Генератор случайной последовательности

 

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ , содержащий генератор прямоугольного напряжения, интегратор , аналоговый блок памяти, выход которого является выходом генератора , а . также генератор импульсов , отличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора путем формирования сигналов с нормальным законом распределения, генератор содержит первый ключ, а генератор Прямоугольного напряжения содержит второй и третий ключи, первьй и второй элементы И, триггер и блокинг-генератор, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, а также со счетным входом триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены.. с вторыми входами соответственно первого и второго элементов И, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно второго и третьего ключей, выходы которых объединены и подключешл к входу интегра«б тора, входы второго и третьего ключей подключены к шинам + и - источника , питания соответственно, выхо, интегратора соединен с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход первого ключа соединен с входом аналогового блока памяти. 00 СП vj Oi

09) 01) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

1(5п 0 06 F 7,/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ g

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3564704/18-24 (22} 14.03.83 (46) 30.05.84. Бюл. Р 20 (72) P.O.Ðîñëÿêîâ (71) Ленинградское ордена Октябрьской Революции. высшее инженерное морское училище им. адм. С.О.Макарова (53) 681.32(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 292208, кл. G 06 F 7/58, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

9 433473, кл. С 06 F 7/58, 1972.

3. Роткоп Л.Л. Статистические методы исследования на электронных моделях.И., Энергия 1967,с.46-,56 (прототип). (54)(57) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАИНОИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ, содержащий генератор прямоугольного напряжения, интегратор, аналоговый блок памяти, выход которого является выходом генератора, а . также генератор импульсов, о т л и ч а ю щ и и c я темi что, с целью расширения функциональных возможностей генератора путем формирования сигналов с нормальным законом распределения, генератор содержит первый ключ, а .генератор прямоугольного. напряжения содержит второй и третий ключи, первый и второй элементы И, триггер и блокинг-генератор, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, а также со счетным входом триггера, прямой и инверсный выходы котррого соединены., с вторыми входами соответственно первого и второго элементов И, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно второго и третьего ключей, выходы которых объединены и подключены к входу интегра- 1

O тора, входы второго и третьего ключей подключены к шинам "+" и "-" источника,питания соответственно, выхо интегратора соединен с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход первого ключа соединен с входом аналогового блока памяти.

1095176

Изобретение относится к вычисли тельной технике, предназначено для моделирования последовательности сиг- налов случайной амплитуды и может быть использовано для моделирования случайных. процессов на аналоговых и физических моделях.

Известен генератор случайного сигнала, содержащий в качестве первичного источника шума полупроводниковый диод с лавинным пробоем и экстремаль-!О .ный регулятор режима — для автоматической установки и поддержания оптимального режима работы источника шума f1) .

Недостаток данного генератора за- 15 ключается в невозможности получения случайных сигналов, распределенных по нормальному закону.

Известен также генератор случайных сигналов, содержащий источник 2р шума, нелинейный преобразователь сигнала, пик-детектор с подразрядом, умножитель, а также генераторы гармонического сигнала случайных сигналов с заданными плотностью вероятнос-g5 тей и корреляционной функцией (2) . Недостатком этого генератора является сложность его технической реализации для задачи получения нормально распределенных по амплитуде сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является генератор случайной последовательности, состоящий из генератора прямоугольных. напряжений, выход которого связан с входом интегрирующего устройства, выход которого через релейное устройство, управляемое генератором прямоугольных сигналов, подсоединяется к запоминающему устройству. Пе- 40 риод генератора прямоугольных сигналов много больше периода генератора . пилообразного напряжения. Кроме того, он корректируется эа счет выходного случайного сигнала и собственными 45 шумами передающего этот сигнал усилителя °

Случайность амплитуды вырабатываемого сигнала достигается из-за несовпадения частот генераторов прямоуголь50 ного сигнала и пилообразного напряжения (эти частоты относятся как иррациональные числа) . Кроме того, частота генератора прямоугольного сигнала оказывается случайной вели. — . чиной за счет введения корректирующей связи. После введения в нелинейную систему импульсного переключателя система приобретает качественно новые свойства. Так, если до включения импульсного преобразователя нелинейная система работала в режиме установившихся автоколебаний, то после включения такого переключателя автоколебательный режим изменения выходной величины сохраняется, но пе- 65,риод и амплитуда автоколебаний характеризуется уже некоторыми случайными величинами.

Детерминированные значения периода и амплитуды автоколебаний нелинейной импульсной системы можно. получить, подобрав период автоколебаний нелинейной системы и период включения импульсного переключателя таким образом, чтобы отношение этих периодов было рациональным числом. Однако на практике поведение нелинейной импульсной системы не наблЮдается из;, за того,что вероятность подбора особого решения системы та же, что и вероятность случайного выбора рационального числа из ряда всех действительных чисел f3) .

Однако or этого генератора нельзя получить сигнал, распределенный по нормальному закону, так как в генераторе случайной последовательности используется генератор прямоугольных напряжений, выход которого связан с входом интегрирующего устройства, составляющие генератор пилообразного напряжения.

Как известно, большинство технологических процессов описываются законами нормального распределения.

Так, например, потребление электро-! энергии в судовой электроэнергетической системе (СЭЭС) подчинено усеченному нормальному закону.

Чтобы смоделировать указанный закон и в соответствии с ним управлять нагрузочным устройством аналоговой или физической модели СЭЭС, необходимо создать генератор, амплитуда выходного сигнала которого распределена по такому закону. Техническая реализация такого генератора на базе генератора случайной последовательности, описанного вьме, неоправдано сложна, так как на выходе его необходимо ставить устройство, нормализующее распределение амплитуды случайного сигнала.

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей генератора путем формирования сигналов с нормальным распределением амплитуд.

Цель достигается тем, что в генератор случайной последовательности, содержащий генератор прямоугольного напряжения, интегратор, аналоговый блок памяти, выход которого является выходом генератора, а также генератор импульсов, введены первый ключ, а генератор прямоугольного напряжения содержит второй и третий ключи, два элемента И, триггер и блокинггенератор, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, а также со счетным входом триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены с вторыми

1095176

I ходного сигнала представлена на фиг.4

Аналоговый блок памяти 4 фиксирует величину напряжения, прещаествовавшую моменту раэмыкания цепи перНа фиг. 3 обозначены: U — выходной сигнал генератора прямоугольного напряжения 1; Ug — выходной сигнал интегратора 2; U - сигнал на выходе

35 аналогового блока памяти 4; Uq — вы" ходной сигнал генератора импульсов 5;

U6 — выходной сигнал блокинг-генератора 6; U<, — сигнал на прямом выходе триггера 7; U z — сигнал на инверсном 4О выходе триггера 7; UZ — выходной сигнал первого элемента И; U — выходной сигнал второго элемента И.

На фиг. 4 обозначено: U — выходной сигнал интегрирующего устройства 45 за один период генератора прямоугольного напряжения; Ug — задний фронт сигнала генератора импульсов; А плотность распределения выходного сигнала генератора случайной последо-50 вательности.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Генератор прямоугольного напряжения 1 подает на вход интегратора 2 55 импульсы прямой и обратной полярности. Конденсатор интегратора заряжается в течение такого импульса. После прохождения импульса он успевает полкостью разрядиться до поступления 6О следующего импульса — импульса противоположной полярности. Последний, заряжает конденсатор интегрирующего устройства 2 аналогичным образом, после чего конденсатор снова успевает полностью разрядиться. Форма вывходами соответственно первого и второго элементов И, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно второго и третьего ключей, выходы которых объединены и являются выходом генератора прямоугольного напряжения, входы второго и третьего ключей подключены к шинам "+" и источника питания соответственно, выход интегратора соединен с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход первого ключа соединен с входом . аналогового блока памяти.

На фиг,. 1 показан предлагаемый ге-45 нератор случайной последовательиостиу на фиг. 2 — функЦиональная схема генератора прямоугольных импульсов на фиг. 3 — временные диаграммы работы йредлагаемого устройства; на jp фиг. 4 — принцип действия генератора.

Генератор случайной последовательности состоит из генератора прямоугольного напряжения 1, интегратора 2, первого ключа 3, анало- 75 гового блока памяти 4 и генератора .импульсов 5. Генератор прямоугольного напряжения содержит блокинг-генератор 6, триггер 7, первый элемент

И 8, второй элемент И 9, второй ключ ЗО

10 и третий ключ 11. вым ключом 3, которое в свою очередь, управляется генератором импульсов 5.

Вследствие несовпадения частот генератора 4 прямоугольного напряжения 1, а также генератора импульсов

5, момент .размыкания цепи первым ключом 3 случаен.

Моменты попадания заднего фронта сигнала генератора импульсов 5 в тот или иной интервал времени в течение одного периода генератора прямоугольного напряжения 1 равновероятны. При большом числе включений первого ключа 3 чаще будут встречаться малые знаЧения 04, чем близкие к максимуму, поскольку время заряда конденсатора (пока проходит импульс от генератора 1) интегратора 2 очень мало, а время заряда значительно больше и, кроме того, выходной сигнал убывает по экспоненте. Поэтому наиболее ве- роятными будут малые, близкие к нулю, значения напряжения и намного менее вероятными будут значения выходного сигнала, близкие к пиковым.

Генератор прямоугольного напряжения 1 работает следующим образоМ.

Если после очередного импульса блокинг-генератора 6 на прямом выходе триггера 7 установился высокий уровень сигнала (0, =1}, на инверсномнизкий (0< =0), тогда во время следующего импульса блокинг-генератора

6 на выходе первого элемента И 8 появится сигнал О =1, который откроет второй ключ 10. С выхода генератора

1 на вход интегратора 2 будет подан импульс положительной полярности.

Задний фронт того же самого импульса блокинг-генератора 6 переведет триггер 7 в противоположное положение:

Оу =О, О э =1. Теперь при очередном импульсе блокинг-генератора .6 срабатывает второй элемент И 9 (06 =О, 0э=1). и откроется. третий ключ 11.

Генератор прямоугольного .напряжения

1 выдает на вход интегратора 2 импульс отрицательной полярности.

Технико-экономическая .эффективность от применения предлагаемого устройства определяется существенным расширением функциональных возможностей генератора случайной последовательности за счет формирования сигналов с нормальным распределением амплитуд, что позволяет испольэовать его в различного рода аналоговых вычислительных устройствах беэ дополнительных блоков, нормализующих равномерно распределенный сигнал, создаваемый. генератором — прототипом.

Таким образом он позволяет более эффективно решать задачи аналогового и физического моделирования.. 109517Ь

U(IPvt. 3

ВНИИПИ Заказ 3599/31 Тирак 669 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Уагород, ул.Проектная, 4