Стохастический преобразователь

(19) (11) 3(51) а 06 Г 7/7 л,т ЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТ(56) 1. Авторское свидетельство СССР 279167, кл. 0 06 Г 7/58, 19692, Авторское свидетельство СССР9 638995, кл, О 06 Г 7/58, 1978(54)(57) СТОХАСТИЧЕСКИй ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий блок памяти, генератор импульсов, первый и второйсчетчики, первый и второй триггеры,первый элемент И, первый вход которого соединен с выходом первоготриггера, а выход соединен с входомвторого счетчика, второй элемент И,первый вход которого соединен спервым выходом второго. триггера, авторой вход соединен с выходом генератора импульсов, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И, элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом пятого элемента И,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повьжЕния быстродействияи расширения функциональных возможностей преобразователя путем формирования выбросов противоположногоосновным выходным импульсам знака,он дополнительно содержит датчикслучайных чисел, первый и второйсумматоры, первый и второй делителичастоты следования импульсов, регистр, коммутатор, цифроаналоговыйпреобразователь, третий триггер,триггер знака и элемент НЕ, входкоторого соединен с первыми входами первого сумматора, первого, второго и третьего триггеров, третьего и пятого элементов И и является входом стохастического преобразователя, а выход соединен с первым входом цифроаналогового преобразователя, вторыми входами первого сумматора и первого элемента И и третьим входом второго элемента И, вход первого делителя частоты следования импульсов подключен к выходу генератора импульсов, а выход соединен с третьим входом первого элемента И и вторым входом пятого элемента И, вход датчика случайных чисел соединен с выходом элемента ИЛИ, первый выход датчика случайных чисел соединен с третьим входом первого сумматора, второй выход датчика случайных чисел соединен со счетным входом триггера знака, а третий выход датчика случайных чисел 19 соединен с первым входом второго сумматора, второй вход второго сумматора соединен с выходом триггера знака, третий вход второго сумматора соединен с выходом блока памяти, четвертый вход второго сумматора соединен с входом первого счетчика, первым входомрегистра,вторым входомк элемента ИЛИ и подключен к первому выходу второго делителя частоты следования импульсов, а выход второго сумматора соединен с вторым входом регистра, первый вход второго дели- . теля частоты следования импульсов соединен с выходом второго элемента И, второй вход соединен с выходом шестого элемента И, третий вход соединен с выходом первого сумматора, а второй выход соединен с входом шестого элемента И, выход первого счетчика соединен с входом блока памяти и входом четвертого элемента И, выход которого соединен с вторым ,входом третьего триггера, выход третьего триггера соединен с четвертым входом второго элемента И и третьим вхбдом регистра, выход которого соединен с вторым входом цифроаналогового преобразователя, выход1056191 10 цифроаналогового преобразователясоединен с первым входом коммутато-.ра, второй вход которого соединенс выходом третьего элемента И, авыход коммутатора является выходомстохастического преббразователя,второй вход третьего элемента Исоединен с вторым входом первого Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано при построении имитирующе-моделирующей аппаратуры в специализированных вычислительно-моде лирующих системах.Известно устройство, позволяющее формировать случайные временные интервалы, содержащее генератор тактовых импульсов, регистр сдвига, элемент И, элемент ИЛИ, генератор напряжения шума, квантователь уровней и коммутатор 1Недостатком этого устройства является длительное время перенастрой ки с одного выходного потока на другой, что существенным образом ограничивает область применения системы. Наиболее близким к изобретению .является управляемый вероятностный преобразователь, содержащий генераторы импульсов, регистр сдвига, элемент И, элемент ИЛИ, (1,п)-полюсник с пдтенциальными выходами, блок памяти, первый и второй счетчики и25 триггер, Устройство позволяет формировать последовательность распределенных по произвольному закону случайных чисел 2 .30Однако применение этого устройства и его функциональные возможности ограничены принципиальной невозможностью воспроизведения случайных воздействий, имеющих место в условиях реальной эксплуатации ряда объектов и систем. Например, при прове.дении испытаний иэделий электронной . техники на ударные воздействия на электродинамическом стенде, отличительной особенностью которого является большое число резонансных частот, существенным образом искажается имитирующий т.е, подаваемый на испытываемый объект, процесс. К существенному недостатку устройства 45 следует также отнести длительное время настройки на требуемые характеристики выходного потока случайных чисел, что ограничивает возможность его эффективного применения. 50 триггера. и подключен к первому выходу второго триггера, второй входкоторого подключен к выходу первоготриггера., а второй выход второготриггера соединен с третьим входом,первого триггера, выход второго счетчика соединен с четвертым входомпервого сумматора. Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей преобразователя путем формирования выбросов противоположного основным выходным импульсам знака. Поставленная цель достигается тем, что стохастический преобразователь, содержащий блок памяти, генератор импульсов, первый и второй счетчики, первый и второй триггеры, первый элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого триггера, а выход соединен с входом второго счетчика, второй элемент И, первый вход которого соединен с первым выходом второго триггера, а второй вход соединен с выходом генератора импульсов, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И, элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом пятого элемента И, дополнительно содержит датчик случайных чисел, первый и второй сумматоры, первый и второй делители частоты следования импульсов, регистр,. коммутатор, цифроаналоговый преобразователь, третий триггер, триггер знака и элемент НЕ, вход которого соединен с первыми входами первого сумматора, первого, второго и третьего триггеров, третьего и пятого элементов И и является входом стохастического преобразователя, а выход соединен с первым входом цифроаналогового преобразователя, вторыми входами первого сумматора и первого элемента И и третьим входом второго элемента И, вход первого делителя частоты следования импульсов подключен к выходу генератора импульсов, а выход соединен с третьим входом первого элемента И и вторым входом пятого элемента И, вход датчика случайных чисел соединен с выходом элемента ИЛИ, первый выход датчика случайных чисел соединен с третьим входом первого сумматора, второй выход датчика случайных чисел соединен со счетным входом триггера знака, а третий вы1056191, ход датчика случайных чисел соединен с первым входом второго сумматора, второй вход второго сумматора соединен с выходом триггера знака, третий вход второго сумматора соединен с выходом блока памяти, четвертый вход второго сумматора соединен с входом первого счетчика, первым входом регистра, вторым входом элемента ИЛИ и подключен к первому выходу второго делителя частоты следования импуль-1 О сов, а выход второго сумматора соединен с вторым входом регистра, первый вход второго делителя частоты следования импульсов соединен с выходом второго элемента И, второй 15 вход соединен с выходом шестого элемента И, третий вход соединен с выходом первого сумматора, а второй выход соединен с входом шестого элемента И, выход первого счетчика соединен с входом блока памяти и вхОдом четвертого элемента И, выход которого соединен с вторым входом третьего триггера, выход третьего триггера соединен с четвертым входом второго элемента И и третьим входом регистра, выход которого соединен с вторым входом цифроаналогового преобразователя, выход цифроаналогового преобразователя соединен с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, а выход коммутатора является выходом стохастического преобразователя; второй вход третьего элемента И соединен с вторым входом первого триггера и подключен к первому выходу второго триггера, второй вход которого подключен к выходу первого триггера, а второй выход второго 40 триггера соединен с третьим входом первого триггера, выход второго счетчика соединен с четвертым входом первого сумматора.45На чертеже показана блок-схемапредлагаемого устройства.Устройство содержит блок 1 памяти, первый 2 и второй 3 счетчики,первый элемент И 4, первый 5 и второй 6 триггеры, второй элемент И 7,генератор 8 импульсов, третий элемент И 9, четвертый элемент И 10,элемент ЙЛИ 11, пятый 12 и шестой 13 элементы И, первый сумматор 14, первый делитель 15 частотыследования импульсов, третий триггер 16, второй делитель 17 частотыследования импульсов, второй сумматор 18, регистр 19, коммутатор 20,цифроаналоговый преобразователь 21, 60элемент НЕ 22, датчик 23 случайныхчисел, триггер 24 знака.Выход первого элемента И 4 соединен с входом второго счетчика 3.,выход первого триггера 5 - с первым 65 входом первого элемента 1 4, первый"выход второго триггера б соединенс первым входом второго элемента И 7,выход генератора 8 импульсов - свторым входом второго элемента И 7и входом первого делителя 15 частоты следования импульсов, выход пятого элемента 12 - с первым входомэлемента ИЛИ 11, первый вход первого триггера 5 является входом устройства и соединен с входом элемента НЕ 22, первым входом пятогоэлемента И 12, первым входом второго триггера б, первым входом третьего триггера 16, первым входом первого сумматора 14 первым входом третьего элемента И 9, выход первоготриггера 5 соединен с вторым входомвторого триггера б, первый выходкоторого соединен с вторым входомпрвого триггера 5, первым входомвторого элемента И 7 и вторым входомтретьего элемента И 9, второй выход второго триггера б соединен стретьим входом первого триггера 5,второй вход первого элемента И 4с выходом элемента НЕ 22, вторымвходом первого сумматора 14, третьим входом второго элемента И 7,первым входом цифроаналоговогопреобразователя 21, выход первогоделителя 15 частоты следованияимпульсов соединен с вторым входомпятого элемента И 12 и третьим входом первого элемента И 4, четвертыйвход второго элемента И 7 соединенс выходом третьего триггера 16 итретьим входом регистра 19, а выход - с первым входом второго делителя 17 частоты следования импульсов, второй вход второго делителя 17 частоты следования импульсовсоединен с выходом шестого элемента И 13, вход. которого соединен свторым выходом второго делителя 17частоты следования импульсов, третийвход второго делителя 17 частоты следования импульсов соединен с выходом первого сумматора 14, а первыйвыход - с входом первого счетчика 2,с четвертым входом второго сумматора 18, первым входом регистра 19,вторым входом элемента ИЛИ 11, выход элемента ИЛИ 11 соединен с входом датчика 23 случайных чисел, первый выход которого соединен с треть"им входом первого сумматора 14, второй - со счетным входом триггера 24знака, третий - с первым входомвторого сумматора 18, выход второго счетчика 3 соединен с четвертымвходом первого сумматора 14, выходпервого счетчика 2 соединен с входом блока 1 памяти и входом четвертого элемента И 10, выход которогосоединен с вторым входом третьеготриггера 16, выход блока 1 памятисоединен с третьим входом второгосумматора 18, второй вход второгосумматора 18 соединен с выходомтриггера 24 знака, а выход - с вторым входом регистра 19, выход которого соединен. с вторым входом цифроаналогового преобразователя 21, выход цифроаналогового преобразователя 21 соединен с первым входом коммутатора 20, второй вход которогосоединен с Выходом третьего элемента И 9, а выход является выходомустройства. В качестве первого триггера 5,используется триггер 31 -типа с входной логикой, его первый и третий 15Входы, объединенные функцией И,Входы УстанОВки В 1ВтОРОй ВХОДсбро н "0", выход - прямой. Второйтриггер б Д -типа, его первый вход,синхронизации, второй.-О -вход, перВый ВХОД пРЯмОй р ВтОРОй ВХОД ин.версный. 1 енератор 8 импульсов генеРирует последовательность тактовьхимпульсов, частота которых достаточно высока десятки мегагеРц) для получения высокой точности формирования случайного временного интервалаи выброса. Первый делитель 15 частоты следования импульсов осуществляет деление тактовых импульсовгенератора 8 с постоянным коэффициентом деления, равным количествуточек функции выброса, записанныхн блок 1 памяти, выполнение указанного равенства необходимо длянормального функционирования устройства. Вход первого счетчика 2счефгный, выход - информационный.Вход второго счетчика 3 - счетный,выход - информационный. Третий триггер 16 - К 5 -типа, его первый входустановка н "1", второй вход -сброс в "0", выход - прямой. Первыйсумматор 14 - нычитающий сумматорнакапливающего типа, его первыйвход - разрешение вычитания синхронизация), второй - сброс В "0", третий - информационный, четвертыйинформационный, выход - информационный. Датчик 23 случайных чисел генерирует последовательность равномерно распределенных случайных чисел,которые с первого инФормационноговыхода поступают на вход младшиеразряды) первого сумматора 14, разрядность которого выше разрядностидатчика 23 случайных чисел, Входдатчика случайных чисел - синхронизации, первый и третий выходыинформационные, второй выход - выход одного из разрядов случайногочисла. Триггер 24 знака работает бОв счетном режиме, его вход - счетный, на который поступает случайная последовательность нулей и единиц с второго выхода датчика 23 случайных чисел. Второй делитель 17 65 частоты следования импульсов осуществляет деление последовательности импульсов, поступающих на егопервый счетный вход, с коэффициентом пересчета, код которого, поступив на третий информационный вход,записывается при наличии положительного уровня на втором входе разрешения записи, Этот сигнал вырабатывается шестым элементом И 13, каждыйраз при достижении нулевых значений во всех разрядах делителя 17.Первый выход второго делителя 17 прямой информационный, второй выход - инверсный информационный, второй сумматор 18 - комбинированный,его первый вход - информационный.На этот вход поступают коды с третьего выхода датчика 23 случайных чисел, передаваемые на младшие разряды сумматора, второй вход - вход управления знаком, состояние этоговхода определяет операцию сложенияили вычитания случайного кода, поступающего на первый вход с кодом,поступающим на третий информационныйвход, разрядность которого выше разрядности первого входа, четвертыйвход - синхронизации, выход - информационный. Блок 1 памяти - регистрового типа. На его информационномвыходе формируются коды, считываемые по адресам, поступающим на адресный вход с выхода первого счетчика 2, Второй нход регистра 19 - информационный, первый вход - синхронизации, третий - установка в "0",выход - информационный. Цифроаналоговый преобразователь 21 при наличииположительного сигнала на его входе 11 разрешения преобразования осуществляет преобразование кодов, поступающих на его второй информационный вход, в отрицательное напряжение, абсолютное значение которогопропорционально входному коду, Коммутатор 20 поочередно подключает квыходу устройства импульсы, поступающие на его второй вход, и изменяющееся напряжение, поступающее напервый вход. В общем случае это двухвходовый усилитель с единичным коэффициентом усиления. Устройство работает и двух режимах:, н режиме настройки и режиме генерации.Режим настройки заключается в определении интервала времени между двумя соседними импульсами входной последовательности. функционирование устройства в режиме настройки начинается после поступления на вход устройства первого импульса входной последовательности, устанавливающего первый триггер 5 в единичное состояние. Второй триггер б сохраняет нулевое состояние, так как к1 О Работу устройства в режиме генерации можно представить в виде последовательности циклов, на каждом из которых происходит формирование случайных интервалов времени, равномерно распределенных на интервале Т -Тгде Т имеет 45 то же значение, что и в выражении ф ,- абсолютное значение максимальной флюктуации времени выброса, развертывание выброса отрицательной полярности со случайными флюктуациями амплитуды на сформированном случайном интервале времени.Работа устройства начинается в режиме генерации при поступлении на вход устройства второго импульса, устанавливающего своим передним фронтом второй триггер б в единичное состояние. Единичное состояние триггера б обусловливает сброс первого 60 триггера 5, открывает по первому входу второй элемент И 7, третий элемент И 9. Таким образом, входной импульс, поступающий на вход 11 третьего элемента И 9, проходит через него 5 40 50 моменту поступления на его первый вход положительного импульса на его втором входе присутствует низкий уровень. После окончания длительности входного импульса на выходе элемента НЕ 22 появляется высокий уровень, открывающий по второму входу первый элемент И 4, открытый по первому входу высоким уровнем с выхода триггера 5, разрешая тем самым прохождение на выход второго счетчика 3 импульсов с выхода триггера 5, разрешая тем самым прохождение на выход второго счетчика 3 импульсов с выхода первого делителя 15, Счетчик 3, работающий в счет ном режиме,.подсчитывает общее количество импульсов, поступающих на его вход. Заканчивается режим настройки по переднему фронту второго импульса входной последовательности, 20 запрещающий через элемент НЕ 22 и первый элемент И 4 прохождение импульсов с выхода делителя 15 на вход второго счетчика 3. Если Т,- длительность паузы между двумя со седними импульсами входной последовательности, 1 -частота генератора 8 импульсов, а К-коэффициент деления первого делителя 15, то к моменту прихода второго импульса на вход устройства во втором счетчи 30 ке 3 будет сформирован код, пропорциональный длительности паузы между двумя соседними импульсами входной последовательности, опреде. - ляемый35 и через коммутатор 20 подается на выход устройства. Кроме того, входным импульсом устанавливается в ф 1 ф третий триггер 1 б,открывающий по четвертому входу второй элемент И 7 и устанавливающий регистр 19 в нулевое состояние. Формирование. случайного интервала осуществляется путем вычитания из кода, пропорционального длительности паузы Т), кода равномерно распределенного случайного числа. Вычитание происходит на первом сумматоре 14 по переднему фронту второго и последующих импульсов входной последовательности, поступающих на первый вход первого сумматора, Таким образом, в начале цикла генерации в первом суммато" ре 14 формируется код случайной разностигде- равномерно распределенное случайное число.Полученное значение случайной разности с выхода первого сумматора 14 поетупает на третий вход второгоделителя 17 и заносится в него положительным потенциалом с выхода шестого элемента И 13.Развертывание выбросаотрицательной полярности начинается после окончания длительности второго и последующих) импульсов входной последовательности. Высокий уровень с выхода элемента НЕ 22 разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода генератора 8 импульсов через открытый по первому и четвертому входам второй элемент И 7. На выходе второго делителя 17, работающего на вычитание, формируется последовательность импульсов с частотой, равнойДатчик 23 случайных чисел, управляемый через элемент ИЛИ 11, начинает генерировать случайные числа с частотой Гф. Кроме того, с выхода второго делителя 17 импульсы поступают на вход первого счетчика 2, который по переднему фронту каждого из этих импульсов увеличивает свое состояние на единицу, формируя адреса блока 1 памяти, по которым происходит последовательное считывание записанных в блок 1 памяти кодов, дискретных отсчетов функции выброса. На втором сумматоре 18 происходит суммирование или вычитание, в зависимости от состояния триггера 24 знака, кода мгновенного значения функ 91056191 10ции выброса с кодом случайного числа,определяющим мгновенную Флюктуациювыброса. По заднему фронту импульса.с выхода второго делителя 17 код,сформированный на втором сумматоре 18, заносится в регистр 19, с выхода которого данный код поступаетна второй. вход цифроаналогового преобразователя 21, преобразующих кодымгновенных значений функции выброса в напряжение отрицательнойполярности, поступающее через комму 1татор 20 на выход устройства,При поступлении импульсов частоты 1 на вход первого счетчика 2он изменяет свое значение от нулевого до максимального (все единицы),при з тс,м и з блока 1 памяти считыв автол содержимое всех егоячеек,в Результате чего на выходе устройства Формируется выброс, развернутый на интервале времени выброса,Равном 0 Потребовав К =,1, получим Кт -т - - .8 и Единичное состояние первого счетчика 2 по окончании формирования выброса через четвертый элемент И 10 - устанавливает третий триггер 16 в нулевое состояние, в результате чего импуль"ы с выхода генератора 8 импульсов через второй элемент И 7 не проходят, регистр 19 устанавли вается в нулевое состояние, и на выходе устройства в течение случайно,го интервала времени, дополняющего время выброса Т до времени длительности паузы, устанавливается нулевой 45 уровень.Далее процесс генерации цикличес.ки повторяется.Предложенное устройство осуществ-, ляет функциональное преобразование д входной, последовательности импульсовзаключающееся в том, что ксждый из импульсов данной последовательностисопровождается выбросом противоположного знака, развернутым на случайноминтервале времени, длительность которого зависит от параметров входногоимпульса.Таким образом, технико-экономическая эффективность предлагаемогоустройства определяется расширениемкласса имитируемых случайных воздействий, что связано с возмОжностьюпреобразования входной импульснойпоследовательности в последовательность, каждый импульс которой сопровождается выбросом противрположногознака, развернутым на случайном интервале времени, длительность которого зависит от параметров входногоимпульса, возможностью моделирования случайных процессов с быстроизменяющимися характеристиками, что особенно существенно для представления нестационарного случайного воздействия, имеющего место в условияхреальной эксплуатации ряда объектови систем, кусочно-стационарным случайным процессом на некоторых фиксированных временных, интервалах,повышением качественных характеристик имитируемых случайных воздействий, обусловленного возможностьювоспроизведения случайного процесса,отличительной особенностью которогоявляется негауссовский характерпроцесса из-за наличия сравнительночастых выбросов с большими отклонениФМи, сокращением времени натройки:.устройства за счет зависимости характеристик временных параметроввыбросов случайного процесса от частоты или скважности входной последовальности импульсов, выделениемсобственно режима настройки в работе устройства, что существенно примоделировании случайных процессовс различными характеристиками, таккак это позволяет сократить времяперенастройки устройства с однойпрограммы испытаний на другую,Предлагаемое устройство обладаетбольшим быстродействием, более широкими функциональными возможностями и более эффективно по сравнению с известными устройствами.осударствелам изобрМосква, Ж раж 706нного коми тений и от 35, Раушск Поета СССРрытийя наб., д