Генератор случайных импульсов Советский патент 1981 года по МПК G06F7/58 G07C15/00 

(54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ИМПУЛЬСОВ Изобретение относится к вычисли ельной технике и может быть исполь зСвано при решении задач статистиче кого и вероятностного моделирования Известен генератор случайных импульсов , содержащий источник шума-, пороговый элемент, элемент И, генератор импульсов 1} . Однако этот генератор не позволя ет получать пуассоновский поток импульсов. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является ген ратор случайных импульсов, содержащ источник Пуассоновского потока импульсов , генератор случайной двоичной цифры и элемент И 2 . Однако этот генератор не позволя ет получать импульсы со случайной имплитудой. . Цель изобретения- расширение функциональных возможностей устройства за счет получения потока импульсов случайных как по моментам появления, так и по уровню (амплиту де). Поставленная цель достигается тем, что в генератор случайных импульсов , содержащий источник пуассо новского потока импульсов, генерато случайной двоичной цифры, выход ко.торого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого является выходом генератора, введены .первый и второй ключи, второй элемент И, элемент ИЛИ, первый и второй интеграторы и триггер, счетный вход которого объединен с первыми входами первого и второго ключей и второго элемента И и подключен к выходу источника пуассоновского потока импульсов, выход второго элемента и соединен со вторым входом первого ключа, выход которого соединен со вторыми входами первого элемента И и второго ключа, выход которого соединен со входом генератора случайной двоичной цифры, выходы триггера через первый и второй интеграторы и элемент ИЛИ соединены соответственно со вторым входом второго элемента И. На фиг, 1 представлена блокгсхема генератора на фиг.2 - диаграмма работы генератора. Генератор содержит источник 1 пуассонового потока импульсов, генератор 2 случайной двоичной цифры, элемент И 3, триггер 4, первый и второй интеграторы 5 и 6, элемент ИЛИ 7, элемент И 8, первый и второй ключи 9 и 10, причем вход триггера 4 соединен с источником 1 пуассоновского потока импульсов, а первый и второй выводы его через первый и второй интеграторы 5 и 6 подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ 7, выход которого подключен к входу элемента И 3 через первый вход элемента И 8 и первый ключ 9, выход которого через первый вход второго ключа 10 соединен с вх дом генератора случайных двоичных цифр 2, а второй вход элемента И 8 и обеих ключей 9 и 10 соединены с источником 1 пуассоновского потока импульсов. . Генератор работает следующим образом. При .нахождении ключей в положении q работа генератора аналогична работе известных устройств. При нахожде нии ключей -В положении 5 работа генератора поясняется временными диаграммами, приведенными на фиг. 2, где буквой с обозначен поток импульсов на выходе источника 1 пуассоновского потока импульсов, поступающих на вход триггера 4, а также на вторы входы элемента И 8 и ключей 9 и 10. При отсутствии сигнала на его входе триггер 4 постоянно находится в состоянии, когда на одном из его выходов, например первом, имеется сигнал постоянного уровня, а на вто ром выходе сигнал отсутствует(диаграмма фиг. 26 и 2в на отрезке от О до момента появления первого импульса на входе триггера 4). При поступлении управляющего импульса на вход триггера 4 он изменяет свое состояние таким образом, что сиг,})ал на первом выходе триггера 4 исчезает, а на втором - появляется и т.д.(фиг 26 и 2а). Таким образом, на обоих выходах триггера 4 образуются потоки чередующихся импульсов СФИГ.26 и 2в), амплитуды которых постоянны U cons а длительности равны длительности t интервалов между импульсами, поступающими с выхода источника 1 пуассоновского потока импульсов, где л символ случа1йной величине. Указанные потоки импульсов.поступают затем на входы интеграторов 5 и б, где преоб разуются в потоки пилообразных импул сов, амплитуды 2. которых определяют ся зависимостью i(t)jucii-u, (1) Потоки пилообразных импульсов, амплитуды которых определяются зависимостью (1), представленные на фиг 2г и 2д, затем поступают на вход элемента ИЛИ, где происходит объединение этих потоков. Поток пилообразных импульсов, возникающих на выходе элемента ИЛИ и поступающих на вход элемента И, представлена на фиг. 2е. Особенностью этого потока является то, что в нем момент окончания каждого импульса является началом последующего импульса, причем эти моменTbi времени совпадают с моментами появления импульсов на выходе источника 1 пуассонов.ского потока импульсов (фиг. 2а). Кроме того, как следует из выражения (1) , значение амплитуд пилообразных импульсов на выходе элемента ИЛИ и.входе элемента И является функцией случайного аргумента г , т.е. также является случайной величинойz(f) и(tr) , плотность распределения которой определяется следующим образом: Lf(l)(Z).|r42)|, (i) гдеь((и) определяется из выраже t ния 1 ; tf fCjrX.Q.e плотность распределения интервалов между импульСс1ми в пуассоновском потоке импульсов. С учетом приведенных обозначений плотность распределения (2), принимает следующий вид: ОТГ Хо Чл(г)с/(Г).А,-е Из полученного выражения (3) следует, что значение Z амплитуд пилообразных импульсов на выходе элемента ИЛИ подчинено экспоненциальному закону распределения с параметром XpdJ) , значение которого регулируется за счет изменения гимплитуды и прямоугольных импульсов на выходах триггера 4. Указанное изменение достигается путем подбора параметров триггера 4. Таким образом, на первый вход элемента И поступает поток пилообразных импульсов .(фиг. 2е) , значения амплитуд которых подчинены экспоненциальному за:кону распределения с плотностью, определяемой выражением (3), На второй вход элемента И с .выхода источника 1 пуассоновского потока импульсов поступают импульсы, которые по времени совпадают с моментами достижения пилообразными импульсами амплитудных значений (фиг. 2а и 2е). В результате чего на выходе элемента И возникают импульсы, которые по моментам возникновения и длительности совпадают с импульсами источника 1 пуассонрвского потока импульсов, а по амплитуде подчинены экспоненциальному закону распределения с параметром (з , т.е. интервалы между импульсами источника 1 (фиг. 2а) и амплитуды импульсов на выходе элемента И подчинен законам распределения одного вида (в данном случае - экспоненциальным законам распределения) . таким o6paiзом, часть схекы предполагаемого устройства, включающая триггер, интеграторы, элементы ИЛИ и И, осуществляет случайную модуляцию ампли туды импульсов источника 1 пуассо.човского потока импульсов, причем .амплитуды промодулированных импульсов и интервалы между импульсами источника 1 пуассоновского потока импульсов подчинены законам распределения одного и того же вида. В дальнейшем случайные как по моментам возникновения, так и по амплитуде импульсы с выхода элемента через вторые входы ключей 9 и 10, находящихся в положениях 5 , поступают на входы .элемента И 3 и гене)Е атора 2 случайных двоичных цифр. С приходом каждого импульса генератор случайных двоичных разрядов запускается и выдает на второй (управляющий вход элемента.И случайным образом О или 1. В зависимости от того, что выдает генератор 2, следующий случай ный импульс с выхода элемента И проходит либо не проходит не выход устройства. Количество исключаег ых импульсов зависит от регулировки генератора 2. Если, например, на выходе генератора 2 вероятность появления единицы постоянна и равна Р, а моменты появления .импульсов на входе, элемента 3 И образуют пуассоновский поток событий с параметром Яд/и const, то на выходе элемента И 3 (выходе устройства) этот поток преобразуется в разреженный поток импульсов , который также будет пуассоновским с параметром const (1) Как следует из формул (1) и (3), с1мплитуды и. импульсов в выходном разреженном потоке по-прежнему подчинены экспоненциальному закону распределения с плотностью /(2) exp().(4) где ifl - параметр потока импульсов на выходе источника 1 пуас соновского потока импульсов; I и - величина сигнала на выхода .триггера 4,Р - вероятность появления единицы на выходе генератора 2 т.е. параметр его настройки. Таким образом,на выходе устройства формируется случайный поток импульсов, моменты возникновения которых образуют пуассоновский пбток событий с параметром iLgP , а амплитуды импуль сов подчинены экспоненциальному закону распределения с параметром . Положительный эффект предлагаемого технического решения заключается в том, что оно позволяет моделировать процессы, образованные потоками событий, с каждым из которых связывается определенная физическая величина, например величина износа детали, стоимость восстановления отказавшего элемента, величина израсходованного ресурса и т.д., что позволяет повысить точность вероятностного и статистического моделирования при решении широкого класса технико-экономических задач, например процессов (Износа, расходов материальных ресурсов, затрат и т.д. Повышение точности достигается за счет ресурсов, затрат, учета случайного характера величин износа, расходов материальных ресурсов или денежных средств, которые имеют место за один цикл функционирования технического устройства. Если циклы функционирования технических устройств образуют пуассоновский поток событий, то число циклов их функционирования на интервале от О до t находится в пределах от О до оз. Поэтому эффект, который достигается за счет повышения точности моделирования единичного цикла функционирования, многократно возрастает при моделировании функционировании технических устройств за конечное время t. Экономический эффект предлагаемой конструкции может быть оценен суммой предотвращенного ущерба, обусловленного возможными ошибками в выборе модели износа машин, расхода различных материальных ресурсов, денежных средств, а также в принятии материальных ресурсов,-денежных средств, в принятии решен-ий на основе этих моделей о сроках службы и замен технических устройств, выполнении различных ресурсов и т.д. Кроме того, экономический эффект в значительной степени проявляется в виде экономии тех средств,которые необходимо затратить на разработку специализированных устройств для моделирования случайных потоков данного класса. Формула изобретения Генератор случайных импульсов, содержащий источник пуассоновского потока импульсов, генератор случайной двоичной цифры, выход которого соединен.с первым входом первого элемента И, выход которого является выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора за счет формирования случайных импульсов со случайной амплитудой, он содержит первый и второй ключи, второй элемент И, элемент ИЛИ, первый и второй интеграторы и тригге счетный вход которого объединен с первыми входами первого и второго ключей и второго элемента И и подклю чен к выходу источника пуассоновского потока импульсов, выход второго элемента И соединен со вторым входом первого ключа, выход которого соединен со вторыми входами первого элемента И и второго ключа, выход которого соединен со входом генератора случайной двоичной цифры, выходы триггера через первый и второй интеграторы и элемент ИЛИ соединены соот Ветственно со вторым входом второго элемента И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Бобнев М.П. Генерирование случайного сигнала. М., Энергия,1971. 2.Авторское свидетельство СССР 211163, кл. G 06 F 1/02, 1966 (прототип) .