ=Е (Е;С.С к,) 1 д 1,В соответствии с изложенным алгоритмом работы устройства рассмотримболее подробно работу устройства поблокам.Пусть до подачи сигнала х в уст 1ройстве был зафиксирован кортеж (2 Р,г 1372, 2 , 2, , 2)Навыходах 13 устройства имеется кодоценки Р функционирования устройства до момента подачи сигнала х 1.4При подаче сигнала х, в виде потенциала на управляющий вход 1,устройства потенциал подается напервые управляющие входы 1 первого13 и второго 4 коммутаторов,В первом коммутаторе 3 (фиг. 3)потенциал подается на первые входыэлементов И 17;,-17;. Во втором коммутаторе 4 (фиг. 4) потенциал подается на первые входы элементовИ 22;,-22;, на вторые входы которыхподается код состояния 2, хранящийся в блоке 10, памяти, а именнопотенциал подается на информационный вход 23;. С приходом импульсаот генератора 8 тактовых импульсовна второй управляющий вход 18 второго коммутатора 4 открыт элемент И 22; и потенциал с его выходачерез элемент ИЛИ 24 поступает наединичный вход триггера 25 к. Последний перебрасывается в единичноесостояние и устанавливает на выходе27 к коммутатора 4 потенциал, а через элементы ИЛИ 26-26 к 1, 26 к 126 подает потенциал на нулевые входыостальных триггеров 25 -25 2525 пкк 1С появлением импульса генератора 8 тактовь;х импульсов на вход блока 7 генерации случайного кода пода251096ется потенциал и на его выходах формируется код числа, равномерно распределенного в интервале от нуля доединицы.Код равномерно распределенногочисла Ь с выходов блока 7 подаетсяна вторые информационные входы 30 -30 к блока 6 задания распределений.В блоке 6 осуществляется выбор последующего состояния Е в соответствии3с распределением вероятностей перехода в к -й строке матрицы Р следующим1образом.На первом информационном входе 27,блока 6 имеется потенциал с выхода27 второго коммутатора 4, Следова 1 Ктельно, открыты элементы И 29, -29 к,4 кНа установочных входах 16, -16, ина выходах сумматоров 28 к 1-28 к 1 формируется следующий ряд кодов:20Данный ряд кодов подается черезкэлементы И 29, -29 к на вторые входыузлов 31,-31 к сравнения, на вторыевходы которых от вторых информационных входов 30 -30блока 6 поданкод о . Узел 31 к сравнения срабатывает, если код числа о меньше либоравен кодур +р, ++ Р, .к 1Считается что следующее состояниеустройства ЕТак как на выходах узлов 31,-31сравнения - нулевой потенциал, а навыходах узлов 31, -3 к сравнения - З 5единичный потенциал, то соответственно элементы И 32,-32 к 11 32 к 132., заперты, а открыт только элемент И 32Таким образом, потенциал есть навыходе 211 блока 6 задания законовраспределений.Данный потенциал поступает на информационный вход 21 к первого коммутатора 3, затем через элементИЛИ 19 и открытый элемент ИЛИ 17," -на выход 20, первого коммутатора 3.С выхода 20 коммутатора 3 потенциал поступает на вход 20; блока 1 О,памяти. 50Потенциалы с выходов блоков 10, -10памяти подаются на соответствующие группы информационных входов 23 (см, фиг, 6) блока 9 вычисления функционала стратегий, который 55работает следующим образом,При изменении состояний выходовблоков 10 памяти срабатывают соответствующие Формирователи сигналов, которые выделяют передний Фронт импульса.Для рассматриваемого случая потенциал изменения состояния с выхода23 " блока 10 памяти поступает навход 23 блока 9. Формирователь 36сигнала 43" выделяет передний фронтпотенциала и подает импульс на информационный вход 39 узла 34 формирования оценок (см. Фиг, 7). Дан.ный потенциал через элемент ИЛИ 40поступает на первый выход 41 узла 34Открыты элементы И ЗЯ - 38 ,и кодчисла С из регистра 37 подает 1ся через элементь 1 ИЛИ 42; -42,навыходы 43;, -43 узла 341 формирования оценок.Данный код числа С подается свыходов 43 узла 34, на информационные входы 43 - 43, узла 33 умножения (см. Фиг, 8), который работаетследующим образом. При появпениисигнала на входе 41; через элемент47 задержки времени сбрасываютсяумножитель 45; и сумматор 48, в нулевое состояние. Код числа С 1 синформационных входов 43, -43, подается в регистр 46, и на вторйевходы умножителя 45 на первыевходы которого подается из регистра44; код числа ;, который был записан с третьих установочных входов121 -12, устройства. В умножителе45, формируется произведение двухкодов С к; , которое подается в3сумматор,Если в следующем такте вновь подается сигнал х, и устройство вновь остается в состоянии 21, то с импульсовпо входу 18 содержимое сумматора48, удваивается, т,е. на выходахсумматора сформируется величинаС, м,2 ь 1Величины произведений С Ф, (1=(1.=1, щ) умножения подаются нагруппы информационных входов 49 п -49 г узла 35 суммирования. В узле35 суммирования код произведенияС 1 Ф; подается на входы 49;Т - 49;Р,При переходе блока 10; памятив очередное состояние появляетсяпотенциал на входе 41 Открываютсяэлементы И 50;, -50 р , и код числаС; к, подается через элементыИЛИ 51, - 51 Р в сумматор 52, в которомформируется в процессе функционирования устройства суммаФормула изобретения 5 Устройство для моделирования стохастических объектов, содержащее блок формирования переходных вероятностей, группа входов задания управляющих воздействий и группа установочных входов которого являются соответственно первыми группами одноименных входов устройства, первый коммутатор, первый блок памяти, генератор тактовых импульсон и блок задания законов распределения, группа установочных входов которого соединена с группой выходов блока фор-. мирования переходных вероятностей, первая группа информационных входов блока задания законов распределения соединена с группой выходов блока генерации случайного кода, а группа выходов - с группой информационных входов первого коммутатора, первая группа выходов которого соединена с группой входов первого блока памяти, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом блока генерации случайного кода и тактовым входом первого коммутатора, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью расшив рения класса моделируемых объектов, в него введены щблоков памяти, второй коммутатор и блок вычисления функционала стратегий, содержащий ш групп формирователей импульсов, щ узлов формирования оценок, и узлов умножения и узел суммирования, группа выходов которого является группой выходов устройства, группа входов задания управляющих воздействий которого подключена к группам управляющих входов соответственно первого и второго коммутаторов, группа выходов последнего из которых соединена соответственно с второй группой информационных входов блока задания законов распределения, тпдополнительных групп выходов первого коммутатора соединены с соответствующими группами входов т- блоков памяти,группы выходов которых соединены ссоответствующими группами информационных входон второго коммутатора иформирователей импульсов, щ группблока вычисления функционала стратегий, выходы Формирователей им-пульсов каждой группы соединены сгруппой информационных входов соответствующего, узла формирования оценок, группа информационных выходовкоторого соединена с первой группой.информационных входов соответствующего узла умножения, группа выходовкаждого из которых соединена с соответствующей группой информационныхвходов узла суммирования, выход генератора тактовых импульсов соединенс тактовым входом второго коммутатора и первым тактовым входом узловумножения блоков вычисления функционала стратегий, вторые тактовыевходы которых и тактовый вход узласуммирования объединены и подключенык тактовым выходам узла формирования оценок, группы установочныхвходов узлов формирования оценок иузлов умножения являются соответственно второй и третьей группамиустановочных входов устройства, приэтом узел формировании оценок блокавычисления функционала стратегийсодержит группу регистров,группэлементов И, элемент ИЛИ и группуэлементов ИЛИ, выходы которых являются группой информационных выходовузла, первые входы элементов И каждой группы объединены с соответствующим входом элемента ИЛИ и являютсясоответствующим информационным входом группы информационных входовузла, вторые входы элементов И каждой группы соединены с соответствующими выходами соответствующего регистра, выход элемента ИЛИ являетсятактовым выходом узла, выходы элементов И каждой группы соединены с соответствующими входами соответствующего элемента ИЛИ группы, авходы регистров образуют группуустановочных входов узла.