Генератор случайных процессов

(5)М, Кл. 6 06 Р 7158 1 ввуюРствтааь 4 квювтвт СССР вв аавк ювбуетвеЯ етрытвЯ.(53) УДК 681.325(088,8) Г.Э. Котляров, О.В, Жилинский, С.ф. Чеченев и Н.П. Попков / Центральное конструкторское бюр с опытным производством АН Белорусско СР;,(7) Заявитель . 541 ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ 1Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в испытательной технике для имитации стахостических нагрузок. Известен цифровой генератор случайных процессов с заданными статическими характеристиками, содержащий генератор чисел, управляемый распре-делителем импульсов, регистры, компараторы, сумматоры и схемы совпадения. Это устройство генерирует случайные процессы в виде тактов, число и значение которых определяются соответствующим видом функции корреляции, заносимой в регистры памяти с последующей выборкой 1 . Однако указанное устройство не позволяет получить непрерывный колебательный 20 процесс с заданной амплитудой модулированной по фазе и амплитуде случайными сигналами.Наиболее близок к предлагаемому.по технической сущности генераторслучайных процессов, содержащий задающий. генератор импульсов, делитель частоты устройство управления коэффициентом деления, реверсивный счетчик, фильтр нижних частот,дешифратор, преобразователь код-аналог, цифровой компаратор, выход которого подключен к входу триггера,реверсивный счетчик задания амплитуды, регистр сдвига, генераторы случайной двоичной последовательностиуправления амплитудой и частотой,переключатели, схему совпадения, ус"ройство управления регистром сдвига и триггер управления 2 . В известном генераторе случайных процессов длина полуволны основного колебания изменяется по случайному закону при сравнении кодов, записан н ных в счетчиках от 2 " " до 2 , а при кодах от 0 до 2 импульс со схемыи-совпадения поступить не может и по 955048эгому в этом диапазоне создается"мертвая зона", т.е. сигнал случайного процесса изменяться не может.При этом каждый период основногоколебания возвращается в нулевоесостояние,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей генератора, а именно получение непрерывного колебательного процесса с эа Оданной амплитудой, модулированногопо фазе и амплитуде случайными сигналами с требуемой спектральной характеристикой случайного процесса, изменяющегося во всем диапазоне сигнала.Для достижения поставленной целив генератор случайных процессов, содержащий генератор импульсов, первый реверсивный счетчик, выход которого соединен с первым входом блока сравнения и входом цифоо-аналогового преобразователя, выход которого является выходом генератора, выходблока сравнения соединен со входомделителя частоты и счетным входомтриггера, выходы которого соединенысоответственно с первым и вторым управляющими входами первого реверсивного счетчика выход делителя частотыФ30соединен с входами первого и второгогенераторов случайных импульсов и первым управляющим входом второго реверсивного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом второгогенератора случайных импульсов, введены блок задания частоты, блок задания амплитуды и дешифратор, выходкоторого соединен с вторым управляющим входом второго реверсивного счетчика, выход которого соединен с вхо 40дом дешифратора и первыми входамиблока задания частоты и блока задания амплитуды, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, выходы триггера соединены соот 45ветственно с вторым и третьим входа. -ми блока .задания амплитуды, выходгенератора импульсов соединен с вторым входом блока задания частоты,третий вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выходблока задания частоты соединен сосчетным входом первого реверсивногосчетчика.Блок задания частоты содержит реверсивный счетчик, делитель частоты,два блока сравнения, коммутатор итриггер, выходы которого соединены соответствено с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, установочные входы которого образуют первый вход блока, второй вход которого образует синхронизирующий вход реверсивного счетчика, разрядные выходы которого соединены с соответствующими установочными входами делителя частоты, а также с соответствующими входами первых групп первого и второго блоков сравнения, входы вторых групп которых со-, единены с соответствующими выходами первой и второй групп коммутатора, а выходы блоков сравнения соединены соответственно с единичным и нулевым входами триггера, третьим входом блока является тактовый вход делителя частоты, выход которого является выходом блока.Кроме того, блок задания амплитуды содержит группу выключателей, группу элементов И и параллельный сумматор, выходы которого образуют выход блока, выходы элементов И группы соединены с соответствующими входами первой группы параллельного сумматора, вторая группа входов которого образует первый вход блока, второй вход которого образуют объединенные первые входы элементов И группы, вторые входы которых через соответствующие выключатели группы подключены к третьему входу блока. На фиг. 1 представлена блок-схемагенератора случайных процессов; нафиг. 2 - схема блока задания частоты; на фиг. 3 - схема блока заданияамплитуды; на фиг. 4 - изменение основного колебания и огибающая случайного процесса предлагаемого генератора; на фиг. 5 - основное колебаниеи огибающая случайного процесса. известного генератора,Генератор случайных процессовсодержит генератор 1 импульсов, блок2 задания частоты, первый реверсивный счетчик 3, цифро-аналоговый преобразователь 4, триггер 5, блок 6сравнения, блок 7 задания амплитудыделитель 8 частоты, первый генератор 9, случайных импульсов, второйгенератор 10 случайных импульсов,второй реверсивный счетчик 11 и дешифратор 12,Блок 2 управления частоты содержитделитель 13 частоты, реверсивныйсчетчик 14, первый блок 15 сравнения,случайного процесса по частоте и изменению его в заданных пределах по случайному закону.Блок 7 задания амплитуды управляет изменением амплитуды по случайному закону. Дешифратор 12 (фиг,1)переключает счетчик 11 на вычитание, когда его содержимое достигаетмаксимума и на сложение, когда егосодержимое опустошается, тем самымопределяя границы изменения амплитуды случайного колебания, Аналогичноблоки 15 и 16 сравнения переключают счетчик 14 с помощью триггера 18.Установка границ счетчика 14 устанавливается коммутатором 17 (фиг. 2)который может быть выполнен в виде набора переключателей. Генератор случайных процессовработает следующим образом,Импульсы с заданной частотой сгенератора импульсов 11 поступают напервый вход блока 2 задания частотыи далее на тактируемый вход делителячастоты 13 (фиг, 1 и 2), С выходаблока 2 задания частоты разделенныеделителем 13 импульсы поступают насчетный вход первого реверсивногосчетчика 3. С выхода первого реверсивного счетчика 3 параллельный кодтранслируется на входы цифро-аналогоаого преобразователя 4 и блока 6 сравнения. Содержимое первого реверсивного счетчика 3 увеличивается илиуменьшается в зависимости от состояния триггера 5. Скорость увеличенияили уменьшения содержимого счетчика3 зависит от частоты импульсов, поступающих на его вход. Цифро-аналого 1 вый преобразователь 4 преобразует вы.ходной код счетчика 3 в аналоговоенапряжение. Выходной код счетчика 3,поступающий на первый вход блока 6сравнения, сравнивается с кодом, по"ступающим на его второй вход с выхода блока 7 задания амплитуды и параллельно сумматора 21 (фиг. 1 и 3)При сравнении этих кодов выдаетсяимпульс, меняющий состояние триггера5 и поступающий на вход делителя 8частоты. Коэффициент деления делителя 8 частоты устанавливается заранее.С выхода делителя 8 частоты импульспоступает на входы первого генератора 9 случаиных импульсов и второгогенератора 10 импульсов и первыйвход второго реверсивного счетчика11. По первому и третьему входу этого счетчика происходит его реверс. 5 955048 6 второй блок 16 сравнения, коммутатор17. и триггер 18.Блок задания амплитуды содержитэлементы И 19, выключатели 20 и параллельный сумматор 21. 5Генератор 1 импульсов соединенс первым входом блока 2 задания частоты и далее с тактируемым входомделителя 13. Выход делителя 13 соединен с выходом блока 2 задания частоты и входом первого реверсивногосчетчика 3. Выход. реверсивного счетчика 3 подключен к первому входу бло"ка 6 сравнения и входу цифро-аналогового преобразователя 4. Выход 15блока 6 сравнения соединен с входомделителя частоты 8 и входом триггера 5, выходы триггера соединены с входами .реверса первого реверсивногосчетчика 3, первым входом блока 7 20задания амплитуды и далее напрямуючерез выключатели 20 с входами элементов И 19. Выходы элементов И 19подключены к первым входам параллельного сумматора 21, выход которого 25соединен с выходом блока 7 заданияамплитуды и далее с вторым входомблока 6 сравнения. Вторые входы параллельного сумматора 21 подключенычерез второй вход блока 7 управленияамплитудой к выходу второго реверсивного счетчика 11, входу дешифратора12 и через третий вход блока 2 задания частоты - к информационному входуреверсивного счетчика 14. Выход счетчика 14 соединен с информационнымивходами делителя 13 и первыми входамиблоков 15 и 16 сравнения, вторыевходы названных блоков подключенык выходам коммутатора 17. Выходы блоков подключены к выходам коммутатора;17, Выходы блоков 15 и 16 сравнениясоединены с входом триггера реверса 18, выходами соединенного с входами реверса реверсивного счетчика14. Счетный вход реверсивного счетчика 14 подключен через второй входблока задания частоты к выходу первого генератора случайных импульсов 9.вВход генератора 9 соединен с входомвторого генератора случайных импульсов 10, первым входом второгореверсивного счетчика 11 соединен с выходом второго генератора случайных.импульсов 10. Третий вход второго ре 55версивного счетчика 11 подключен квыходу дешифратора 12.Блок 2 задания частоты служит длязадания спектральной характеристикиИмпульсом с выхода делителя 8 частотыопрашивается состояние генераторов9 и 10 случайных импульсов, и в зави-симости от состояния выхода генератора 10 ("0" или "1") второй реверсивный счетчик 11 добавляет или отнимает единицу от своего содержимого.С выхода второго реверсивного счетчика 11 параллельный код транслируется на второй вход блока 7 зада- Ония амплитуды и входы В, Вь параллельного сумматора 21 (фиг. 3),а на входы А, , А последнегоподается код с элементов И 19, Состояние выхода элементов И 19 зависит от положения выключателей К,К20, определяющих начальныйкод параллельного сумматора и состояния триггера 5, выходы которого подключены к первому входу блока 7 задания амплитуды, выключателям К,К и 20 и вторым входам элементов И 19. Сдвиг выходного кодавторого реверсивного счетчика .11на единицу дискретности обеспечивает медленное изменение амплитудыслучайного процесса по сравнениюс основным колебанием. Для плавногоизменения амплитуды случайного процесса от максимума к минимуму и нао- ЭОборот второй реверсивный счетчик 11соединен с дешифратором 12, выходкоторого связан с третьим входомвторого реверсивного счетчика 11. Подостижении максимального и минимального значений кода этого счетчикадешифратор 12 дешифрирует его и выдает импульс реверса на реверсивный третий вход счетчика 11. Выходной код последнего поступает.на третий вход блока 2 задания частоты идалее на входы 0 1, , 0 реверсивного счетчика 14, Этот код определяет начальную установку этогосчетчика. Выход реверсивного.счетчика. 14, подключенный ко входам Ч 4,Ч делителя 13, определяет ко,эффициент деления последнего. НаС вход счетчика 14 подают импульсыс первого генератора, случайных импульсов 9. Счетчик 14 прибавляетили отнимает единицу от своего содержимого, тем самым меняя коэффициент деления делителя частоты 13 по случайному закону, Для ограниче 55ния перехода счетчика 14 через крайние состояния предусмотрены первый и второй блоки 15 и 16 сравнения соединенные с выходом счетчика 14. Значения кодов перехода через крайние состояния задаются коммутатором17. При сравнении одного из кодовблоков 15 и 16 с заданными значениями с выходов последнего выдаетсяимпульс, изменяющий состояние триггера 18, а следовательно, и реверссчетчика 14,На фиг. 4 и 5 показано изменениеосновного колебания 22 и огибающаяслучайного процесса 23 предлагаемогогенератора и для сравнения, изменение основного колебания 24 и огибающая случайного процесса 25 известногогенератора.При помощи блока управления частотой 2 и блока 7 управления амплитудой задается спектральная характеристика случайного процесса. Амплитуда основного колебания определяетсякодами экстремальных точек, заносимыми в параллельный сумматор 21 оператором или автоматически. Частотапериодов следования основного колебания определяется состоянием реверсивного счетчика 14,Таким образом, предлагаемый генератор случайных процессов может найти применение в задающих устройствах различных типов для динамических испытаний (виброиспытаний) механизмов, конструкций и материаловпри стахостической нагрузке. Стендовые испытания, если при этоммоделировать реальные эксплуатационные нагрузки, которые по своей природе, в основном, стахостические(ветровая нагрузка, загрузка от профиля дорог, температурные колебанияи т.д,) позволяют иметь не только экономическую выгоду, но и значительныйвыигрыш во времени по сравнению сполигонными испытаниями, Поэтому .предлагаемый генератор случайных процессов при использовании его в составе технических средств испытательных стендов позволит получить положительный эффект, т.е, непрерывный колетабельный процесс с заданной амплитудой; модулированный по фазе и амплитуде случайными сигналами с требуемойспектральной характеристикой случайного процесса, изменяющейся во всемдиапазоне,Формула изобретения1. Генератор случайных процессов,содержащий генератор импульсов, первый реверсивный счетчик, выход которого соединен с первым входом блока сравнения и с входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого является выходом генератора, выход блока сравнения соединен с входом делителя частоты и счетным входом триггера, выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами первого ревер- сивного счетчика, выход делителя частоты соединен с входами первого и второго генераторов случайных импульсов и первым управляющим входом второго реверсивного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом второго генератора случайных импульсов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора за счет формирования заданных распределений амплитуды и частоты, он содержит блок задания частоты, блок задания амплитуды и дешифратор, выход которого соединен с вторым управляющим входом второго реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом дешифратора и первыми входами блока задания частоты и блока задания амплитуды, выход которого соединен с вторым входом блока срарнения, выходы триггера соединены соответственно с вторым и третьим входами блока задания амплитуды, выход генератора импульсов соединен с вторым входом блока задания частоты, третий вход которого связан с выходом генератора импульсов, а выход блока задания частоты соединен со счетным входом первого реверсивного счетчика.2. Генератор по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, цто блок задания частоты содержит реверсивный счетчик, делитель частоты, два бло 5048 10ка сравнения, коммутатор и триггер,выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитающимвходами реверсивного счетчика, установочные входы которого образуютпервый вход блока, второй вход которого образует синхронизирующий входреверсивного счетчика, разрядныевыходы которого соединены с соот 10 ветствующими установочными входамиделителя частоты, а также с соответствующими входами первых групп пер"вого и второго блоков сравнения,входы вторых групп которых соединены13 с соответствующими выходами первойи второй групп коммутатора, а выходыблоков сравнения соединены соответственно с единичным и нулевым входами триггера, третьим входом блока20 является тактовый вход делителя частоты, выход которого является выходом блока,3. Генератор по и. 1, о т л и -ц а ю щ и й с я тем, что блок за 2 З дания амплитуды содержит группу выключателей, группу элементов И и параллельный сумматор, выходы которогообразуют выход блока, выходы элементов И группы соединены с соответстЗО вующими входами первой группы параллельного сумматора, вторая группавходов которого образует первый входблока, второй вход которого образуютобъединенные первые входы элемен 3тов И группы, вторые входы которыхчерез соответствующие выключателигруппы подключены к третьему входублока. Источники информации,40принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 420096, кл. С 06 Г 1/02, 19/2.2. Авторское свидетельство СССРй 439064, кл, С 06 Г 1/02, 1972аз 3 /53 Тираж 731 ПВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Москва, Ж, Раушская наб 5илиал ППП "Патент"г. Ужгород, ул. Проектна,д / Составит;ель А. Карасов Редактор Л, Пчелинская Техред А. Ач Корректс Зак одписно