Устройство для моделирования стохастических объектов Советский патент 1990 года по МПК G06N7/08 

1

(21)4603964/24-24

(22)09.11.88

(46) 15.08.90. Бгол. № 30

(71)Таганрогский радиотехнический .институт им. В.Д. Калмыкова

(72)В.И. Финаев

(53)681.3(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1200.297, кл. ,G 06 F 15/20, 1984.

Авторское-свидетельство СССР №1251096, кл. G 06 F 15/20, 1984.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТОХАСТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

(57)Изобретение относится к вычислительной технике и системам управления

,J п im/ tm ,r,f /ПЛ:Г(7

J JOhl

и может быть использовано как моделирующее устройство, выбирающее и оценивающее стратегии управления стохастическими объектами. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет моделирования выбора стратегий управления при различных стратегиях поведения объекта управле- ния. Устройство содержит блок задания переходных вероятностей, блок задания законов распределений, генератор 4 случайного кода, коммутатор, - блок памяти, блок вычисления функционала, блок синхронизации, блок 14 выбора сигналов управления, блок 16 задания стратегий управления. 10 ил.

;

mm mm

(Л

Изобретение относится к вычислительной технике и системам управления и может быть использовано как моделирующее устройство, выбирающее и оценивающее стратегии управления стохастическими объектами. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет моделирования выбора стратегий управления при различных стратегиях поведения объекта управления. Устройство содержит блок задания переходных вероятностей, блок задания законов распределений, генератор 4 случайного кода, коммутатор, блок памяти, блок вычисления функционала, блок синхронизации, блок 14 выбора сигналов управления, блок 16 задания стратегий управления. 10 ил.

4;-Ш-иФШ

1 - f « V/.

w V/r

t rt jtm

/r ff

/w .nm

T|-|tH-ttt,,;

It, iiiitjii iilnlfi, ti

СЛ 00

СП

00

о

O5

.7,

7/

7,

Фиг. 1

Изобретение относится к вычисли- те|льной технике и может быть использо ва|но как моделирующее устройство, выбирающее и оценивающее стратегии управления стохастическим объектом.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет моделирования выбора стратегии управления при различных страте- ги(ях поведения объекта управления. ; На фиг. 1 приведена структурная сз|ема устройства; на фиг. 2 - струк- схема блока задания переходных вероятностей; на фиг. 3 - функциональ н4я схема блока задания законов расп- ре|делений. на фиг. 4 - функциональная сНема генератора случайного кода; на фиг. 3 - функциональная схема комму- т4тора; на фиг. 6.- функциональная блока памяти; на фиг, 7 - структурная схема блока вычисления функционала; на Фиг. 8 - функциональная схема блока синхронизации; на фиг.9 - структурная схема блока выбора сигна- лов управления; на фиг, 10 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит первую группу установочных входов 1, блок 2 задания переходных вероятностей, блок 3 зада- щя законов распределения,, генератор 4 случайного кода, коммутатор 5, блок 6 памяти, группу входов 7 запуска, блок 8 выбора функционала с выходами 9, второй 10 и третьей 11 группами установочных входов, вход 12 запуска уЬтройства, блок 13 синхронизации, блок 14 выбора сигналов управления с пятой группой установочных входов 15 и блок 16 задания стратегий управлени с четвертой группой установочных входов 17.

Блок 2 задания переходных вероятностей содержит узлы 18 памяти, коммутатор 19 J входы 20 и выходы 21.

Блок 3 задания законов распределения содержит группы элементов И 22, вход 23, группу узлов 24 сравнения, входы 25, выходы 26, группу элементов И 27.

Генератор 4 случайного кода содержит элемент И 28, группу элементов И 29, генератор 30 пуассоновской последовательности импульсов, кольцевой регистр 31 сдвига, шифратор 32. .

Коммутатор 5 содержит группу элементов ИЛИ 30, элементы И 34 и выхо™ ды 35.

0

j 5

0

5

Блок 6 памяти содержит элементы ИЛИ 36, триггеры 37, элементы ИЛИ 38.

Блок 8 вычисления функционала содержит первый 39 и второй 40 узлы памяти, узел 41 умножения, вход 42 разрешения умножения, элемент 43 задержки, установочный вход 44, сумматор 45, вход 46.

Блок 13 синхронизации содержит триггер 47, счетчик 48 импульсов, элемент И 49, генератор 50 тактовых импульсов, формирователь 51 импульсов, выход 52, дешифратор 53.

Блок 14 выбора сигналов управления содержит генератор 54 случайного кода, коммутатор 55, входы 56, узел 57 задания законов распределения,конструкция которого идентична конструкции блока 3, узел 58 памяти, конструкция которого идентична конструкции блока 6 памяти, вход 59.

Блок 16 задания стратегий управления выполнен в виде регистров памяти, в которые по соответствующим входам 17 перед началом работы устройства производится запись чисел.

Устройство работает следующим образом.

По группам входов 1 ;j - 1 I (р

°1 i J-1 К) заносятся коды преобразованных матриц переходных вероятностей. Матрица переходных вероятностей имеет вид

r,j .

РМ.

г,Р

Р

Pf, Р,

1К рР

Pjk

Ki

К7

которая является формальной моделью моделируемого объекта при Y- управляющем сигнале на входе. Преобразованная матрица имеет вид

Код суммы вероятностей заносится по (P,j)-й группе входов 1 ;| - и поступает в узел 18 р памяти бло ка 2 задания переходных вероятностей.

По (КхК) группам входов 17 заносятся коды преобразованной матрицы переходных вероятностей, определяющие появление управляющих сигналов. Матрица , которая является моделью стратегий управления и определяет управляющие сигналы, имеет вид

п

причем i-я строка матрицы || j.. |( соответствует i-й стратегии управления. Преобразованная матрица II (Г-- (|

имеет

вид

причем сумма вероятностей заносится по (ij)-A группе входов 17 в регистры с индексом из блока 16 задания стратегий управлени;я.

По одному из входов 7 подается кратковременньш импульс, устанавлива юпщй моделируемьй объект в j-e сос- .тояние. На фиг. 10 показано, что по установочному входу 7 подан сигнал

на установочный вход 7 блока 6 памяти, в котором (фиг. 6) триггер 37 будет переведен в единичное состояние по фронту, импульса. На выходе 23 будет потенциал, который будет подан на управляюищй вход 237 блока 3 задания законов распределений.

По одному из входов 15 подается кратковременный импульс, выбирающий i-ю стратегию выбора управляющего сигнала.

На временных диаграммах (фиг. 10) показан пример подачи сигнала на вход 15, в результате чего на выходе 20i блока 14 выбора стратегий управления будет установлен сигнал.

По К группам входов 10 в регистры узла 39 памяти блока 8 вычисления функционала .заносятся двоичные коды величин С ,, С 2,. . . ,С 1 - стоимостей пребывания моделируемого объекта в соответствующих состояниях.

По К группам входов 11 в регистры узла 40 памяти блока 8 вычисления функционала заносятся двоичные коды коэффициентов нормирования о( , оС,,... о(„.

После занесения информации о модели объекта и модели стратегий управления, начальных значений состояний и стратегий выбора на вход 12 запуска устройства подается потенциал на время работы устройства.

15

-

1585803 6

Потенциал по входу 12 запуска устройства в блоке 13 управления устанавливает в единичное состояние триггер 47. На его выходе появляется потенци- . ал, фронт которого выделяемся формирователем 51 сигнала и с выхода 46 блока 13 снимается имЛульс, которьй подается на вход 46 сброса блока 8 вы- JQ числения функционала и устанавливает накапливающий сумматор 45 в нулевое состояние (фиг. 7). Также потенциал с выхода триггера 47 открывает элемент И 49 и импульсы генератора 50 такто - вых импульсов поступают на тактовый

25

вход счетчика 48, котЪрый перед этим был сброшен в нуль по фронту сигнала . с входа 12.. На выходах дешифратора 53 будут последовательно по времени появ- 20 ляться сигналы, которые синхронизируют работу всего устройства.

При появлении сигнала на выходе 52 блока 13 синхронизации данный сигнал подается на вход 59 блока 14 выбора сигналов управления. В блоке 14 при появлении сигнала на входе 59 срабатывает генератор 54 случайного кода и коммутатор- 55.

На выходе генератора 54 случайного кода формируется код числа равномерно распределенного ряда А, который подается на вторые информационне входы узла 57 задания законов распределений .

Схемная реализация узла 57 задания законов распределений полностью идентична реализации блока 3 задания законов распределения, поэтому работу узла 57 рассмотрим на примере работы блока 3.

На выходе 20- узла 58 памяти блока 14 имеется потенциал, следовательно, в узле 57 будут открыты элементы И

30

35

40

45

221, и на входы узлов 24,-24 сравнения будут поданы соответствующие коды tr. , fT.-f im

1(

2г

tr,,,,+ ...-ь

50

.- -ir m.На вторые информационные входы 25 узла 57 был подан код числа Вив узлах 242| сравнения код числа А сравнивается с соответствующими кодами сумм вероятностей. Пусть согласно .фиг. 10 А7 /Г,,+ 1,; А ; ITj, -t- tr, +

+ 1

15

Тогда на выходах узлов

55 гъ 242 сравнения будет потенциал. Так как потенциал с выхода узла 24,5 сравнения закрывает элементы И 27 27i, то сигнал будет на выходе 262,, третьей группы выходов узла 57. Данный

сигнал проходит через элементы ИЛИ н И коммутатора 55 и в узле 58 памяти переводит соответствуюнщй триггер в единичное состояние и на выходе 20, будет установлен единичный потенциал, ч:то соответствует выбору сигналов управления в соответствии со стратегией управления, определяемой третьей стро- матрицы | 1

Сигнал с

1J ч- выхода

20,. подается на

Соответствующий управляюшд-1й вход ком- Цутатора 19 блока 2 задания переход-- Иых вероятностей и коды преобразован- Йой матрицы Р, хранящиеся в узл.е г|амяти 18 2 будут поданы на входы бло- к|а 3 задания законов распределений. : Затем появляется сигнал на втором выходе дешифрлтора 58. Этот сигнал по Дается на управляю1цие входы блока 4 Генерации случайного кода и коммута-- 5.

Генератор 4 случайного кода выра-,. батывает код числа А, равновероятно 25 распределенного в интервале (0,1), который подается на группу входов 25 (5лока 4 задания законов распределений. Так как на входе 23,;,группы управляющих входов блока 4 имеется потенциал, JO будут открыты элементы И 22 1 - 22

и на узлы 24 X,,- 24,, сравнения подают- -.1

7 7 1

р . р -(. р - . г1 It гг

;Pti+Pii4. р .+ I 1.

ВЫПОЛНЯЮТ

р р 4-Р 4-Р

1) -zi га 21

памя

Как показано на фиг. lO, ся условия

,Р,.РД;А

Следовательно, будет сигнал на выходе 26 четвертой группы выходов блока 3 задания законов распределений Зтот сигнал проходит в коммутаторе 5 через элемент ИЛИ 33л и элемент И 344 и поступает на вход 35 блока 6 ти.

в блоке 6 памяти триггер 37. перебрасывается в единичное состояние, через элемент ИЛИ 38 по фронту сбра- сьтается триггер 37j в нулевое состояние, а на выходе 234 блока 6 памяти устанавливается потенциал. Затем появ ляется потенциал на выходе 42 дешифратора S3.

На вход 23. блока 8 вычисления функционала подан от выхода 23 блока 6 потенциап Этот потенциал в узле 39 памяти (стоимостей) считьшает код числа С. Б узле 40 па

0

5

5

0

5

0

5

,мяти (коэффициентов нормирования) код числа поступит на выходы узла 40

По фронту сигнала, поступившего на второй управляющий вход 42 блока 8. с выхода блока 13,, срабатывает умножитель 41 и на его выходах формирует- ся код произведения С Сигнал от входа 42 через элемент 43 задержки времени поступает, на управляюгдий. вход сумматора 45, в котором формируется код сумма О + С й( , Затем появляется потенциал на выходе дешифратора 53, который поступает на вход 44 сброса блока 8. После этого повторяется цикл сигналов на выходах блока 13 управления и, как видно из временных диа- .; грамм (фиг. 10), управляюп 1Й сигнал вь бирается в соответствии с первым правилом выбора (сигнал на выходе 20 блока 14), объект переходит в некоторое S. соч;тояние и в умножителе 41 блока 8 будет сформировано С.., код которого затем поступит в накапливающий сумматор 45 и на его выходе будет

код числа. С4 С .

Таким образом, в процессе работы устройства моделирования стохастического объекта можно произвести исследование влияния правил выбора управляющих воздействий на поведение обекта и произвести количественную оценку зф-. фективности функционирования объекта при различных численных значениях вероятностей выбора правил поведения.

Формула изоб.ретения

Устройство для моделирования стохастических объектов, содержащее блок задания переходных вероятностей,установочные входы которого являются первой группой установочных входов устройства, информационные выходы блока задания переходных вероятностей подключены соответственно к информа- ционньм входам первой группы блока задания законов распределения, инфор- р ационные входы .второй группы которого подключены соответственно к выхог. дам генератора случайного кода, а вы-- ходы блока задания законов распределения подключены соответственно к адресным входам блока памятиj информационные выходы которого соединены соответственно с информационными входами блока выбора..функнлонала5 выходы которого являются йнформационньЕми выходами устройства, а первая и вторая группы установочных входов блока выбора функционала являются соответственно втррой и третьей, группами установочных входов ьдгтройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет моделирования выбора стратегий управления при различных стратегиях поведения объекта управления, оно дополнительно содержит блок синхронизации, блок выбора сигналов управления и блок задания стратегий управления, выполненный в виде группы регистров памяти, информационные входы которых являются ус-. тановочными входами четвертой группы устройства, входом запуска устройства является вход запуска блока, блок выбора сигналов управления содержит последовательно соединенные генератор случайного кода, узел задания законов, распределения, коммутатор и узел памяти, причем управляющий вход коммута- тора и вход запуска генератора случайного кода блока выбора сигналов управ

jH г „, 1, fi -, « ff „, lit hi hi In lit hi IKH IHH IHH

I и I M...11.1

0

5

5

0

ления объединены и подключены к первому выходу блока синхронизации, второй выход которого соединен с управляющим входом коммутатора устройства и входом запуска генератора случайного кода устройства, а третий и четвертый выходы блока синхронизации подключены соответственно к входу разрешения работы и первому входу сброса блока выбора функционала, второй вход сброса которого соединен с пятым выходом блока синхронизации, информационные выходы регистров памяти блока задания стратегий управлений подключены соответственно к установочным входам узла задания законов pacпpeдeлe шя блока выбора сигналов управления, группа адресных входов блока памяти которого является установочными входами пятой группы устройства, входы опроса блока памяти устройства являются группой входов запуска устройства, а выходы блока памяти устройства соединены соответственно с входами опроса блока задания законов распределения.

if/ fttrifffm fm irrttftm im zm ii 111 11 111 lit iiz IKK IHH IKH

am

fPuz.Z

HH - KH -lffM

flf 2lli

2fii 21i2 21 ft

30

26ii 26к1 26ni

25f2 26sz 2SHZ 26iH 2б2н 26хи

ф i X

лЯ

гш 2fL

i

IS

M

J/

F Т Т

Фа$.Ч

25, 252

г5п

li J5t

I

7г 35z

I

9иг.6

Tj 35, II

7/r J5j

1

Фиг. 8

1585803 , 55/f - S6n 56im S m nii56mi 56mnt - 55.

99 999 9 9 99999

I I I I I I

V V W Af Jb « JL

16 /52 15m

ll-l