Генератор случайных процессов

 

Союз Советсиик

Социалистичесийк

Реслублии

О П И С А Н И Е < 955048

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт, свид-ву(22) 3аявлено 09. 01. 81 (21) 3234290/18.-24 с присоединением заявки №(23) Приоритет — .

Опубликовано 30. 08. 82. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 30.08.82 (5l)M. Кл.

6 06 F 7158

Р®уАаРЮеааь квювтвт

ВСь. Р в аеаак взвбуетвеФ

I етiрытвв. (53) УДК681. . 325 (088. 8) Г ° 3 Котляров, О.В. Жилинский, С.Ф. печенев и H.П. Попков j

«-»

_#_ „:

Центральное конструкторское бюр с опытным производством АН Белорусско СР ;, (72) Ааторы изобретения (7l) Заявитель . (541 ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

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, содержащий генератор чисел, управляемый распре- „ делителем импульсов, регистры, компараторы, сумматоры и схемы совпадения. Это устройство генерирует случайные процессы в виде тактов, число и значение которых определяются соответствующим видом функции корреляции, заносимой в регистры памяти с последующей выборкой )1) . Однако указанное устройство не позволяет получить непрерывный колебательный 20 процесс с заданной амплитудой, модулированной 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, реверсив ный 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, усч" ройство управления регистром сдвига и триггер управления (2) .

В известном генераторе случайных процессов длина полуволны основного колебания изменяется по случайному закону при сравнении кодов, записан н ных в счетчиках от 2 " " до 2, а при кодах от 0 до 2 импульс со схемы и- совпадения поступить не может и по1

955048

25 эгому 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 непрерывного колебательного процесса с эа- iî данной амплитудой, модулированного по фазе и амплитуде случайными сигналами с требуемой спектральной характеристикой случайного процесса, изменяющегося во всем диапазоне сигнала.

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 которого является выходом генератора, выход 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 частоты

30 соединен с входами первого и второго генераторов случайных импульсов и первым управляющим входом второго реверсивного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом второго генератора случайных импульсов, вве.дены блок задания частоты, блок задания амплитуды и дешифратор, выход которого соединен с вторым управляющим входом второго реверсивного счетчика, выход которого соединен с вхо40 дом дешифратора и первыми входами блока задания частоты и блока задания амплитуды, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, выходы триггера соединены соот45 ветственно с вторым и третьим входа.— ми блока .задания амплитуды, выход генератора импульсов соединен с вторым входом блока задания частоты, третий вход которого соединен с выхо- 50 дом генератора импульсов, а выход блока задания частоты соединен со счетным входом первого реверсивного счетчика.

Блок задания частоты содержит ре- 55 версивный счетчик, делитель частоты, два блока сравнения, коммутатор и триггер, выходы которого соединены соответствено 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 со-, единены 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. 4 — 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 4, триггер 5, блок 6 сравнения, блок 7 задания амплитуды делитель 8 частоты, первый генератор 9, случайных импульсов, второй генератор 10 случайных импульсов, второй реверсивный счетчик 11 и дешифратор 12.

Блок 2 управления частоты содержит делитель 13 частоты, реверсивный счетчик 14, первый блок 15 сравнения, 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 счетчик 11 на вычитание, когда 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 сравнения. 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-аналого1вый преобразователь 4 преобразует вы.ходной код счетчика 3 в аналоговое напряжение. Выходной код счетчика поступающий на первый вход блока 6 сравнения, сравнивается с кодом, поступающим на его второй вход с выхо-. да блока 7 задания амплитуды и па раллельно сумматора 21 (фиг. 1 и 3)е

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 случаиных импульсов и второго генератора 10 импульсов и первый вход второго реверсивного счетчика

11. По первому и третьему входу этого счетчика происходит его реверс.

5 955048 6 второй блок 16 сравнения, коммутатор

17 и триггер 18.

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

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 часто- 10 ты и входом первого реверсивного счетчика 3. Выход. реверсивного счетчика 3 подключен к первому входу блока 6 сравнения и входу цифро-аналогового преобразователя 4. Выход 1$ блока 6 сравнения соединен с входом делителя частоты 8 и входом триггера 5, выходы триггера соединены с входами .реверса первого реверсивного счетчика 3, первым входом блока 7 20 задания амплитуды и далее напрямую через выключатели 20 с входами элементов И 19. Выходы элементов И 19 подключены к первым входам параллельного сумматора 21, выход которого 2s 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

;17. Выходы блоков 15 и 16 сравнения соединены с входом триггера ревер са 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. в

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 ре55 версивного счетчика 11 подключен к выходу дешифратора 12.

Блок 2 задания частоты служит для задания спектральной характеристики

955048

Импульсом с выхода делителя 8 частоты . опрашивается состояние генераторов

9 и 10 случайных импульсов, и в зави- симости от состояния выхода генератора 10 ("0" или "1") второй реверсивный счетчик 11 добавляет или отнимает единицу от своего содержимого.

С выхода второго реверсивного счетчика 11 параллельный код транслируется на второй вход блока 7 задания амплитуды и входы В,... Вь параллельного сумматора 21 (фиг. 3) а на входы А, ..., А 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 состояния триггера 5, выходы которого подключены к первому входу блока 7 задания амплитуды, выключателям К„, К 20 и вторым входам элементов И 19. Сдвиг выходного кода второго реверсивного счетчика 11 на единицу дискретности обеспечи- 2$ вает медленное изменение амплитуды случайного процесса по сравнению с основным колебанием. Для плавного изменения амплитуды случайного процесса от максимума к минимуму и нао- 30 борот второй реверсивный счетчик 11 соединен с дешифратором 12, выход которого связан с третьим входом второго реверсивного счетчика 11. По достижении максимального и минимального 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 D 1, ..., 0 pesepсивного счетчика 14. Этот код определяет начальную установку этого счетчика. Выход реверсивного.счетчика. 14, подключенный ко входам V< „

V делителя 13, определяет ко;эффициент деления последнего. На

С вход счетчика 14 подают импульсы с первого генератора, случайных импульсов 9. Счетчик 14 прибавляет или отнимает единицу от своего содержимого, тем самым меняя коэффициент деления делителя частоты 13 по случайному закону. Для .ограниче$$ ния перехода счетчика 14 через крайние состояния предусмотрены первый и второй блоки 15 и 16 сравнения соединенные с выходом счетчика 14.

Значения кодов перехода через крайние состояния задаются коммутатором

17. При сравнении одного из кодов блоков 15 и 16 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 ампли-. тудой 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 колетабельный 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, пер95 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 вторым управляющими входами первого ревер- сивного счетчика, выход делителя частоты соединен с входами первого и второго генераторов случайных импульсов и первым управляющим входом второго реверсивного счетчика, счетный 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 управляющим входом второго реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом дешифратора и первыми входами блока задания частоты и блока задания амплитуды, выход которого соединен с вторым входом блока срарнения, 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 связан с выходом генератора импульсов, а выход блока задания частоты соединен со счетным входом первого реверсивного счетчика.

2. Генератор по. и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что блок задания частоты содержит реверсивный счетчик, делитель частоты, два бло5048 10 ка 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 соот10 ветствующими установочными входами делителя частоты, а также с соответствующими входами первых групп пер" вого .и второго блоков сравнения, входы вторых групп которых соединены

1$ с соответствующими выходами первой и второй групп коммутатора, а выходы блоков сравнения соединены соответственно с единичным и нулевым входами триггера, третьим входом блока рр является тактовый вход делителя частоты, выход которого является выходом блока.

3. Генератор по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок за2g дания амплитуды содержит группу. выключателей, группу элементов И и параллельный сумматор, выходы которого образуют выход блока, выходы элементов И группы соединены с соответстзв вующими входами первой группы параллельного сумматора, вторая группа входов которого образует первый вход блока, второй вход которого образуют объединенные первые входы элемен35 тов И группы, вторые входы которых через соответствующие выключатели группы подключены к третьему входу блока.

Источники информации, 40 принятые во внимание при эксп< ртизс

1. Авторское свидетельство СССР

Р 420096, кл. G 06 F 1/02,,19/2.

2. Авторское свидетельство СССР

N 439064, кл. G 06 F 1/02, 1972 (прототип).

955048

ФАЗ

Составит;ель А. Карасов

Редактор Л. Пчелинская -Техред А. Ач Корректор Е. Роако

Заказ 3 /53 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,