SU750466A1

SU750466A1 - Digital random process generator

Info

Publication number: SU750466A1
Application number: SU782611630A
Authority: SU
Inventors: Александр Александрович Петровский; Александр Ефимович Леусенко
Original assignee: Минский радиотехнический институт
Priority date: 1978-05-04
Filing date: 1978-05-04
Publication date: 1980-07-23

Description

(54) ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ(54) DIGITAL GENERATOR OF RANDOM PROCESSES

Изобретение относитс к области вычислительной техники и может быть использовано в качестве блока модульной ЭВМ, специализированного блока универсальной ЭВМ, задаю щей аппаратуры дл воспроизведени случайны процессов с заданной спектральной плотностью мощности при построении автоматизированных систем исследовани надежности с помощью вибростендов. Известен р д генераторов дл формировани случайных процессов заданной спектральной плотностью мощности, в которых требуема спектральна плотность мощности случайного процесса аппроксимируетс непересекающимис спектральными плотност ми полосовых случайных процессов с посто нной абсолютной полосой пропускани д(х) (или переменной относительной полосой ), причем велишша спектральной плотности мощности в полосе пропускани разна К, К,,..., К, При этом об зательным условием данного спо соба вл етс независимость полосовых случайных процессов. Данный метод и определил структуры построени генераторов случайных процессов. Известен генератор случайных процессов, содержащий г - источников белого щума, П -полосовых формирующих фильтров с регулируемым усилием в полосе. Выходной случайный процесс получаетс в результате суммировани на сумматоре всех выходных сигналов формирующих полосовых фильтров. Пон тно, что вид воспроизводимой спектральной плотности мощности на выходе оггредел етс значени ми коэффициентов усилени фильтров и количеством полосовых формирующих фильтров. Измен коэффициенты усилени и количество полосовых формирующих фильтров , можно с требуемой точностью получать случайные процессы с заданной спектральной плотностью мощности 1. Данным устройствам присущи существенные недостатки, к которым следует отнести наличие дрейфа у аналоговых фильтров, зависимость результатов работы от нестабильности реактивных элементов (L, С) схемы и особенно генератора белого , низкую технологичность изготовлени , трудоемкость настройки , а также сложность и высокую стоимость фильтров, особенно при высоких требовани х к качеству и крутизне амплитудно-частотной характеристики, громоздкость аппаратуры. Кроме того, особую сложность вызывает реализаци фильтров сверхнизких частот.The invention relates to the field of computer technology and can be used as a modular computer unit, a specialized universal computer unit, a master apparatus for reproducing random processes with a given power spectral density when building automated reliability testing systems using vibration stands. A number of generators are known for generating random processes of a given power spectral density, in which the required power spectral density of a random process is approximated by disjoint spectral densities of random bandwidth processes with a constant absolute bandwidth d (x) (or variable relative bandwidth) bandwidth is different K, K ,, ..., K, in this case, an indispensable condition of this method is the independence of the band random processes. This method determined the structure for constructing random process generators. A known generator of random processes, containing g - sources of white schum, P - band forming filters with adjustable force in the band. The output random process is obtained by summing at the adder all the output signals of the forming band-pass filters. It is understood that the kind of reproducible power spectral density at the output is limited by the values of the filter gains and the number of band-pass shaping filters. By changing the gains and the number of band-shaped shaping filters, random processes with a given power spectral density can be obtained with the required accuracy. These devices have significant drawbacks, which should include the drift of analog filters, the dependence of the results on the instability of reactive elements (L ) schemes and especially the white generator, low manufacturability, laboriousness of the settings, as well as the complexity and high cost of filters, especially when high their requirements for quality and steepness of amplitude-frequency characteristic, the bulkiness of the equipment. In addition, the implementation of ultra-low-pass filters causes particular difficulty.

Известен также генератор, в котором аналоговые фильтры заменены цифровыми фильтрами , построенными на базе стандартных элементов вычислительной техники 2.Also known is a generator in which analog filters are replaced by digital filters built on the basis of standard elements of computer technology 2.

Однако в этом случае дл построени генератора случайных процессов необходимы значи- тельные аппаратурные затраты, которые выражаютс количеством фильтров, примененных в этом устройстве. Иногда дл уменьшени количества формирующих фильтров используют фильтры одной октавности (т.е. с посто нной относительной полосой пропускани {(х) 2. Очевидно, таким способом можно аппроксимировать узко ограниченный класс спектральной плотности мощности. Введение цифровых фильтров в генератор требует применени аналоговых фильтров нижних частот, которые подключаютс к выходу или к входу цифровых фильтров (предполагаетс наличие аналого-цифрового и цифроаналогового преобразователей в цифровом фильтре) дл подавлени повторов амплитудно-частотной характеристики , следующих с частотой дискретизации. Количество аналоговых фильтров нижних частот и генераторов белого шума в данном случае равно числу цифровых фильтров.However, in this case, the construction of a random process generator requires significant hardware costs, which are expressed by the number of filters used in this device. Sometimes, to reduce the number of shaping filters, filters of one octave are used (i.e., with a constant relative bandwidth {(x) 2. Obviously, a narrowly limited class of power spectral density can be approximated in this way. The introduction of digital filters into the generator requires the use of analog lower filters). frequencies that are connected to the output or to the input of digital filters (assuming the presence of analog-digital and digital-to-analog converters in a digital filter) to suppress amplitude repeats The frequency response following the sampling rate: The number of analog low-pass filters and white noise generators in this case is equal to the number of digital filters.

Недостатком такого генератора вл етс зависимость результатов7его работы от нестабильности реактивных элементов схемы (oco6efmo генератора белдго шума).The disadvantage of such a generator is the dependence of the results of its work on the instability of the reactive elements of the circuit (oco6efmo beldgo noise generator).

Дл повышени точности задани требуемой спектральной плотности мощности необходимо увеличивать количество полос, т.е. количество фильтров, при этом можно добитьс высокой точности задани требуемого спектра. Однако, очевидно, что точность задани требуемого спектра зависит от annapaTypin ix затрат на реализацию данного устройства, которые сильн ограничивают ее.To increase the accuracy of setting the required power spectral density, it is necessary to increase the number of bands, i.e. the number of filters, while you can achieve a high accuracy of setting the desired spectrum. However, it is obvious that the accuracy of setting the required spectrum depends on the annapaTypin ix cost of implementing this device, which severely limits it.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс цифровой генератор случайных процессов, содержащий пульт управлени , который представл ет собой последовательно соединенные регистр константы и дещифратор, цифровой фильтр, мультиплексор , коммутатор, генератор тактовой частоты, генератор белого шума, цифроаналоговый преобразователь, аналоговые фильтры нижние частот, сумматор 3.Closest to the proposed technical entity is a digital random process generator that contains a control panel, which is a serially connected constant register and decipher, digital filter, multiplexer, switch, clock frequency generator, white noise generator, digital-analog converter, analogue lower filters frequency adder 3.

Анализ Данного устройства показывает, что при достатоадо большом наборе цифровых фильтров различной октавности S (1-октавныAnalysis of this device shows that with a sufficiently large set of digital filters of different octave S (1 octave

1/3-октавные, 1/6-октавные) можно аппроксимировать больший класс спектров и несколько уменьшить аппаратурные затраты, в данном случае S.E где i - количество фильтров в двух предьщущих случа х, но число фильтров нижних частот равно их количеству во втором аналоге 2. Данный генератор не лишен недостатка: нестабильность реактивных элементов схемы. Если учесть современные требовани виброметрии, когда необходимо доводить центральные частоты до 0,5 Гц, то, кроме того, формирование дантгм устройством инфранизко-частотных полосовых случайных процессов вызывает особую сложность из-за трудностей изготовлени фильтров нижних частот. Следовательно , точность. задани требуемого спектра в области нижних частот данным устройством низка . Дл увеличени точности задани спектра необходимо увеличивать S ( количество разнооктавных фильтров, обычно берут 1/3-octave, 1/6-octave), you can approximate a larger class of spectra and slightly reduce hardware costs, in this case SE where i is the number of filters in the two previous cases, but the number of low-pass filters is equal to their number in the second analog 2 This generator is not without drawback: instability of reactive elements of the circuit. Taking into account the modern requirements of vibrometry, when it is necessary to bring the center frequencies to 0.5 Hz, then, in addition, the formation of a danthm device of infra-low frequency band-random processes causes particular complexity due to the difficulty of manufacturing low-pass filters. Consequently, accuracy. setting the required low-frequency spectrum with this device is low. To increase the accuracy of setting the spectrum, it is necessary to increase S (the number of different octave filters, usually take

0 два, три типа фильтров: 1 - октавный, 1/3 октавный , реже 1/6 - октавный), что сопр жено со значительными аппаратурными затратами , так как увеличиваетс число однотипных блоков - цифровых полосовых фильтров, 0 two, three types of filters: 1 - octave, 1/3 octave, less often 1/6 - octave), which is associated with significant hardware costs, as the number of units of the same type - digital bandpass filters increases,

5 представл ющих собой специализированные вычислительные устройства.5 are specialized computing devices.

Таким образом, недостатком известного генератора случайных процессов вл етс низка тошость задани требуемой спектральной Thus, a disadvantage of the known random process generator is the low nausea of setting the required spectral

0 плотности мощности, значительные аппаратурные затраты, зависимость результатов работы от нестабильности реактивных элементов схемы.0 power density, significant hardware costs, the dependence of the results of work on the instability of reactive circuit elements.

Цель изобретени - увеличение точности задани требуемой спектральной плотности The purpose of the invention is to increase the accuracy of the desired spectral density

5 мощности и сокраще1ше аппаратурных затрат, а также уменьшение зависимости результатов работы от нестабильности реактивных элементов схемы и увеличение быстродействи дл некоторых видов спектральных плотностей 5 power and reduced hardware costs, as well as a decrease in the dependence of work results on the instability of the reactive elements of the circuit and an increase in speed for some types of spectral densities

0 мощности, т.е. подн тие верхнего частотного диапазона генератора.0 power, i.e. raise the upper frequency range of the generator.

Дл достижени поставленной цели в известный цифровой генератор случайных процессов, состо щий из пульта управлени , цифроанало5 гового преобразовател , фильтра нижних частот, последовательно включегшых генератора тактовых частот, мультиплексора и генератора белого шума, причем первый выход пульта управлени соед1шен с первым входом мульти0 плексора, введены блок регистров динамической пам ти, коммутатор, дешифратор, два блока оперативной пам ти, два множительных блока, два накапливающих сумматора, блок синхронизации , щесть блоков элементов И, два блока To achieve this goal, a well-known digital random generator consisting of a control panel, a digital-analog converter, a low-pass filter, a series-connected clock generator, a multiplexer and a white noise generator, the first output of the control panel connecting to the first input of the multiplexer, block of registers of dynamic memory, switch, decoder, two blocks of RAM, two multipliers, two accumulating adders, block of synchronization, common block element and two blocks

Claims

1.Koval, V.G. Mastering equipment for reproduction of random vibrations in the study of reliability. - Bulletin mashinostroy1sh, 1970, № 6.

2.Vereshkin A.E., Katkovnik V. Ya. Linear digital filters and methods for their implementation. M., Soviet Radio, 1973.

3. Author's certificate of the USSR according to the application N 2445994 / 18-24, cl. G 07 C 15/00 (prototype

(.i

ti