Генератор случайных сигналов, связанных цепью Маркова Советский патент 1991 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в качестве задатчика случайных воздействий различной физической природы с управляемыми статистическими характеристиками в автоматизированных стендах испытаний технических систем с целью оценки их надежности и эффективности функционирования.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг.1 показана схема генератора; на фиг.2 - временная диаграмма его работы.

Генератор случайных сигналов содержит генератор 1 периодических импульсов, элемент И-ИЛИ 2, блок 3 формирования матрицы переходов, блок 4 фиксации текущего состояния цепи, блок 5 задания вектора вероятностей начальных состояний, блок 6 формирования вектора вероятности состояний элементов стохастических матриц, выполненный в виде блока постоянной памяти, счетчик 7 и блок 8 формирования амплитуд.

Блок 3 формирования матрицы содержит вероятностный 1,N -полюсник 9 и группу элементов И-ИЛИ .10.

Блок 4 фиксации текущего состояния цепи содержит группу триггеров 11, группу элементов ИЛИ 12 и группу ждущих мультивибраторов 13. Блок содержит элемент ИЛ И 14, триггер 15, вход запуска 16.

Генератор 1 с регулируемой частотой импульсов служит для возбуждения равновероятностного {1,М}-полюсникз 9. Двух- входовые элементы И-ИЛИ 2 служат ключами, через один из которых в текущий такт времени ti проходит регулярный импульс генератора 1 на вход {1 ,М}-полюсника для его возбуждения. Блок 3 позволяет формировать строки стохастической матрицы размерностью КхК, где К N .

Для формирования значений вероятностей строки матрицы размерностью КхК используют вероятностный {1,К}-полюсник

О

ю ю

имеющий один вход и К выходов, каждый из которых возбуждается с заданной вероятностью, Для построения {1,К}-полюсника используется известное свойство равномерного распределения, являющегося основой для получения любого другого.

{1,М}-полюсник построен из однородных ячеек, каждая из которых имеет один вход и два выхода. При подаче на вход такой ячейки регулярных импульсов каждый из ее двух выходов возбуждается с одинаковой вероятностью, равной 0,5, причем процесс возбуждения формирует полную группу несовместных событий. Тогда {1,М}-полюсник реализует равномерное распределение с вероятностью возбуждения каждого выхода

PI -гг . При больших N значение Pi становится малым и служит элементарным слагаемым, из которых можно получить любое значение элемента строки матрицы. В этом случае для элементов L-й строки матрицы размерностью КхК можно записать:

PiJ

2

PI

Таким образом, число равномерно возбуждаемых N выходов заменяется числом Р выходов, где Р является заданным числом столбцов матрицы

Pl + +Pmll РН Pm2l Pmk I Р|Ь Pmk

PitPl2Plk

Блок 4 служит для фиксации состояния цепи на один такт, равный периоду следования импульсов с генератора 1.

Этот блок содержит k RS-триггеров 11 (по числу столбцов матрицы), S-входы которых соединены с соответствующими выходами блока 3. Входы R триггеров 11 связаны с выходами элементов ИЛИ 12, каждый из которых имеет k-1 входов и служит для сброса в нулевое состояние соответствующего триггера.

Ждущие мультивибраторы 13 в цепях инверсных выходов триггеров 11 служат для формирования импульса сброса, необходимого при смене состояний цепи.

Блок 5 служит для задания начального вектора вероятности состояний моделируемой марковской цепи. Блок содержит RS- триггер 15 выбора вектора вероятности начальных состояний. Выход триггера 15со- единен с первым входом элемента И-ИЛИ 2 и с нулевым входом блока 6 памяти. По адресу этого входа в блоке 6 памяти записан двоичный код вектора-строки вероятности

начальных состояний. S-вход триггера 15 соединен с кнопкой пуска 16, при нажатии которой триггер 15 срабатывает. R-вход триггера 15 соединен с выходом k-кодового

элемента ИЛИ 14, который служит для сброса триггера 15 в нулевое состояние после выбора начального состояния цепи.

Блок 6 представляет собой программируемое постоянное запоминающее устрой0 ство, предназначенное для записи и хранения в двоичном коде значений элементов моделируемых стохастических матриц. Рассмотрим работу устройства генератора.

5 В исходном состоянии триггеры 11 и триггер 15 начального состояния сброшены в О. На входах блока 6 памяти, вторых входах элементов И-ИЛИ 2, входах блока 8, выходах блока 6 памяти, выходах блока 3

0 присутствуют логические О. При нажатии кнопки 16 Пуск (см.фиг.2) триггер 15 выбора начального состояния цепи переходит в состояние 1. Логическая 1 на его выходе поступает на первый вход элемента И-ИЛИ

5 2 и на нулевой вход блока 6 памяти. При этом на выходе блока 6 появляются данные, представляющие собой строку вероятности начальных состояний цепи, записанную в двоичном коде. Эти данные поступают на

0 вторые входы элементов И-ИЛИ 10 и преобразуют равновероятностный {1,Ы}-полюс- ник в {1,К}-полюсник, который готов для реализации вектора-строки вероятности начальных состояний. Включается генератор

5 импульсов 1, первый импульс которого, проходя через элемент И-ИЛИ 2, попадает на вход {1,К}-полюсника, возбуждая один из его выходов.

На фиг.2 показан случай возбуждения

0 левого крайнего элемента И-ИЛИ 10. Фронт импульса на выходе первого элемента И-ИЛИ 10 переводит в состояние 1 первый триггер 11. Срез этого же импульса через элемент ИЛИ 14 сбрасывает тригер 15

5 в состояние О. В результате этого сигнал 1 на нулевом входе блока 6 памяти исчезает и данные на выходе блока 6 памяти в виде начальной вектор-строки вероятностей исчезнут. При этом{1,К}-полюсник раз0 рушается и превращается в исходный равновероятностный {1 ,М}-полюсник.

С переходом триггера 15 в нулевое состояние логическая 1 на втором входе элемента И-ИЛИ 2 исчезает, запрещая этим

5 прохождение импульса генератора 1 на вход {1,М}-полюсника 9.

При переходе первого триггера 11 в со- стояние 1 на его инверсном выходе образуется перепад напряжения, который формирует на выходе мультивибратора 13

положительный импульс. Этот импульс через элементы ИЛИ 12 подтверждает состояние О остальных k-1 триггеров 11. Переход первого триггера 11 в состояние 1 формирует разрешающий сигнал на первый вход элемента И-ИЛИ 2.

Эта же логическая 1 возбуждает первый вход блока 6 памяти, формируя на его выходе данные, соответствующие первой строке вероятности переходов матрицы. Одновременно единичный сигнал на выходе первого триггера 11 формирует соответствующую ему амплитуду напряжения на выходе блока 9.

Далее второй импульс генератора 1, проходя через элемент И-ИЛИ 2 и через {1,К}-полюсник, возбуждает (к примеру) третий (правый крайний) выход, переводя соответствующий ему триггер 11 в состояние 1 (на фиг.2 это триггер 11з). При переходе триггера 11з в состояние 1 устанавливается разрешающий уровень сигнала на первом входе элемента И-ИЛИ 2 и выставляются данные на выходе блока 6, соответствующие третьей строке матрицы. С инверсного выхода триггера 11з по перепаду напряжения на выходе ждущего мультивибратора 13 формируется импульс сброса, который обнуляет триггер 11i, находившийся на предыдущем шаге в состоянии 1. Кроме того, по единичному состоянию триггера 11з формируется соответствующий ему уровень сигнала на выходе блока 8.

Формула изобретения

Генератор случайных сигналов, связанных цепью Маркова, содержащий вероятностный {1,1М}-полюсник, счетчик, элемент

ИЛИ, группу триггеров и генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика, отличающийся тем, что, с целью гСовышения точности, в него 5 введены элемент И-ИЛИ, группа элементов ИЛИ, группа ждущих мультивибраторов, триггер и блок формирования вектора вероятности состояний элементов стохастических матриц, выполненный в виде блока

0 постоянной памяти, адресные входы старших разрядов которого соединены с выходами счетчика, а выходы подключены соответственно к первым входам элементов И-ИЛИ группы, выходы которых соединены

5 с S-входами одноименных триггеров группы, прямые выходы которых являются разрядными выходами генератора и подключены к группе адресных младших разрядов блока постоянной памяти и к пер0 вой группе входов элементов И-ИЛИ, вторая группа входов которого соединена с выходом генератора импульсов, выход элемента И-ИЛИ подключен к входу вероятностного {1,1М}-полюсника, выходы которого

5 соединены с вторыми входами элементов И-ИЛИ группы, выходы которых подключены к входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с R-входом триггера, S-вход которого является входом запуска генератора,

0 прямой выход триггера подключен к адресному младшему разряду блока постоянной памяти и к третьей группе входов элемента И-ИЛИ инверсный выход каждого триггера группы через одноименный ждущий мульти5 вибратор соединен с входами всех элементов ИЛИ группы, кроме одноименного, выходы элементов ИЛИ группы подключены к R-входам одноименных триггеров группы.

-i1

Вых.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в качестве задатчика случайных воздействий различной физической природы. Цель изобретения - повышение точности. Генератор случайных сигналов содержит генератор 1 периодических импульсов, элемент И-ИЛИ 2, группу элементов И-ИЛИ 10, счетчик 7, вероятностный 1.N -полюсник 9, группу элементов ИЛИ 12, группу триггеров 11, группу ждущих мультивибраторов 13, блок б постоянной памяти, элемент ИЛИ 14 и триггер 15. 2 ил.

Puz.1

Фиг, 2