SU1073773A1 - Генератор случайного импульсного процесса - Google Patents

Abstract

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАПНОГО ИМПУЛЬСНОГО ПРОЦЕССА, содержащий датчик сутучайных чисап, первый выход которого соединен и информационным входс первого регистра пам ти, второй регистр пам ти, первый блок пам ти, генератор и тульсов/ выход которого соединен с входом делител  частоты, счетчиз, первый преобразователь к од-напр жение, выход кст орого соединен с управл ющим входом второго, преобразовател  код-напр жение отличающийс  тем. что, с целью повышени  формировани  импульсов, он содержит второй блок пам ти, цифровой фильтр и триггер , единичНЕлй выход которого соединен с управл ющими входами первого преобразовател  код-напр жение, второго регистра пам ти и первого блока пам ти, а таюхе с первш1 входом.- Опрос датчика случайных чисел , второй выход которого соединен с информационным входом второго регистра пам ти, выход которого соединен с информационным входом второго преобразовател  код-напр жение,, выход которого  вл етс  выходом генератора , выход генератора импульсов соединен с вторым входом Опрос дат чика случайных чисел, выход первого (Л регистра пам ти соединен с адресны входом первого блока пам ти, выход с которого соединен с управл ю1дам входом делител  частоты, выход которого соединен со счетным входом счетчика, выход переполнени  которого соединен со счетным входсм триггера и с управл ющим входом первого регистра пам ти, информационный вы ход счетчика соединен с адресным входом второго блока пам ти, выход со которого через цифровой, фильтр соединен с информационным входом первого преобразовател  код-напр жение . со

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике, предназначено дл  воспроизведени  потока случайных импульсов заданной формы и может быть использовано при построении имитационно-моделирующей аппаратуры дл  исследовани  и оптимизации стру турно сложных систем, при создании автоматизированных систем испыта;1и  на механические, электрические и другие воздействи , в частности. дл  формировани  электрического про цесса управлени  объекта чи с неравномерными частотными характеристика ми, например, электродинамическим ударным стендом. Известно устройствор содержащее генератор случайных импульсов, циклический регистр сдвига, группу генераторов периодических импульсов, элементы И, ИЛИ fj . Устройство позвол ет формировать поток импульсов со случайными интер валами следовани  импульсов, с. управл емым законом их распределени , но не позвол ет формировать более сложные импульсные процессы, напри мер поток импульсов со случайными амплитудами, длительност ми и интер валами следовани . Кроме того, оно характеризуетс  сложностью схемного решени  (большое количество управл емых генераторов импульсов-), слож ностью настройки на требуемый зако распределени , требующей решени  системы уравнений, невозможностью изменени  интенсивности потока без перерасчета настройки закона распре делени . Известно устройство, содержащее группу генераторов исходных случайных процессов, группу формирующих фильтров и блок суммировани . Устройство позвол ет формировать случайный процесс с заданной произволь ной спектральной плотностью мощности 2 . Однако такое устройство не позво л ет формировать импульсные процессы с заданными произвольными законами распределени  амплитуд и време ных параметров. Кроме того, его реализаци . требует значительных аппаратурных затрат (большое количество формирующих фильтров и генераторов исходных случайных процессо;в) . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  генератор случайного импульсного пр цесса, содержащий последовательно соединенные блок пам ти., датчик случайных чисел, блок управлени , первый генератор импульсов и счетчик импульсов, вход блока пам ти соединен с вторым выходом- блока уп равлени , последовательно соединенные источник эталонных напр жений, первый и второй преобразователи код- напр жение и модул тор пол рности выходного сигнала, выход которого подключен к выходу генератора, первый регистрJ первый вход которого соединен с вторым выходом случайных чисел, второй вход - с третьим выходом блока управлени , а выход с вторыми входами первого преобразовател  код-напр жение и модул тора ПОЛЯРНОСТИ выходного сигнала, реверсивный счетчик, первый вход которого соединен с четвертым входом блока управлени , а выход - с вторым входом второго преобразовател  код-напр жение, второй регистр, первый вход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика , а второй вход - с вторым входом датчика случайных чисел и третьим входом сче.тчика импульсов, делитель частоты, первый вход которого подключен к выходу второго регистра, а выходд - к второму входу реверсивного счет ика, второй генератор импульсон, выход которого соединен с вторьм входом делител  частоты З . Процесс функционировани  генератора можно представить как последовательность повтор ющихс  циклов, на каждом ИЗ которых формируетс  импульс треугольной равнобедренной формы со случайной амплитудой (А), длительностью ( и случайным временным интервалом (Т) методу началом текущего и последупцего 11мпульсов (период следовани ). Каждый цикл начинаетс  тем, что формируетс  три случайных числа, задающих на данном цикле конкретное значение параметров A,t и Т. При этом датчик случайных чисел последовательно подключаетс  блоком управлени  к области пам ти, в которой хр.н тс  последовательности кодов, задающих законы распределени  F (Л), ) Ч С) (По существу датчик .случайных чисел и блок пам ти представл ют собой программно управл емый генератор случайных чисел, формирующий на каждом цикле последовательно три случайных числа). I Первое случайное число записываетс  в первый регистр, второе - во второй, третье - в счетчик импульсов, после чего разрешаетс  работа счетчика импульсов, делител  частоты и реверсивного счетчика, в котором к началу цикла записаны нули. На второй вход реверсивного счетчика поступают импульсы с выхода делител  частоты, коэффициент делени  которого задаетс  в течение цикла кодом, записанным во втором регистре. При этом состо ние счетчика с поступлением каждого импульса увеличиваетс  на единицу до момента, когда в нем

будут записаны все единицы, после чегоJпроисходит переключение его в режим обратного счета, а при достижении нулевого состо ни  работа счетчика на данном цикле запрещаетс . Таким образом, в течение цикла состо ние реверсивного счетчика последователь но измен етс  через регул рные промежутки времени с посто нным приращением от нулевого до максимального и обратно. При этом с помощью второго преобразовател  код-напр жение, источника эталонных напр жений, первого преобразовател  код-напр жение и модул тора пол рности выходного сигнала производитс  преобразование последовательности состо ний реверсивного счетчика в аппроксимированный ступенчатый импульс треугольной формы и аналоговое умножение его мгновенной амплитуды с учетом знака на число, записанное в первый регистр.

С помощью первого генератора импульсов и счетчика производитс  преобразование (развертка) записанного в начале цикла в счетчик числа во временной интервал (Т) периода следовани . По окончании преобразовани  блок управлени  обеспечивает реализацию нового цикла работы устройства .

Таким образом, генератор формирует поток разнопол рных импульсов треугольной равнобедренной формы стрем  случайными параметрами:амплитуда,длтельность и период их следовани  суп равл емыми законами распределени .

Недостаток известного генератора состоит в том, что он не позвол ет формировать импульсные процессы с формой импульсов, отличной от треугольной , например с полусинусоидалной , трап ецеидаль ной.

Кроме того, он не позвол ет формировать импульсный случайный процесс с произвольными соотношени ми значений длительностей временных параметров. Генератор формирует прцесс с длительност ми импульсов, кратными минимальной длительности.

В известном генераторе не предусмотрена возможность простого задани  смещени  законов распределени  временных параметров формируемого процесса, т.е. изменение минимальной длительности импульсов, пауз.

Известный генератор характеризуетс  низкой точностью воспроизведени  формы импульса в заданной точке объекта с неравномерност ми амплитудно- и фазо-частотных характеристик, например, электродинамического стенда . Неравномерности А X и Ф X привод т к искажени м формы импульса на испытуемом объекте. Форма А X и Ф X стенда измен етс  в зависимости

от массы и механических свойств установленного на нем объекта, условий внешней среды. Кроме того, при одинаковых услови х А X и Ф X разных стендов имеют отличающуюс  форму. Поэтому дл  обеспечени  эквивалентности испытаний изделий необходимо формировать на выходе генератора импульсный процесс со сложной формой импульсов, откорректированной с

10 учетом искажений, вносимых из-за неравномерностей Ф X и А, X объекта управлени , что невозможно, в случае применени  устройства-прототипа.

Кроме того, в известном генерато5 ре дл  задани  длительности импуль .са и периода следовани  имеютс  две независимые группы блоков. Формирование интервала периода следовани  осуществл етс  с помощью первого

0 генератора импульсов и счетчика импульсов . Задание длительности импульса осуществл етс  с помощью второго генератора импульсов, второго регистра и делител  частоты.

5 Поэтому оба параметра формируютс  последовательно во времени, их можно формировать на одном и том же оборудовании (что и реализуетс  в предлагаемом устройстве).

Целью изобретени   вл етс  повы0 шение точности формировани  импульсных случайных воздействий на объекте управлени  (например, электродинамическом стенде).

5

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в генератор случайного импульсного процесса, содержащий датчик случайных чисел, первый выход которого соединен с информационным

0 входом первого регистра пам ти, второй регистр пг1м ти, первый блок пам ти, генератор импульсов, выход которого соединен с входсм делител  частоты, счетчик, первый преобразо5 ватель код-напр жение, выход кото- рого соединен с управл ющим входом, второго преобразовател  код-напр жение , введены второй блок пам ти, цифровой фильтр и триггер, единичный

0 выход которого соединен с управлшэщими входами первого преобразовател  код-напр жение, второго регистра пам ти и первого блока пам ти, а также с первым входом Опрос датчи-5 ка случайных чисел, второй выход которого соединен с информационным входом второго регистра пам ти, выход которого соединен с информационным входе второго преобразовател  код - напр жение, выход кото0 рого  вл етс  выходом генератора, выход генератора импульсов соединен с вторьм входе Опрос датчика случайных чисел, выход первого регистра пам ти соединен с адресным входом первого блока пам ти, выход которого соединен с управл ющим вхо дом делител  частоты, выход которого соедин со счетным входом счетчи ка, выход переполнени  которого сое динен со счетным входом триггера и с управл ющим входом первого регистра , пам ти, информационный выход счетчика соединен с адресным входом второго блока пам ти, выход которог через цифровой фильтр соединен с информационным входом первого преоб разоватвл  код-напр жение. На чертеже представлена структур на  схема генератора случайного импульсного процесса. Генератор содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты, счет чик 3, блок 4 пам ти, цифровой фильтр 5, первый б и второй 7 преобразователи код - напр жение, триг гер 8, датчик 9 случайных чисел, .первый 10 и второй 11 регистры пам ти , блок 12 пам ти. Все блоки устройства за исключением датчика случайных чисел 9 и циф рового фильтра 5  вл ютс  типовыми блоками и узлами вычислительной : ехники. Генератор 1 импульсов предназначен дл  формировани  опорной последовательности импульсов развертки процесса, дл  чего может быть использован любой из известных, например на интегральной схеме 155АГ1 по типовой схеме включени . Дл  обеспечени  высокой стабильности характеристик формируемого процесса желательно примен ть генератор на кварцевом разонаторе. Первый вход делител  частоты 2  вл етс  счетным входом, второй - входом управлени  коэффициента пересчета. Наиболее простой  вл етс  реализаци  делител  частоты на интегральных микросхемах К589ХЛ4, при этом дл  обеспечени  требуемого диапазона заданий коэффициента пересчета последовательно соедин етс  несколько элементов. Счетчик 3 содержит счетный вход, выход кода состо ни  и выход переполнени , в интегральном исполнении существует счетчик подобного типа 155ИЕ7. Триггер 8 содержит счетный вход и выход и может быть выполнен На микросхеме К155ТМ2. Регистры 10 и 11 содержат входы информации, входы управлени  и вы:юды , могут быть выполнены на микросхемах регистров 155ИР1, 155ТМ8. Блок пам ти 4 -содержит вход адреса и выход информации,.второй блок пам ти 12 содержит первый вход адреса, выход информации и второй вход управлени , выбирающий первую или вторую половину второго блока пам ти 12. So врем  формировани  процесса информаци  в обоих блоках пам ти 4 и 12 не мен етс , поэтому входы записи информации не показаны. Оба блока пам ти 4 и 12 могут быть вьшолнены на интегральных элементах пам ти 155РП1, 155РУ5, 155РУ2,188РУ2 и др. Первый преобразователь код-напр жение б содержит вход преобразуемого кода, выход напр жени  и вход разрешени  преобразовани , второй преобразователь код - напр жение 7 содержит вход преобразуемого кода, вход опорного напр жени  и выход. Преобразователи могут быть выполнены на элементах 572ПА1. Даггчик случайных чисел 9 предназначен дл  формировани  трех потоков случайных чисел с законами распределени , вычисл емыми исход  из требуемых характеристик формируемого процесса. Первый поток чисел поступает на 2-й выход датчика случайных чисел 9 два других потока Е режиме разделевкл времени поступают на 1-й вход датчика случайных чисел 9, В качестве датчика случайных, чисел может быть использовано известное устройство 4, позвол ющее формировать множество потоков случайных чисел с произвольными требуемьп 1и законами распределени  о Цифровой фильтр 5 предназначен дл  коррекции поступающей на его вход последовательности кодов с учетом искажений, вносш.олх объектом управлени  (например, электродинамическим стендом) из-за неравномерности его А,X иФ X (в качестве цифрового фильтра может быть использовано известное 5 устройство) . Работу генератора можно представить в виде непрерывной последовательности циклов, на каждом из которых он формирует импульса заданной формы со случайной амплитудой А, длительностью. и паузой Q между окончанием данного импульса и началом последующего. Каждый цикл состоит из р да шагов, на каждом шаге происходит формирование одной точки импульсного процесса, К моменту начала очередного цикла триггер 8 и счетчик 3 устанавлива- етс  в нулевое состо ние, и из датчика случайных чисел 9 в первый 10 и второй 11 регистры записываютс  случайные числа, задающие длительность импульса и амплитуду импульса соответственно. В делителе частоты 2 устанавливаетс  коэффициент пересчета , задаваемый кодом, поступающим из второго блока пам ти 12. Адрес считывани  во второй блок пам ти 12 поступает с выхода первого регистра 1Q. Нулевое состо ние триггера 8 разрешает работу первого преобразовател  код - напр жение б

и считывание информации из первой половины второго блока пам ти 12. Импульсы с генератора 1 импульсов поступают на первый вход делител  частоты 2, осуществл ющего деление частоты последовательности импульсов с коэффициентом пересчета, определ емым кодом числа, поступаклдим на второй вход делител  частоты 2. из второго блока пам ти 12 (генераци  импульса). Период импульса с делител  частоты 2 определ ет длительность шага и длительность интервала дискретизации формируемого процесса. Импульсы с выхода делител  частоты 2 поступают на счетный вход счетчика 3. По каждому импульсу происходит последовательное увеличение состо ни  счетчика 3 на единицу , начина  с нулевого состо ни  в начале цикла. При этом из первого блока пам ти 4 происходит последовательное считывание записанной информции по адреса, формируемым счетчиком 3. Последовательность считанных кодов проходит через цифровой фильтр 5. Первый преобразователь код - напр жение 6 преобразует последовательность кодов с цифрового фильтра 5 в аналоговую форму с учетом их знака, т.е. в электрический сигнал формируемого импульса. Этот сигнал поступает на вход опорного напр жени  второго преобразовател  код - напр жение 7 и проходит на его выход с амплитудой, пропорциональной коду на входе, поступающему со второго регистра 11. Второй преобразователь код - напр жение 7 выполн ет функцию усилител  с цифровым управлением коэффициентом усилени .

В первом блоке пам ти 4 записана последовательность кодов, описывающа  требуемую форму сигнала. При необходимости получени  этой формы в некоторой точке объекта с неравномерност ми А X и Ф X, параметры цифрового фильтра 5 (А X и Ф X) рассчитываютс  на основании частотных характеристик объекта таким образом, чтобы после прохождени  сигнала через объект его формы в заданной точке соответствовала требуемой.

После того, как счетчик 3 достигает максимального состо ни , следующим импульсом с делител  частоты 2 счетчик 3 устанавливаетс  в нулевое состо ние, а триггер 8 импульсом переполнени  с второго выхода счетчика 3 - в единичное состо ние. Высокий потенциал с выхода триггера 8 поступает на вход управлени  второго блока пам ти 12, разреша  считывание кодов из второй его половины, и на вход первого преобразлвател  код - напр жение б, запреща  дальнейшее преобразование, т..е. на выходе его - нулевой уровень. Кроме того , импульс переполнени  поступает на вход управлени  первого регистра 10, и в него записываетс  новый код из датчика случайннх чисел 9, опреел ющий новый адрес считывани  во втором блоке пам ти 1 и, соответственно , измен етс  коэффициент пересчета делител  частоты 2 генераци  паузгы . После того, как счетчик 3 снова достигнет максимального состо ни , следующим импульсом с делител  частоты 2 счетчик 3 устанавливаетс  в нулевое состо ние, триггер 8 импульсом переполнени  со второго выхода счетчика 3 - в нулевое состо ние , чам разрешаетс  работа первого преобразовател  код-напр жение б, считывание информации из первой поовины блока пам ти 14 и производитс  прием новых кодов в первый 10 и второй 11 регистры из датчика случайных чисел 9, определ ющих длительность и амплитуду импу.пьса соответственно; начинаетс  формирование следующего импульса, т.е. цикл формировани  процесса повтор етс  сначала.

Датчик случайных чисел 9 формируejT noTOK чисел, принимающих значени  О,К . Длительности импульсов и пауз принимают значени , определ емые кодами, записанными во втором блоке пам ти 12, с веро тност ми, равными веро тност м соответствующих случайных кодов, формируемых датчиком случайных чисел 9. Во второй блок пам ти 12 может быть записана люба  требуема  последовательность кодов. При этом длительности импульсов (и пауз) могут иметь произвольные требуемые соотношени  (в том исле и кратные минимальной, как в устройстве-прототипе). Это обеспечивает возможность-произвольного квантовани  требуемых знаков распределени , что позвол ет повысить точность моделировани  и адекватность формируемых воздействий реальным. Прибавление к последовательности кодов, записанной в первой или второй половине второго блока пам ти 12, посто нных чисел обеспечивает задание посто нного смещени  в длительности импульсов или пауз,, т.е. обеспечиваетс  управление смещением закона распределени . Таким образом, предлагаемое устройство формирует импульсный процесс со случайными амплитудой, длительностью импульсов и пауз мё цй импульсами, с произвольной формой импульса в заданной точке объекта.

Предлагаекшй генератор случайного импульсного процесса позвол ет проводить испытани  на импульсные воздействи  с любой заданной формой импульса, случайными амплитудой,

длительностью импульса и длительностью паузы; характеризуетс  широними функциональными возможност ми управлени  параметрами случайного импульсного процесса, так как возможно задание произвольных соотноД1ений между длительност ми импульсов (пауз), как кратных так и не кратных минимальной, простотой упра лени  Посто нным смещением значений длительности. В совокупности с возможностью задани  произвольных веро тностей значений длительностей ИМПУЛЬСОВ (пауз) и амплитуд это позвол ет настроитьгенератор таким образом , что имитируемый им процесс оказываетс  наиболее адекватным некоторому реальному по соответст вующим статистическим характеристикам , временной конструкции и функции спектральной плотности мощности

Генератор обеспечивает высокую точность формировани  импульсных воздействий на объекте управлени  (например, на электродинамическом стенде) при испытани х на случайный удар, поскольку вследствие использовани  цифрового фильтра 5 он воспроизводит форму ИМПУЛЬСОВ на CBoeiv выходе, откорректированную с учетом вносимых объектом искажений из-за -нелинейности его Ф X и А X, благодар  чему достигаетс  эквивалентность испытаний изделий на различных с-сендах в различных услови х . При изменении условий или смене объек-Са управлени  (стенда) цифровой фильтр перестраиваетс  в соответствии с А X и Ф X объекта управлени .

В качестве базового объекта использована микро-ЭВМ СМ-1800 (вариант СМ50/40), s состав которой входит преобразователь код - напр жение . С помс фю данной ЭВМ можно .формировать случайный импульсный

процесс, использу  алгоритм функцио нировани  предлагаемого генератора либо другой аналогичный алгоритм (базовый объект и предлагаемый генератор обладают в принципе одинаковой точностью).

Быстродействие предлагаемого генератора примерно в 50-100 раз больше, чем базового объекта; стоимость базового объекта 50 тыс.руб.,

0 а стоимость предлагаемого устройства около 6 тыс. руб.

Дл  обслуживани  одной ЭВМ СМ1ЬОО требуетс  два человека, в то врем  как один человек может обслу5 живать 3-5 предлагаемых устройств, Кроме того, предлагаемое устройство потребл ет меньше электроэнергии и занимает значительно меньшую площадь ,, чем базовое.

0 Особенно эффективно применение предлагаемого генератора случайного импульса в составе автоматизированных испытательных систем. При этом управл юща  мини-ЭВМ, например

5 Электроника-бО, осуществл ет начальную загрузку блоков пам ти генератора , датчика случайных чисел и цифрового фильтра; затем, в процессе нескольких циклов его работы.

0 обеспечивает постройку цифрового фильтра с учетом вносимых искажений конкретным объектом управлени  (например , электродинамическим стендом), добива сь требуемой формы и парамет ров импульсов непосредственно на

объекте управлени , после чего предлагаемый генератор случайного импульсного процесса может работать автономно, а управл юща  ЭВМ переключаетс  на решение других задач.

0 Таким образом, управл юща  ЭВМ может обслуживать несколько генераторов подобного типа и выполн ть в то же врем  р д других действий, св занных с решаемой задачей.

Ш

Claims (1)

1. ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ИМПУЛЬСНОГО ПРОЦЕССА, содержащий датчик случайных чисел, первый выход которого соединен и информационным входом первого · регистра памяти, второй регистр памяти, первый блок памяти, генератор импульсов, выход которого соединен с входом делителя частоты, счетчиз?, первый преобразователь код-напряжение, выход которого соединен с управляющим входом второго, преобразователя код-напряжение, отличающийся тем, что, с целью повышения формирова'ния импульсов, он содержит второй блок памяти, цифровой фильтр и триггер, единичный выход которого соединен с управляющими входами первого преобразователя код-напряжение, второго регистра памяти и первого блока памяти, а также с первым входом· Опрос датчика случайных чисел, в тс£>ой выход которого соединен с информационным входом второго регистра памяти, выход которого соединен с информационным входом второго преобразователя код-напряжение,, выход которого является выходом генератора , выход генератора импульсов _Λ соединен с вторым входом Опрос дат- § чика случайных чисел, выход первого регистра памяти соединен с адресным входом первого блока памяти, выход которого соединен с управляющим входом делителя частоты, выход которого соединен со счетным входом счетчика, выход переполнения которого соединен со счетным входом триггера и с управляющим входом первого регистра памяти, информационный выход счетчика соединен с адресным входом второго блока памяти, выход которого через цифровой, фильтр соединен с информационным входом первого преобразователя код-напряжение.

   >