Генератор случайной последовательности Советский патент 1984 года по МПК G06F7/58 

Фи.1

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для моделирования последовательности сигналов случайной амплитуды и может быть использовано для моделирования случайных процессор на аналоговых и физических моделях.

Известен генератор случайного сигнала, содержащий в качестве первичного источника шума полупроводниковый диод с лавинным пробоем и экстремаль

,ный регулятор режима - для автоматической установки и поддержания оптимального режима работы источника шуМа l .,-Недостаток данного генератора заключается в невозможности получения случайных сигналов, распределенных по нормальному закону.

Известен также генератор случайных сигналов, содержащий источник шума, нелинейный преобразователь сигнала, пик-детектор с подразрядом, умножитель, а также генераторы гармонического сигнала случайных сигналов с заданными плотностью вероятнос тей и корреляционной функцией 2J .

Недостатком этого генератора является сложность его технической реализации для задачи получения нормально распределенных по амплитуда сигналов. ;

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является генератор случайной последовательности, состоящий из генератора прямоугольных напряжений, выход которого связан с входом интегрирующего устройства, выход которого через релейное устройство, управляемое генератором прямоугольных сигналов, подсоединяется к запоминающему устройству. Период генератора прямоугольных сигналов много больше периода генератора пилообразного напряжения. Кроме того он корректируется за счет выходного случайного сигнала и собственными шумами передающего этот сигнал усилителя .

Случайность амплитуды вырабатываемого сигнала достигается несовпадения частот генераторов прямоугол ного сигнала и пилообразного напряжения (эти частоты относятся как иррациональные числа). Кроме того, частота генератора прямоугольного сигнала оказывается случайной велкгчиной за счет введения корректирующей связи. После введения в нелинейную систему импульсного переключателя система приобретает качественно новые свойства. 1ак, если до включения импульсного преобразователя нелинейная система работала в режиме установившихся автоколебаний, то после включения такого переключателя автоколебательный режим изменения выходной величины сохраняется, но пе,риод и амплитуда автоколебаний характеризуется уже некоторыми случайными величинами.

Детерминированные значения периода и амплитуды автоколебаний нели нейной импульсной системы можно.получить , подобрав период автоколебаний нелинейной системы и период включения импульсного переключателя таким образом, чтобы отношение этих периодов было рациональным числом. Однако на практике поведение нелинейной имггульсНой системы не наблюдается из-, за того, что вероятность подбора особого решения системы та же, что и вероятность случайного выбора рационального числа из ряда всех действительных чисел З .

Однако от этого генератора нельзя получить сигнал, распределенный по нормальному закону, так как в генераторе случайной последовательности используется генератор прямоугольных напряжений, выход которого связан с входом интегрирующего устройства, составляющие генератор пилообразного напряжения.

Как известно, большинство технологических процессов описываются законами нормального распределения. Так, например, потреблен11е электроэнергии в судовой электроэнергетической системе ССЭЭСТ подчинено усеченному нормальному закону.

Чтобы смоделировать указанный закон и в соответствии с ним управлять нагрузочным устройством аналоговой или физической г эдели СЭЭС, необходимо создать генератор, амплитуда выходного сигнала которого распределена по такому закону. Техническая реализация такого генератора на базе генератора случайной последовательности, описанного вьлие, неоправдано сложна, так как на выходе его необходимо ставить устройство, нормализующее распределение амплитуды случайного сигнала.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей генератора путем формирования сигналов с нормальным распределением амплитуд.

Цель достигается тем, что в генератор случайной последовательности, содержащий генератор прямоугольного напряжения, интегратор, аналоговый блок памяти, выход которого является выходом 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 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 являются выходом генератора прямоугольного напряжения, входы второго и третьего ключей подключены к шинам + и - источника питания соответственно, выход интегратора соединен с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого соединен с выходом генерат ора щотульсов, ваход первого ключа соединен с входам аналогового блока памяти. На фиг. 1 показан предлагаемый гв нератор случайной последовательлостил на фиг. 2 - функ11иональная схема генератора прялгоугольных импульсов; на фиг. 3 - временные диаграммы рабо ты предлагаемого устройства на фиг. 4 - принцип действия генератора , Генератор случайной последователь )ности состоит из генератора прЯ1«юугольного напряжения 1/ интегратора 2, первого ключа 3, анало1ГОВОго блока памяти 4 и генератора 1импульсов 5. Генератор прямоугольного напряжения содержит блокинг-генератор б, триггер 7, первый элемент И 8, второй элемент И 9, второй ключ 10 и третий ключ 11. На фиг. 3 обозначены: и - выходной сигнал генератора прямоугольного напряжения 1; U2 - выходной сигнал интегратора 2; и - сигнал на выходе аналогового блока памяти 4; U5 - выходной сигнал генератора импульсов 5 и - выходной сигнал блокинг-генера тора 6; и, - сигнал на прямом выходе триггера 7; сигнал на инверсном выходе триггера 7; Ug - выходной сиг нал первого элемента И; Uq - выходной сигнал второго элемента И. На фиг. 4 обозначено: V - выходной сигнал интегрирующего устройства за один период генератора прямоуголь ного напряжения; U5 - задний фронт сигнала генератора импульсов; А плотность распределения выходного сигнала генератора случайной последо вательности. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Генератор прямоугольного напряжения 1 подает на вход интегратора 2 импульсы прямой и обратной полярности. Конденсатор интегратора заряжает ся в течение такого импульса. После прохождения импульса он успевает пол ностью разрядиться до поступления следующего импульса - импульса проти воположной полярности. Последний, заряжает конденсатор интегрирующего устройства 2 аналогичным образом, после чего конденсатор снова успевает полностью разрядиться. Форма выходного сигнала представлена на фиг. 4 . Аналоговый блок памяти 4 фиксирует величину напряжения, предшествовавшую моменту размыкания цепи первым 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 тот или иной интервал времени в течение одного периода генератора прямоугольного напряжения 1 равновероятны. При большом числе включений первого ключа 3 чаще будут встречаться малые значения U4 г чем близкие к максимуму, поскольку время заряда конденсатора (пока проходит импульс от генератора 1) интегратора 2 очень мало, а время заряда значительно больше и, кроме того, выходной сигнал убывает по экспоненте. Поэтому наиболее вероятными 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 блоки нг-генератора б на прямом выходе триггера 7 установился высокий уровень сигнала (U, 1) , на инверсном низкий (() , тогда во время следующего импульса блокинг-генератора 6 на выходе первого элемента И 8 по-, явится сигнал , 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: и 71 0, и72 1. Теперь при очередном импульсе блокинг-генератора 6 срабатывает второй элемент И 9 (Ug 0, ) 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 существенным расширением функциональных возможностей генератора случайной последов|1-, тельнос-ти за счет формирования сигналов с нормальным распределением амплитуд, что позволяет использовать его в различного рода аналоговых вычислительных устройствах без дополнительных блоков, нормализующих равномерно распределенный сигнал, создаваемый, генератором - прототипом. Таким образом он позволяет более эффективно решать задачи аналогового и физического моделирования.

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ, содержащий генератор прямоугольного напряжения, интегратор, аналоговый блок памяти, выход которого является выходом генератора, а . также генератор импульсов, отличающийс 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, первьй 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 подключешл к входу интегра«б 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. 00 СП vj Oi