Устройство для моделирования стохастических объектов Советский патент 1986 года по МПК G06N7/08 

« 1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано, как моделирующее з стройство при организации систем управления.

Цель изобретения - расширение класса моделируемых объектов и fios- можностй оценки поведения моделируемого устройства за время функционирования.

На фиг. 1 приведена блок-схеМа устройства; на фиг, 2 - фзпчкдио- нальная схема блока формирования переходных вероятностей; на фиг, 3 - функциональная схема первого коммутатора; . 4 - функциональная схема второго коммутатора; на фиг. 5- функциональная схема блока задания законов распределений; на фиг. 6 - функциональная схема блока вычисления функционала стратегий; на фиг.7 - функциональная схема узла формирования оценок блока вычисления функционала стратегий;, на фиг, 8 - функциональная схема узла умножения блока вычисления функционала стратегий (поведения); на фиг. 9 - функциональная схема узла суммирования блока вычисления функционала стратегий.

Устройство для моделирования стохастических объектов (фиг. ) содержит группу входов задания управляющих воздействий, блок 2 формирования переходньгх вероятностей, первый 3 коммутатор, второй коммутатор 4, группу 5„ -5, установочных входов устройства,, блок 6 задания законов распределений, блок 7 генерации случайного кода, генератор 8 тактовых импульсов, блок 9 Вычисления функционала стратегий, группу iOi-lOfY, блоков памя- ти, группу Ij,-1 Imri установочных входов, группу 12|-I2j,| установочных входов устройства, rpjmny 13,-13р выходов устройства.

Блок 2 формирования переходных вероятностей (фиг, 2) содержит группу Ij входов задания управляющих воздействий, группу 5,, 5 установочных входов, коммутатор 14, узлы 15i-1 З памяти, выходы 16, -16.

Первый коммутатор 3 (фиг. 3) содержит группу 1(-1т управляющих входов, злементы И 17„ , тактовый вход 18, злементы ИЛИ 19(-19f,, выоды 20,,-20„„,группу 21„-21„ информа- ционных входов.

510962

Второй коммутатор 4 (фиг. 4) со- группу 1( - in управляющих f входов, тактовый вход 18, элементы И

22,-22 группы 23„ -23„„информационных 5 входов, группу элементов ИЛИ 24,- 24| (Триггеры 25,-25„ , группу элементов ИЛИ 26, -26 , выходы 27 27 ,

Блок 6 задания законов распределений (фиг. 5) содержит группу 16„- 0 16„ установочных входов, выходы 21„- , информационные входы ,, сумматоры 28„-28.,, группы элементов И 29„ -29 , .информационные входы , узлы 31,,) сравне- 15 ния, группы элементов И 32„-32., ,

Блок 9 вычисления функционала стратегий (фиг. 6) содержит группу 11(-11п,п установочных входов, группу 12,-12т установочных входов, вы- 20 ходы , информационные входы 23„-23„1, узлы умножения, узлы формирования оценок, узел 35 суммирования, формирователи 36,-36 п У Льсов.

25

Узел формирования оценок (, т) блока 9 вычисления функционала стратегий (фиг. 7) содержит группу ll,-11;„ установочных входов, регистры 37,, -37, „, m групп элементов И 38,., -38Г„ , группу 39;, -39, „ информационных входов, элемент ИЛИ 40;, выход 41; , группу элементов ИЛИ 42;,-42, р, выходы 43j,-43jp.

Узел 33; умножения (, т) бло35 ка 9 вычисления функционала стратегий (фиг. 8) содержит группу 12|- 12 установочных входов, первый управляющий вход 18, второй управляющий вход 41j , информационные входы

О 43-j-43, p, первый регистр 44, , умно- житель 45; 5 второй регистр 46,, элемент 47, задержки, сумматор 48/, выходы , .

Узел 35 cy миpoвaния блока 9 числения функционала стратегий (фиг. 9) содержит выходы , группу 41, управляющих входов, информационные входы 49,-49™, группы элементов И группу эле50 ментов ИЛИ 51,, сумматор 32.

Элементы устройства оценки стратегий взаимосвязаны следующим ое- разом.

Группа 1 ( -1 управляющих входов

55 задания воздействий соединена с nef выми входами блока 2 формирования переходньгх вероятностей и первыми управляюа ими входами первого 3 и

3

второго 4 коммутаторов, первая группа установочных входов 5,, -5„„ устройства соединена с вторыми входами блока 2 формирования переходных вероятностей, выходы которого соединен с установочными входами блока 6 задания законов распределений, первые информационные входы которого соединены с выходами второго коммутатор 4, выходы соединены с информацион- ными входами первого коммутатора 3, а вторые информационные входы соединены с вьгходами блока 7 генерации случайного кода, вход которого соединен с выходом генератора 8 тактовы импульсов, вторыми управляющими входами первого 3 и второго 4 коммутаторов и управляющим входом блока 9 вьтчисления функционала стратегий, группы выходов первого коммутатора 3 соединены с входами блоков памяти, выходы которых соединены соответственно с группами информаци- онньк входов второго коммутатора 4 к с группами информационных входов блока 9 вычисления функционала стратегий, первые и вторые группы установочных входов которого соединены .соответственно с вторыми ij,I m) ;третьими 12,-12 установочными вхо- дами устройства, а выходы соединены с выходными шинами устройства.

В блоке 2 формирования переходных вероятностей первые входы li-l,,, сое- динены с первыми входами коммутатора 14, вторые группы входов которого соединены с соответствующими выходами узлов 15,-15(,.| памяти, а выходы 16, являются выходами блока 2 формирования матриц переходньк вероятностей, группы вторых входов ког с

iToporo 5,-Эпп соединены с входами

узлов 15.(-15,т1 памяти соответственно.

В первом коммутаторе 3 управляющие входы 1 (, т) соединены с первыми входами групп элементов И 17;i,-17i n (i-1 го), вторые входы которых соединены с тактовым входом 18 первого коммутатора 3, третьи входы элементов И 17,-17п,; ( ) соединены соответственно с вьгходами элементов ИЛИ 19; (, п), а вы- ходы групп элементов И 17, (i 1, m) соединены с группами выходов 20;,-20, (, т) первого коммутатора 3, информационные входы

0964

21,;-21п, (, п) которого соединен соответственно с входами элементов ИЛИ 19; (, п).

Во втором коймутат-оре 4 управляющие входы 1; (, т) соединены соответственно с первыми входами групп элементов И (, т) вторые входы которых объединены с тактовым входом 18 коммутатора 4, третьи входы соединены с группами информационных входов ( , т) соответственно, выходы элементов И 22,,-22 ff,f, соединены соответственно с входами первых элементов ИЛИ 24,-24„, выходы которых соединены с единичными входами триггеров 25,-25п, нулевые входы которых соединены с выходами соответствующих вторых элементов ИЛИ 26,-26,, а единичные вьтходы соединены с выходами 27, -27 второго коммутатора 4 и с соответствующими входами соот- ветстБующих элементов ИЛИ 264-26,,.

В блоке 6 задания законов распреде-

f V

лений установочные входы , (, п) соединены соответственно с первыми входами сумматоров 28,- (, п) и первыми входа ш первых элементов И 29;,-29;, (, п) , а управляющие входы 16; -16;; (, п) , , п) соединены с вторыми входами соответствующих д:умматоров 28, ;, (, п, , п), первые входы сумматоров 28 ;j (, п, , п-1) соединены с вьгходами сумматоров 28, и первыми входами первых элементов И 29/J -29fj (, ,n-), вторые информационные входы 30,-30 блока 6 соединены с первыми входами узлов 31,-31 п.) сравнения, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих первых элементов И 29,, - 29, вторые входы которых соединены с соответствующими первыми информационными входами 27,-27 блока 6, вьжоды 21;, ( J п) которого соединены с выходами соответствующих узлов

31;| сравнения (, п) и первыми

входами вторых элементов И 32,-32,. (, п). Выходы 21; блока 6 соединены с входами вторых элементов

И 32 j., (. п, , п) , выходы

узлов 31, j сравнения(1 1 , п, , п) соединены с соответствутощими j-ми входами соответств тощих вторых элементов И 32, j, (, , п).

В блоке 9 вычисления функционала стратегий вход 18 соединен с первыми

управляющими входами узлов 33,-33 умножения, вторые управляющие входы которых соединены соответственно с первыми выходами соответствующих узлов 34,-34 формирования оценок и управляющими входами узла 35 суммирования, выходы которого соединены выxoдa m 13,-13р блока 9, группы первых 11, и вторых 12,12 установочных входов которого ны соответственно с установочными входами узлов 34j-34n, формирования оценок и узлов 33,-33 з ножения, а группы информационньпс входов 23,-,,- 2.3, „ ( п) соединены соответственно с входами формирователей 36j,,-36m импульсов (, т), выходы которых соединены с информационными входами узлов 34, формирования оценок (, т), вторые выходы которых соединены соответственно с информационными входами узлов 33 умножения (, т), выходы которых соедине.ны с группами информационных входов узла 35 суммирования.

В узле 34 формирования оценок () блока 9 вычисления функционала стратегий группа установочных входов 11.J in соединена с пер- выми входами регистров 37, f -37j (, n) соответственно, выходы которых соединены с первыми входами групп элементов И (, п соответственно, вторые входы .которых соединены с соответствующими. информационными входами 39;, , л с входами элемента ИЛИ 40,, выход которого соединен с первым выходом 41; узла 34; формирования оценок, а выходы групп элементов И 38- - 38;„ соединены соответственно с входами группы элементов ЮШ , выходы которых соединены с вторыми выходами 43j,-43, p () узла 3. j формирования оценок.

В узле 331 умножения (, т) блока 9 вычисления функционала стратегий первая группа установочных входов 2,-12j . соединены с входами первого регистра 44; , ВЬЕХОДЫ ко- торого соединены с первыми входами умножителя 45;,,вторые входы которого соединены с выходами второго регистра 46; , входы к оторого сое- динены с информационными входами 43, I -43| р , третий вход умножителя соединен с выходом элемента 47;

задержки, вход которого соединен с управляющим входом 41; узла 33; умножения, а выходы умножителя 45- соединены с первыми входами сумматора 48, второй вход которого соединен с первым управляющим входом 18 узла 33; умножения, а третий вход соединен с выходом элемента 47,

задержки и с третьим входом умножителя 45; , вьтходы 49,-,-49,-р сумматора 48 соединены с выходами узла умножения.

В узле 35 суммирования блока 9

вьршсления функционала стратегий информационные входы 49,;-49, (1 1, р) соединены соответственно с первыми входами групп элементов И , вторые входы которых соединены с управляющими входами 41; соответственно, а выходы элементов И соединены с соответствующими входами группы элементов ИЛИ 51,-51р, выходы которых соединены с входами

сумматора 52, выходы 13(-13р которого соединены с выходами узла 35 суммирования блока 9 вычисления функционала стратегий.

Устройство для моделирования стохастических объектов работает Следующим образом.

На группу задания управляющих воздействий (управляющие входы) (фиг. 1) блока 2 формирования переходных вероятностей подаются входные сигналы, причем на .вправляющий вход } подается входной управляющий сигнал 6 X (, ш) . Но группе установочных входов 5, блока 2 вводятся коды матрицы переходных вероятностей, которая имеет

где Р;; - вероятность перехода устройства, оценивающего стратегию положения из 1-го состояния в j-oe при подаче на вход 1 управляющего сигнала х.

Заправляющие сигналы подаются в : блоке 2 .,на первые входы коммутатора 14 (фиг, 2). По приходу входного сигнала х; на первый вход jj коммутатора 14 коды подаются с выходов nn блока 2 на установочные входы 16, -16„„ блока 6 задания законов распределений;

7i

При подаче управляющего сигнала X на вход 1, открьгоаются также элементы И ,17|п первого коммутатора 3 (фиг. 3) и тем самым коммутируются выходы 21 блока 6 задания законов распределений на входы 20,, -20ц i-ro блока 10; памяти . Кроме того, во втором коммутаторе -4 (фиг. А-) открываются элементы И 22 -22;„ и. тем самым осуществляется коммутация выходов 23,, 23; блока 10; памяти на первые информационные входы 27. блока 6 задания законов распределений. Таким образом, ,из памяти выбирается то состояние Z | (k l , п) , в ко- тором пребывало устройство при подаче предшествующего сигнала в процессе предыстории функционирования устройства. Причем при выборе нового состояния Z (, п) в блоке задания законов распределений будет анализироваться k-я строка матрицы PJ . Матрица Pj будет сформирована из матрицы Р; по следующему правилу j

Непосредственно коды вероятностей матрицы Р, будут поданы на установочные входы 16 блока 6 с выходов 16 блока 2.

Смена состояний устройства происходит в дискретные моменты времени, задаваемые последовательностью импульсов, подаваемых через промежутки времени it генератором 8 тактовых импульсов на вход блока 7 генерации случайного кода и вторые уп равляющие входы первого 3 и второго коммутаторов. В соответствии с кодом случайного числа, равномерно распределенного в интервале от нуля до единицы, который генерируется блоком 7, происходит выбор очередного

:состояния ZJ на основе анализа k-й строки матрицы Р,- . Сигнал выбора состояния Z - через первый коммутатор 3 поступает в блок 10- памяти, где фиксируется новое состояние.

На вторые у станоночные входы 11 подаются коды чисел С| - стоимостей пребывания устройства в состояниях Zj , причем код числа С пода- ется на группу входов lljj -1Ц} блока 9 вычисления функционала стратегий, на вторые установочные входы

96о

2 которого от третьих установочных входов 12 -12 -устройства оценки стратегий подаются коды rt; (, n) коэффициентов нормирования, причем код подается на входы 12 -125 блока 9.

В процессе функционирования устройства с выходов 13 снимается код величины критерия V, который оценивает численно стратегию поведения моделируемого объекта, в соответствии с последовательностями подаваемых сигналов управления по входам 1 по формуле

F ZlCrilc OkAt,

5 0

5

0

о

в соответствии с изложенным алгоритмом работы устройства рассмотрим более подробно работу устройства по блокам.

Пусть до подачи сигнала х, в устройстве был зафиксирован кортеж (Z., 7 уЗ „i m, г - m n к выходах 13 устройства имеется код оценки.F функционирования устройст- ва до момента подачи сигнала х .

При подаче сигнала х; в виде потенциала на управляющий вход 1- устройства потенциал подается на первые управляющие входы Ij первого 3 и второго 4 коммутаторов.

В первом коммутаторе 3 (фиг. 3) потенциал подается на первые входы элементов И 17,-,, „. Во втором коммутаторе 4 (фиг. 4) потенциал подается на первые входы элементов И 22j,-22;, на вторые входы которых подается код состояния Z , хранящийся в блоке lOj памяти, а именно потенциал подается на информационный вход 23-. С приходом импульса от генератора 8 тактовых импульсов на второй управляющий вход 18 второго коммутатора 4 открыт элемент И 22; и потенциал с его выхода через элемент ИЛИ 24.поступает на единичный вход триггера 25. Последний перебрасывается в единичное состояние и устанавливает на выходе 27ц коммутатора 4 потенциал, а через элементы ИЛИ 26(-26х- , 2()- 26rt подает потенциал на нулевые входы остальных триггеров 25,-25,., 25„ ,л г 1 К+1

- п .,.

с появлением импульса генератора 8 тактовых импульсов на вход блока 7 генерации случайного кода подается потенциал и на его выходах формируется код числа, равномерно распределенного в интервале от нуля до

единицы.

Код равномерно распределенного числа Б с выходов блока 7 подается на вторые информационные входы 30|- 30у блока 6 задания распределений. В блоке 6 осуществляется выбор последующего состояния в соответствии с распределением вероятностей перехода в 1 -и строке матрицы следующим образом.

На первом информационном входе 27 блока 6 имеется потенциал с выхода 21 второго коммутатора 4. Следовательно, открыты элементы И 29к, -2Э На установочных входах 16,-16, и на выходах сумматоров 28,28«„, формируется следующий, ряд, . РМ , РК, +1 , Р . +С+Р

Р + кг

ЛК1

+ Р;.kz к-З

+ Р

Данный ряд кодов подается через элементы И 29, на вторые входы узлов 31,,-ЗЦ„ сравнения, на вторые входы которых от вторых информационных входов ; блока 6 подан код В . Узел 31к; сравнения срабатывает, если код числа Б меньше либо равен Ko;:i;y

Р +Р -f

К1

Считается, что следующее состояни устройства Zj .

Так как на выходах узлов 31(;,-3lKj.j сравнения-- нулевой потенциал, ана выходах узлов 31 .j -31 сравнения - единичный потенциал, то соответствен но элементы И 32|,,-32у j. 32y заперты, а открыт только элемент И 32 j , .

Таким образом, потенциал есть на выходе 21|fj блока 6 задания законов распределений.

Данный потенциал поступает на информационный вход 21, первого коммутатора 3, затем через элемент ИЛИ 1 9j и открытый элемент ИЛИ 1 7, J на выход 20, первого коммутатора 3 С выхода 20j: коммутатора 3 потенциал поступает на вход 20 блока 10 .памяти. ..

Потенциалы с выходов блоков 10,- 10 п, памяти подаются на соответствующие группы информационных входов 23 (см. фиг. 6) блока 9 вычисления функционала стратегий, который работает следующим образом.

При изменении состояний выходов блоков 10 памяти срабатывают соот

ветствующие формирователи сигналов, которые выделяют передний фронт импульса.

Для рассматриваемого случая потенциал изменения состояния с выхода 23,;; блока 10; памяти поступает на вход 23;j; блока 9. Формирователь 36 сигнала 43, j вьщеляет передний фронт потенциала и подает импульс на информационный вход 39,j узла 34 формирования оценок (см. фиг. 7). Данный потенциал через элемент ИЛИ 40 поступает на первый выход 4 узла 34 . Открыты элементы И 38 -38 ,и код числа с из регистра 37jj подается через элементы ИЛИ 42,,-42{рНа выходы 43-, -43, р узла 34, формирования-оценок. ,

Данный код числа Cj подается с выходов 43 узла 34, на информационные входы 43,,-43,- узла 33 умноже ния (см. фиг. 8), который работает следующим образом. При появлении сигнала на входе 41; через элемент 47 задержки времени сбрасываются умножитель 45j и сумматор 48, в нулевое состояние. Код .числа Cj с информационных входов 43,, -43,-р подается в регистр 46; и на вторые входы умножителя 45, , на первые входы которого подается из регистра 44; код числа ci; , который был записан с третьих установочных входов t2J -12j устройства. В умножителе формируется произведение двух кодов Cj м; , которое подается в сумматор.

Если в следующем такте вновь подается сигнал XJ и устройство вновь остается в состоянии Z; , то С импульсов по входу 18 содержимое сумматора 48j удваивается, т.е. на выходах сумматора сформируется величина CJ «; 2 u-t ,

Величины произведений с1 ч( (i 1, m, , n) с выходов узлов 33; (, m) умножения подаются на группы информационных входов 49,,- 49 р узла 35 суммирования. В узле 35 суммирования код произведения Cj-ri; подается на входы 49,-f - 49,-р , При переходе блока 10; памяти в очередное состояние появляется потенциал на входе 41;. Открываются элементы И 50,, -50,-р , и код числа С j ос; подается через элементы- ИЛИ- 51|-51р в сумматор 52, в котором формируется в процессе функционирования устройства сумма

11

с:

j oi ,) k ut.

Формула изобретения

Устройство для моделирования стохастических объектов, содержащее блок формирования переходных вероятностей, группа входов задания управляющих воздействий и группа устано- вочнь1х входов которого являются соответственно первыми группами одноименных входов устройства, первый коммутатор, первый блок памяти, генератор тактовых импульсов 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 информ ационных 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, отличающееся тем, что, с целью расширения класса моделируемых объектов, в него введены т-1 блоков памяти, второй коммутатор и блок вычисления функционала стратегий, содержащий m групп формирователей импульсов, m узлов формирования оценок, m узлов умножения и узел суммирования, груп- па выходов которого является группой выходов устройства, группа входов задания управляющих воздействий кото рого 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, т-1 дополнительных групп выходов nepBorq коммутатора соединены с соответствующими

л

10

15

20

25

30

35

40

45

50

группами входов т-1 блоков.памяти,

группы выходов которых соединены с соответствующими группами информационных входов второго коммутатора и формирователей импульсов, m групп блока вычисления функционала стра- . тегий, выходы формирователей импульсов каждой группы соединены с группой информационных входов соответствующего, узла формирования оценок, группа информационных выходов которого соединена с первой группой, информационных входов соответствзто щего узла зтмножения, группа выходов каждого из которых соединена с соответствующей группой информационных 1 . .

входов узла суммирования, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом второго коммутатора и первым тактовым входом узлов умножения блоков вычисления функционала стратегий, вторые тактовые входы которых и тактовый вход узла суммирования объединены и подключены к тактовым выходам узла формирования оценрк, группы установочных входов узлов формирования оценок и узлов умножения являются соответственно второй и третьей группами установочных входов устройства, при этом узел формирования оценок блока ,вычисления функционала стратегий содержит группу регистров, и групп элементов И, элемент ИЛИ и группу элементов ИЛИ, выходы которых являются группой информационных выходов узла, первые входы элементов И каждой группы объединены с соответствующим входом элемента ИЛИ и являются соответствующим информационньм входом группы информационных входов узла, вторые входы элементов И каждой группы соединены с соответствующими выходами соответствующего регистра, выход элемента ИЛИ является тактовым выходом узла, выходы элементов И каждой группы соединены с соответствующими входами соответствующего элемента ИЛИ группы, а входы регистров образуют группу установочных входов узла.

фиг. 5 3„ 3,f 3,„

1

ж« jli .

13,

гЗтг гЗт Z3fffn

УЗг

(рае.д

f3ft

«3// bZiz «/t

Ф , . У 1- JLУ «5i

.;2J-$

44t

«-f

г 13-

;5)

Г Т i i js

«Sit Ert/eiiP

A3if 3i2

I

ik

4.Jip Atp

l«7t|

45

4гГ

9п f2 fp

9тг lt.9ir,p

Изобретение относится к области вычислительной техники и систем управления, может быть использовано как модулирующее устройство, оценивающее совокупность з равляющих воздействий, поступающих во времени на вход объекта управления, либо на элемент управляющей системы, оценивающий совокупность действий управления по заданному критерию оценки. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Указанная цель достигнута за счет того, что дополнительно введены блок вычис- ления функционала стратегий и т-1 блоков памяти. Изобретение позволяет моделировать стохастические системы, множество внутренних состояний, которое состоит из непересекающихся подмножеств, каждое из которых определяется собственным вх-м сигналом управления, а также позволяет оценивать последовательности подаваемьпс на вход у-ва сигналов управления с целью выбора наиболее оптимальных последовательностей. 9 ил. с Ф ЮаяА ю О1 КА

Редактор И, Рыбченко

Заказ 4413/47Тираж 671Подписное

ВНИИТТИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Л(-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Э. Сечина

Техред М.Ходанич- Корректор М. Самборская