Генератор случайных процессов Советский патент 1982 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в испытательной технике для имитации стахостических нагрузок. Известен цифровой генератор случайных процессов с заданными статическими характеристиками, содержащи генератор чисел, управляемый распре делителем импульсов, регистры, компараторы, сумматоры и схемы совпаде ния. Это устройство генерирует случайные процессы в виде тактов, числ и значение которых определяются соответствующим видом функции корреля ции , заносимой в регистры памяти с последующей выборкой . Однако указанное устройство не позволяет получить непрерывный колебательный процесс с заданной амплитудой, моду лированной по фазе и амплитуде случайными сигналами. Наиболее близок к предлагаемому .по технической сущности генератор случайных процессов, содержащий задающий, генератор импульсов, делитель частоты устройство управления коэффициентом деления, реверсивный счетчик, фильтр нижних частот, дешифратор, преобразователь код-аналог, цифровой компаратор, выход которого подключен к входу триггера, реверсивный счетчик задания амплитуды-, регистр сдвига, генераторы случайной двоичной последовательности управления амплитудой и частотой, переключатели, схему совпадения, устройство управления регистром сдвига и триггер .управления 2 . В известном генераторе случайных процессов длина полуволны основного колебания изменяется по случайному закону при сравнении кодов, записанN-1 до 2, а при ных в счётчиках от кодах от О до 2 импульс со схемы совпадения поступить не может и поэгому в этом диапазоне создается мертвая зона, т.е. сигнал случайного процесса изменяться не может. При этом каждый период основного колебания возвращается в нулевое состояние. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей генератора, а именно получение непрерыв ного колебательного процесса с заданной амплитудой, модулированного по фазе и амплитуде случайными сигна лами с требуемой спектральной характеристикой случайного процесса, изменяющегося во всем диапазоне си1- нала. Для достижения поставленной цели в генератор случайных процессов, содержащий генератор импульсов, первый реверсивный счетчик, выход которого соединен с первым входом блока сравнения и входом цифро-аналогового преобразователя, выход которо го является выходом генератора, выхо блока сравнения соединен со входом делителя частоты и счетным входом триггера, выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами первого реверсивного счетчика, выход делителя частот соединен с входами первого и второго генераторов случайных импульсов :и пе вым управляющим входом второго реверсивного счетчика, счетный вход ко торого соединен с выходом второго генератора случайных импульсов, введены блок задания частоты, блок задания амплитуды и дешифратор, выход которого соединен с вторым управляющим входом второго реверсивного счет чика, выход которого соединен с входом дешифратора и первыми входами блока задания частоты и блока задания амплитуды, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, выходы триггера соединены соответственно с вторым и третьим входами блока .задания амплитуды, выход генератора импульсов соединен с вторым входом блока задания частоты, третий вход которого соединен с выхо дом генератора импульсов, а выход блока задания частоты соединен со счетным входом первого реверсивного счетчика. Блок задания частоты содержит реверсивный счетчик, делитель частоты, два блока сравнения, коммутатор и триггер, выходы которого соединены соответственр С суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, установочные входы которого образуют первый в;ход блока, второй вход которого образует синхронизирующий вход реверсивного счетчика, разрядные выходы которого соединены с соответствующими установочными входами делителя частоты, а также с соответствующими входами первых групп первого и второго блоков сравнения, входы вторых групп которых соединены с соответствующими выходами первой и второй групп коммутатора, а выходы блоков сравнения соединены соответственно с единичным и нулевым входами триггера, третьим входом блока является тактовый вход делителя частоты, выход которого является выходом блока. Кроме того, блок задания амплитуды содержит группу выключателей, группу элементов И и параллельный сумматор, выходы которого образуют, выход блока, выходы элементов И группы соединены с соответствующими входами первой группы параллельного сумматора, вторая группа входов которого образует первый вход блока, второй вход которого образуют объединенные первые входы элементов И группы, вторые входы которых через соответствующие выключатели группы подключены к третьему входу блока. На фиг. 1 представлена блок-схема генератора случайных процессов; на фиг. 2 - схема блока задания частоты; на фиг. 3 схема блока задания амплитуды; на фиг. k - изменение основного колебания и огибающая случайного процесса предлагаемого генератора; на фиг. 5 основное колебание и огибающая случайного процесса, известного генератора. Генератор случайных процессов содержит генератор 1 импульсов, блок 2 задания частоты, первый реверсивный счетчик 3. цифро-аналоговый преобразователь k, триггер 5, блок 6 сравнения, блок 7 задания амплитуды делитель 8 частоты, первый генератор 9, случайных-импульсов, второй генератор 10 случайных импу.рьсов, второй реверсивный счетчик 11 и дешифратор 12. Блок 2 управления частоты содержит делитель 1-3 частоты, реверсивный счетчик 14, первый блок 15 сравнения.

второй блок 16 сравнения, коммутатор 17. и триггер 18..

Блок задания амплитуды содержит элементы И 19i выключатели 20 и параллельный сумматор 21,

Генератор 1 импульсов соединен с первым входом блока 2 задания частоты и далее с тактируемым входом делителя 13. Выход делителя 13 соединен с выходом блока 2 задания частоты и входом первого реверсивного счетчика 3. Выход реверсивного счетчика 3 подключен к первому входу бло ка 6 сравнения и входу цифро-аналогового преобразователя k. Выход блока 6 сравнения соединен с входом делителя частоты 8 и входом триггера 5, выходы триггера соединены с вхо дани .реверса первого реверсивного сметчика 3 первым входом блока 7 задания амплитуды и далее напрямую через выключатели 20 с входами элементов И 19. Выходы элементов И 13 подключены к первым входам параллельного сумматора 21, выход которого соединен с выходом блока 7 задания амплитуды и далее с вторым входом блока 6 сравнения. Вторые входы параллельного сумматора 21 подключены через второй вход блока 7 управления амплитудой к выходу второго реверсивного счетчика 11, входу дешифратора 12 и через третий вход блока 2 задания частоты - к информационному входу реверсивного счетчика 14. Выход счетчика 14 соединен с информационными входами делителя 13 и первыми входами блоков 15 и 16 сравнения, вторые входы названных блоков подключены . к выходам коммутатора 17. Выходы блоков подключены к выходам коммутатора j17. Выходы блоков 15 и 16 сравнения соединены с входом триггера реверса 18, выходами соединенного с входами реверса реверсивного счетчика 14. Счетный вход реверсивного счетчика 14 подключен через второй вход блока задания частоты к выходу первого генератора случайных импульсов 9. Вход генератора 9 соединен с входом второго генератора случайных импульсов 10, первым входом второго реверсивного счетчика 11 соединен с выходом второго генератора случайных.импульсов 10. Третий вход второго реверсивного счетчика 11 подключен к выходу дешифратора 12.

Блок 2 задания частоты служит для задания спектральной характеристики

случайного процесса по частоте и изменению его в заданных пределах по случайному закону.

Блок 7 задания амплитуды управляет изменением амплитуды по случайному закону. Дешифратор 12 (фиг.1) переключает счетЦик 11 на вычитание, ко,гда его содержимое достигает максимума и на сложение, когда его содержимое опустошается, тем самым определяя границы изменения амплитуды случайного колебания. Аналогично блоки 15 и 16 сравнения переключают счетчик 14 с помощью триггера 18. Установка границ счетчика 14 устанавливается коммутатором 17 (фиг. 2) который может быть выполнен в виде набора переключателей.

Генератор случайных процессов работает следующим образом.

Импульсы с заданной частотой с генератора импульсов 11 поступают на первый вход блока 2 задания частоты и далее на тактируемый вход делителя частоты 13 (фиг. 1 и 2). С выхода блока 2 задания частоты разделенные делителем 13 импульсы поступают на счетный вход первого реверсивного счетчика 3. С выхода первого реверсивного счетчика 3 параллельный код транслируется на входы цифро-аналогоаого преобразователя 4 и блока 6 сраенения. Содержимое первого реверсив ного счетчика 3 увеличивается или уменьшается в зависимости от состояния триггера 5- Скорость увеличения или уменьшения содержимого счетчика 3 зависит от частоты импульсов, поступающих на его вход. Цифро-анало.го1ВЫЙ преобразователь 4 преобразует выходной код счетчика 3 в аналоговое напряжение. Выходной код счетчика 3. поступающий на первый вход блока 6 сравнения, сравнивается с кодом, поступающим на его второй вход с выхо- да блока 7 задания амплитуды и параллельно сумматора 21 (фиг. 1 и 3) При сравнении этих кодов выдается импульс, меняющий состояние триггера 5 и поступающий на вход делителя 8 частоты. Коэффициент деления делителя 8 частоты устанавливается заранее. С выхода делителя 8 частоты импульс поступает на входы первого генератора 9 случайных импульсов и второго генератора 10 импульсов и первь(й вход второго реверсивного счетчикд 11. По первому и третьему входу этого счетчика происходит его реверс. Импульсом с выхода делителя 8 часто опрашивается состояние генераторов 9 и 10 случайных импульсов, и в зав симости от состояния выхода генератора 10 (О или 1) второй реверсивный счетчик 11 добавляет или отнимает единицу от своего содержимог С выхода второго реверсивного счетчика 11 параллельный код транслируется на второй вход блока 7 задания амплитуды и входы В,... Вц параллельного сумматора 21 (фиг, 3)а на входы А, АП последнего подается код с элементов И 19. Состояние выхода элементов И 19 зависит от положения выключателей К, ..... К 20 , определяющих начальный код параллельного сумматора и состо ния триггера 5. выходы которого под ключены к первому входу блока 7 задания амплитуды, выключателям К, . . . , К f 20 и вторым- входам элементов и 19. Сдвиг выходного кода второго ревер.сивного счетчика. 11 на единицу дискретности обеспечивает медленное изменение амплитуды случайного процесса по сравнению с основным колебанием. Для плавного изменения амплитуды случайного процесса от максимума к минимуму и нао борот второй реверсивный счетчик 11 соединен с дешифратором 12, выход которого связан с третьим входом второго реверсивного счетчика 11 . П достижении максимального и минималь ного значений кода этого счетчика дешифратор 12 дешифрирует его и выдает импульс реверса на реверсивный третий вход счетчика 11. Выходной код последнего поступает.на тре тий вход блока 2 задания частоты и далее на входы 0, ..., Dj реверсивного счетчика 1. Этот код определяет начальную установку этого счетчика. Выход реверсивного.счетчи ка. 14, подключенный ко входам V , ..., Vfi делителя 13, определяет коэффициент деления последнего. На С вход счетчика И подают импульсы с первого reHepatopa .случайных импульсов 9- Счетчик 14 прибавляет или отнимает единицу от своего содержимого, тем самым меняя коэффициент деления делителя частоты 13 по случайному закону. Для-ограничения перехода счетчика 14 через крайние состояния предусмотрены первый и второй блоки 15 и 16 сравнения. соединенные с выходом счетчика 14. 88 Значения кодов перехода через крайние состояния задаются коммутатором 17г При сравнении одного из кодов блоков 15 и 1б с заданными значениями с выходов последнего выдается импульс, изменяющий состояние триггера 18, а следовательно, и реверс счетчика 14. На фиг. 4 и 5 показано изменение основного колебания 22 и огибающая случайного процесса 23 предлагаемого генератора и для сравнения, изменение основного колебания 24 и огибающая случайного процесса 25 известного генератора. При помощи блока управления частотой 2 и блока 7 управления амплитудой задается спектральная характеристика случайного процесса. Амплитуда основного колебания определяется кодами экстремальных точек, заносимыми в параллельный сумматор 21 оператором или автоматически. Частота периодов следования основного колебания определяется состоянием реверсивного счетчика 14. Таким образом, предлагаемый генератор случайных процессов может найти применение в задающих устройствах различных типов для динамических испытаний (виброиспытаний) механизмов, конструкций и материалов при стахостической нагрузке. Стендовые испытания, если при этом моделировать реальные эксплуатационные нагрузки, которые по своей природе, в основном, стахостические .ветровая нагрузка, загрузка от профиля дорог, температурные колебания и т.д.) позволяют иметь не только экономическую выгоду, но и значительный выигрыш во времени по сравнению с полигонными испытаниями. Поэтому предлагаемый генератор случайных процессов при использовании его в составе технических средств испытательных стендов позволит получить положительный эффект, т.е. непрерывный коле-, табельный процесс с заданной амплитудой, модулированный по фазе и амплитуде случайными сигналами с требуемой спектральной характеристикой случайного процесса, изменяющейся во всем диапазоне. Формула изобретения 1. Генератор случайных процессов, содержащий генератор импульсов, пер9, . вый реверсивный счетчик, выход которого соединен с первым входом блока сравнения и с входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого является выходом генератора, выход блока сравнения соединен с входом делителя частоты и счетным входом триггера, выходы которого соединены соответственно с первым и вторы управляющими входами первого реверсивного счетчика, выход делителя частоты соединен с входами первого и второго генераторов случайных импульсов и первым управляющим входом второго реверсивного счетчика, счет ный вход которого соединен с выходом второго генератора случайных импульсов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора за счет формирования заданных распределений амплитуды и частоты, он содержит блок задания частоты, блок задания амплитуды и дешифратор, выход которого соединен с вторым упра ляющим входом второго реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом дешифратора и первыми входам блока задания частоты и блока задания амплитуды, выход которого соединен с вторым входом блока сра нения, выходы триггера соединены соответственно с вторым и третьим вхо дами блок,а задания амплитуды, выход генератора импульсов соединен с вто рым входом блока задания частоты, третий вход которого связан с выходом генератора импульсов, а выход блока задания частоты соединен со счетным входом первого реверсивного счетчика. 2. Генератор по- п. 1 , отличающийся тем, что блок задания частоты содержит реверсивный счетчик, делитель частоты, два блоВка сравнения, коммутатор и триггер, выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, установочные входы которого образуют первый вход блока, второй вход которого образует синхронизирующий вход реверсивного счетчика, разрядные выходы которого соединены с соответствующими установочными входами делителя частоты, а также с соответствующими входами первых групп первого -и второго блоков сравнения, входы вторых групп которых соединены с соответствующими выходами первой и второй групп коммутатора, а выходы блоков сравнения соединены соответственно с единичным и нулевым входами триггера, третьим входом блока является тактовый вход делителя частоты, выход которого является выходом блока. 3. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что блок задания амплитуды содержит группу, выключателей, группу элементов И и параллельный сумматор, выходы которого образуют выход блока, выходы элементов И группы соединены с соответствующими входами первой группы параллельного сумматора, вторая группа входов которого образует первый вход блока, второй вход которого образуют объединенные первые входы элементов И группы, вторые входы которых через соответствующие выключатели группы подключены к третьему вхолу блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № i|20096, кл. G Об F 1/02, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № +3906, кл. G Об F 1/02, 1972 (прототип).

м

5л//.

Фиг.У

N

,N-i