Генератор случайных величин

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сойи Советских

Социалистических

Роспуолик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 01.Х1.1971 (№ 1710151/18-24) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 14Х!.1973. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 8.Х.1973

М. Кл. G 061 1/02

Комитет по делам изобретений и открытий прн Совете Министров

СССР

УДК 621.373.544 (088.8) Авторы изобретения

7,.:

В. А. Христюк, Б. М. Черновой и Д. P. Дещенко

Завод им. Масленникова (1 .:

Заявитель

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАИНЫХ ВЕЛИЧИН

Генератор предназначен для получения дис- . кретных значений случайных величин для моделирования различных вероятностных процессов.

Известны генераторы случайных величин, 5 содержащие физический генератор шума, генератор детерминированной последовательности импульсов, счетчики импульсов, матричные переключатели и другие .импульсные и логические узлы. Схема таких генераторов 10 сложна. Вероятностные характеристики генерируемых ими величин зависят от параметров физического генератора шума, которые, в свою очередь, зависят от различных дестабилизирующих факторов (изменений температу- 15 ры, питающих напряжений, процессов старения элементов). Они характеризуются сложностью получения требуемого закона распределения и наличием взаимной коррекции генерируемых случайных величин. 20

Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что в нем один выход генератора импульсов соединен с запоминающим устройством через делитель и одну из схем «И», причем выход делителя подключен к входу 25 запуска триггера, а другой — через другую схему «И», счетчик, матричный переключатель, блок схем «И» и схему «ИЛИ». Генератор шума через преобразователь подсоединен к счетному входу запуска триггера, соединен- 30 ного с целью запуска одновибратора, выход которого подключен к запоминающему устройству, счетчику и делителю. Потенциальный выход триггера соединен со вторыми входами схем «И». Это позволяет значительно упростить конструкцию генератора, получить высокую стабильность вероятностных характеристик при воздействии дестабилизирующих факторов, упростить получение требуемого закона распределения, а также исключить взаимную корреляцию.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого генератора.

Генератор 1 шума соединен с преобразователем 2, выход которого через контакты а и б выключателя 8 подсоединен к счетному входу запуска триггера 4. Выход триггера подключен к входу одновибратора б и схемам

«И» б и 7. Выход одновибратора соединен с цепью сброса делителя 8, счетчика 9 импульсов и запоминающего устройства 10. Вход делителя через контакты в и г выключателя 8 подключен к выходу генератора Il импульсов, а вход счетчика 9 подсоединен к выходу того же генератора через схему 7. Выход счетчика через матричный переключатель 12, блок 18 схем «И» и схему «ИЛИ» 14 подключен к входу запоминающего устройства, которое соединено с выходом схемы б. Выход делите386392

3 ля 8 подключен к входу одного плеча запуска триггера 4 и к схеме б.

При замыкании ключа 8 импульсы с генератора 11 поступают на делитель 8, кратность деления которого выбирается равной 10 х" (а=1,2...). Импульсы с выхода делителя подаются на триггер 4 и схему б, на выход которой они проходят только при наличии оигнала с триггера. В исходном состоянии такой сигнал отсутствует.

С генератора 1 электрический шум поступает на преобразователь 2, где преобразуется в пуассоновский поток импульсов. Когда ключ 8 замкнут, они могут проходить на счетный вход запуска триггера 4.

В момент 4 замыкания ключа импульсы с генератора 11 подаются на делитель 8 и этим определяется начало одного цикла работы устройства. Концом этого цикла является момент времени 1ь когда на выходе делителя появляется импульс. Таким образом, период работы устройства определяется отрезком времени т=4 — to, который делится импульсами генератора 11 на 10 и отрезков. В течение промежутка времени т с преобразователя на триггер может поступить только один случайный импульс или более одного импульса и может не поступить ни одного случайного импульса, Если за время т с преобразователя на триггер не поступает ни одного случайного импульса, счетчик 9 не заполняется, так как на него через схему 7 не проходят импульсы с генератора Il. Появившийся в конце интервала времени т на выходе делителя 8 импульс не проходит через схему б на запоминающее устройство 10. Он поступает только на триггер 4. При этом триггер не опрокидывается, так как находится в исходном состоянии.

Таким образом, временной интервал т, в течение которого не появляется случайный импульс, оказывается нерабочим.

Если же за время т с преобразователя на триггер поступает более одного импульса, то в момент появления первого случайного импульса триггер опрокидывается и выдает на схемы б и 7 сигнал. С этого момента начинает заполняться счетчик, емкость которого выбирается равной 10х". При появлении второго случайного импульса триггер снова опрокидывается. В этот момент сигнал с триггера, подаваемый на схемы б и 7, снимается, счетчик перестает заполняться, с триггера .на одновибратор 5 поступает импульс запуска.

Одновибратор срабатывает и на его выходе появляется импульс сброса, который поступает на делитель, сбрасывая его в исходное состояние, на счетчик, сбрасывая записанное там число, и на устройство 10, сбрасывая записанное там число. Таким образом, при появлении второго случайного импульса, устройство возвращается в исходное состояние и начинается отработка нового временного интервала.

Если за время т с преобразователя на триг5 ю

15 го

25 зо

65 гер поступает только один случайный импульс, устройство срабатывает, как было описано выше при появлении первого случайного импульса. Далее оно .раоотает следующим образом.

Счетчик 9 заполняется до окончания временного интервала т. Тем самым с помощью счетчика измеряют интервал времени от момента появления случайного импульса в интервале т до окончания этого интервала с точностью до 1: (10 х"). По окончании этого интервала на выходе делителя 8 появляется импульс, который через схему б проходит на запоминающее устройство 10, давая команду на считывание записанной в нем величины.

Этот же импульс поступает на триггер 4 и переключает его в исходное состояние. При этом на выходе триггера появляется импульс, который запускает одновибратор 5. Одновибратор срабатывает и выдает импульс сброса на делитель, счетчик и запоминающее устройство. Таким образом, считывание случайных величин с запоминающего устройства производится только в том случае, когда в течение интервала времени появляется один случайный импульс.

Иными словами, на пуассоновский поток импульсов накладывают последовательность нормированных интервалов времени т .и выбирают только те интервалы, в которые попадает только один случайный импульс. При этом случайные импульсы оказываются распределенными в интервале времени по закону равной вероятности. Это свойство .и положено в основу получения нужного закона распределения случайной величины. Каждая декада счетчика имеет десять выходов, каждый из которых соединен с одной строкой матричного переключателя 12. Число столбцов в матричном переключателе выбирается равным числу дискретных значений случайной величины х, пределы изменения которой х„„„, — х„,„, Очевидно, что для получения заданного закона распределения случайной величины каждое дискретное значение Лх,(i= l, 2, m; Ax + Axg+ + Лхт = смаке хм1ш) должно появляться с заданной вероятностью

Рг (1+ Р2+ ° ° ° + P = 1) °

Каждое дискретное значение случайной величины в устройстве представляется числом импульсов на выходе схемы «ИЛИ» 14, т. е.

Ах< представляется одним импульсом, Ax>— двумя и т. д. Следовательно, количество импульсов, появляющееся .на выходе схемы 14, должно иметь заданную вероятность.

Если в течение времени т на запоминающее устройство подавать последовательность :импульсов, общее количество которых равно т, и временной сдвиг между ними At; выбирать пропорциональным требуемой вероятности Р;, чтобы при этом соблюдалось условие At<+

+ 12+ ° ° +Л1т=т, то вероятность появления на выходе i-ro дискретного значения случайной величины имеет требуемую вероятность

Р;. Такая последовательность импульсов с за.

386302

5 данным сдвигом образуется с помощью счетчика 9, матричного переключателя 12, блока

13 и схемы «ИЛИ» 14. Получается она следующим образом.

Каждый столбец матричного переключателя через соответствующую ему схему «И» подключается к требуемым строкам, т. е. к десяти выходам каждой декады счетчика, так, чтобы был набран соответствующий интегральный закон распределения случайной величины х. Импульсы, появляющиеся на выходе каждой схемы «И» блока 13, поступают на общий выход через схему 14.

Таким образом, на выходе схемы 14 появляется последовательность импульсов, сдвинутых по времени,на заданную величину

At;. Этот временной сдвиг устанавливается

1 по временнои шкале с точностью до

10л что равнозначно установлению требуемой ве1 роятности Р; с точностью — . Требуемая

10п точность установки Р, и определяет частоту генератора 11 импульсов, а также число декад счетчика.

За один рабочий цикл в запоминающем устройстве записывается и считывается некоторое число от 1 до m. Частота появления каждого из этих чисел определяется установленным на матричном переключателе интегральным законом распределения их. Таким образом получается требуемый закон распределения случайной величины х, Как видно из описания устройства, .не каждый временной интервал т является рабочим. В часть .интервалов т не попадает ни одного импульса, другая часть интервалов т теряется из-за того, что в н их попадает более одного случайного импульса. Процент того и другого числа интервалов зависит от соотношения выбранного значения временного интервала и параметра пуассоновского потока.

Очевидно, что это соотношение имеет оптио мальное значение. При заданном временном интервале оптимальное соотношение устанавливается изменением параметра пуассоновского потока, который легко изменяется с помощью изменения уровня шума генератора 1. При воздействии различных дестабилизирующих факторов параметры шума меняются, следовательно, меняется и параметр пуассоновского потока. Это приводит только к изменению быстродействия устройства, но не влияет на статистические характеристики генерируемой случайной величины. Оптимальное быстродействие легко контролировать с помощью интегрального счетчика и при необходимости оперативно подстраивать изменением параметров шума.

Предмет изобретения

20 Генератор случайных величин, содержащий триггер, схемы «И» и «ИЛИ», запоминающее устройство, генератор шума, матричный переключатель, генератор импульсов, счетчик импульсов, отличающийся тем, что, с целью

25 упрощения конструкции, повышения надежности и быстродействия, он содержит одновибратор, делитель и преобразователь, вход которого соединен с генератором шума, а выход — с входом триггера, другой вход кото50 рого соединен с выходом делителя и входом первой схемы «И», второй вход которой подключен к выходу триггера, через одновибратор к первым входам запоминающего устройства, счетчика импульсов, делителя и не35 посредственно к входу второй схемы «И», другой вход которой соединен с выходом генератора импульсов и со вторым входом делителя; выход второй схемы «И» через счег. чик импульсов, матричный переключатель, 40 третью схему «И» и схему «ИЛИ» подклю. чен к второму входу запоминающего устройства, третий вход которого соединен с выходом первой схемы «И»,