Генератор случайной последовательности

(я) 0 ВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ГОСУД АРСПО ДЕЛ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с(71) Ленинградское ордена Октябрькой Революции. высшее инженерное морское училище им. адм. С.О.Макарова (53) 681.32(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 292208, кл, 0 06 Р 7/58, 1968,2. Авторское свидетельство СССР Р 433473, кл. С 06 Р 7/58, 1972,3. Роткоп Л.Л. Статистические методы исследования на электронных моделях.И.,Энергия 1967,с.46-,56 (прототип).(54)(57) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАИНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ, содержащий генератор прямоугольного напряжения, интегратор, аналоговый блок памяти, выход которого является выходом генератора, а . также генератор импульсов, о т л и ч а ю щ и й с я тем что, с целью расширения функциональных возможностей генератора путем формирования сигналов с нормальным законом распределения, генератор содержит первый ключ, а .генератор прямоугольного.напряжения содержит второй и третий ключи, первый и второй элементы И, триггер и блокинг-генератор, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, а также со счетным входом триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены., с вторыми входами соответственно первого и второго элементов И, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно второго и третьего ключей, выходы которых объединены и подключены к входу интегра- ЕР тора, входы второго и третьего ключей подключены к шинам "+" и "-" источника,питания соответственно, выхо интегратора соединен с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход первого ключа соединен с входом аналогового блока памяти,Изобретение относится к вычисли тельной технике, предназначено длямоделирования последовательности сиг-налов случайной амплитуды и можетбыть использовано для моделированияслучайных процессов на аналоговых ифизических моделях.Известен генератор случайного сигнала, содержащий в качестве первичного источника шума полупроводниковыйдиод с лавинным пробоем и экстремаль-О.ный регулятор режима - для автоматической установки и поддержания оптимального режима работы источника шума 1 .Недостаток данного генератора заключается в невозможности полученияслучайных сигналов, распределенныхпо нормальному закону.Известен также генератор случайных сигналов, содержащий источник 0шума, нелинейный преобразователь сигнала, пик-детектор с подразрядом,умножитель, а также генераторы гармонического сигнала случайных сигналов с заданными плотностью вероятнос тей и корреляционной функцией 2 .Недостатком этого генератора является сложность его техническойреализации для задачи получения нормально распределенных по амплитудесигналов,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является генератор случайной последовательности,состоящий из генератора прямоугольных. напряжений, выход которого связан с входом интегрирующего устройства, выход которого через релейноеустройство, управляемое генераторомпрямоугольных сигналов, подсоединяется к запоминающему устройству. Период генератора прямоугольных сигналов много больше периода генератора .пилообразногонапряженияКроме того,он корректируется эа счет выходногослучайного сигнала и собственными 45шумами передающего этот сигнал усилителяСлучайность амплитуды вырабатываемого сигнала достигается из-за несовпадения частот генераторов прямоуголь 50ного сигнала и пилообразного напряжения эти частоты относятся какиррациональные числа) . Кроме того,частота генератора прямоугольногосигнала оказывается случайной вели. - .чиной за счет введения корректирующей связи, После введения в нелинейную систему импульсного переключателя система приобретает качественноновые свойства. Так, если до включения импульсного преобразователя нелинейная система работала в режимеустановившихся автоколебаний, то после включения такого переключателяавтоколебательный режим изменения выходной величины сохраняется, но пе,риод и амплитуда автоколебаний характеризуется уже некоторыми случайнымивеличинами,Детерминированные значения периода и амплитуды автоколебаний нелинейной импульсной системы можно. получить, подобрав период автоколебанийнелинейной системы и период включения импульсного переключателя такимобразом, чтобы отношение этих периодов было рациональным числом. Однакона практике поведение нелинейной импульсной системы не наблЮдается из;,за того,что вероятность подбора особого решения системы та же, что ивероятность случайного выбора рационального числа из ряда всех действительных чисел 3 .Однако от этого генератора нельзяполучить сигнал, распределенный понормальному закону, так как в генераторе случайной последовательностииспользуется генератор прямоугольныхнапряжений, выход которого связанс входом интегрирующего устройства,составляющие генератор пилообразного напряжения,Как известно, большинство технологических процессов описываютсязаконами нормального распределения.Так, например, потребление электроэнергии в судовой электроэнергетической системе СЭЭС) подчинено усеченному нормальному закону.Чтобы смоделировать указанный закон и в соответствии с ним управлятьнагрузочным устройством аналоговойили физической модели СЭЭС, необходимо создать генератор, амплитудавыходного сигнала которого распределена по такому закону. Техническаяреализация такого генератора на базегенератора случайной последовательности, описанного вьме, неоправданосложна, так как на выходе его необходимо ставить устройство, нормализующее распределение амплитуды случайного сигнала.Целью изобретения является расширение функциональных воэможностейгенератора путем формирования сигналов с нормальным распределениемамплитуд,Цель достигается тем, что в генератор случайной последовательности,содержащий генератор прямоугольногонапряжения, интегратор, аналоговыйблок памяти, выход которого являетсявыходом генератора, а также генератор импульсов, введены первый ключ,а генератор прямоугольного напряжения содержит второй и третий ключи,два элемента И, триггер и блокинггенератор, выход которого соединенс первыми входами первого и второгоэлементов И, а также со счетным входом триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены с вторымиходного сигнала представлена на фиг. 4,Аналоговый блок памяти 4 Фиксирует величину напряжения, прещаествовавшую моменту размыкания цепи перНа фиг. 3 обозначеныг У, - выходной сигнал генератооа прямоугольного напряжения 1; О - выходной сигнал интегратора 2; О - сигнал на выходе35 аналогового блока памяти 41 О - вы" ходной сигнал генератора импульсов 51 Об - выходной сигнал блокинг-генератора б; Н, - сигнал на прямом выходе триггера 7; О - сигнал на инверсном 4 О выходе триггера 7; Н - выходной сигнал первого элемента И; Б - выходной сигнал второго элемента И.На фиг. 4 обозначено: У - выходной сигнал интегрирующего устройства 45 за один период генератора прямоугольного напряжения; О - задний фронт сигнала генератора импульсов; А плотность распределения выходного сигнала генератора случайной последовательности.Предлагаемое устройство работает следующим образом.Генератор прямоугольного напряжения 1 подает на вход интегратора 2 55 импульсы прямой и обратной полярности. Конденсатор интегратора заряжается в течение такого импульса. После прохождения импульса он успевает полкостью разрядиться до поступления следующего импульса - импульса противоположной полярности. Последний, заряжает конденсатор интегрирующего устройства 2 аналогичным образом, после чего конденсатор снова успевает полностью разрядиться. Форма вывходами соответственно первого и второго элементов И, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно второго и третьего ключей, выходы которых объединены и являются выходом генератора прямоугольного напряжения, входы второго и третьего ключей подключены к шинам "+" иисточника питания соответственно, выход интегратора соединен с инФормационным входом первого ключа, управляющий вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход первого ключа соединен с входом . аналогового блока памяти.На Фиг 1 показан предлагаемый генератор случайной последовательиости; на фиг, 2 - функциональная схема генератора прямоугольных импульсов на фиг. 3 - временные диаграммы работы йредлагаемого устройства; на2 О фиг. 4 - принцип действия генератора,Генератор случайной последовательности состоит из генератора прямоугольного напряжения 1, интегратора 2, первого ключа 3, анало гового блока памяти 4 и генератора импульсов 5. Генератор прямоугольного напряжения содержит блокинг-генератор б, триггер 7, первый элемент И 8, второй элемент И 9, второй ключ ЗО 10 и третий ключ 11. вым ключом 3, которое в свою очередь,управляется генератором импульсов 5.Вследствие несовпадения частот генератора 4 прямоугольного напряжения 1, а также генератора импульсов 5, момент .размыкания цепи первым ключом 3 случаен,Моменты попадания заднего фронта сигнала генератора импульсов 5 в тотили иной интервал времени в течениеодного периода генератора црямоугольного напряжения 1 равновероятны. При большом числе включений первого ключа 3 чаще будут встречаться малыезнаЧения О, чем близкие к максимуму,поскольку время заряда конденсатора(пока проходит импульс от генератора 1) интегратора 2 очень мало, авремя заряда значительно больше и,кроме того, выходной сигнал убываетпо экспоненте. Поэтому наиболее ве-роятными будут малые, близкие к нулю,значения напряжения и намного менее вероятными будут значения выходного сигнала, близкие к пиковым.Генератор прямоугольного напряжения 1 работает следующим образом. Если после очередного импульса блокинг-генератора 6 на прямом выходе триггера 7 установился высокий уровень сигнала (О, =1), на инверсном- низкий (0 =О), тогда во время следующего импульса блокинг-генератора б на выходе первого элемента И 8 появится сигнал 0 =1, который откроет второй ключ 10. С выхода генератора 1 на вход интегратора 2 будет подан импульс положительной полярности,Задний фронт тогоже самого импульса блокинг-генератора б переведет триггер 7 в противоположное положение: 0 у =О, О =1. Теперь при очередном импульсе блокинг-генератора .б срабатывает второй элемент И 9 (0 =О, 0=1). и откроется. третий ключ 11. Генератор прямоугольного напряжения 1 выдает на вход интегратора 2 импульс отрицательной полярности.Технико-экономическая эффективность от применения предлагаемого устройства определяется существеннымрасширением функциональных возможностей генератора случайной последовательности за счет формирования сигналов с нормальным распределениемамплитуд, что позволяет испольэовать его в различного рода аналоговых вычислительных устройствах без дополнительных блоков, нормализующих равномерно распределенный сигнал, создаваемый, генератором - прототипом.Таким образом он позволяет болееэффективно решать задачи аналоговогои физического моделирования.