Устройство для моделирования совокупности случайных событий

Устройство для моделирования совокупности случайных событий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЛЬСТВУ

< >. 942009

Сотоз Советскии

Социелистичесиии

Республик (6 I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 06.03.80 (2!) 289 44б/)8„24. с присоединением заявки ЭЙ(23 } П р кори тет(зг м. кл . (еоударстаеиый комитет

СССР

Io делам изабретеиий и открытий

6 Об Р 7/58 (53) УДКSsi.325 (688 ° 8) Опубликовано 07.07.82. Бюллетень М 25

Дата опубликования описания 07.07.82 (72) Авторы изобретения

В.Н,Жовинский, И.M.Êoëàìåíñêèé и Э.А.Кумачев (713 Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

СОВОКУПНОСТИ СЛУЧАЙНЫХ СОБЫТИЙ

Изобретение относится к вычисли-, тельной технике, в частности к специализированным вычислительным устройствам для моделирования совокупности случайных событий, и может быть использовано в исследованиях различных автоматизированных систем, например, для анализа работоспособности исследуемой системы при возникновении отказов в отдельных блоках.

Известно устройство для статического моделирования сложной системы работ, содержащее генераторы случайных импульсов, блоки выделения заданного импульса, логические элементы 5

Это устройство позволяет сформирова т ь совокуп ност ь слу чайных событий, имеющих распределение во времени и пространстве, обусловленное заранее установленными логическими связями fl).

Однако данное устройство позволяет сформировать равномерно распределенные события, поскольку порядок по2 явления событий четко определен логическими связями устройства, Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для моделирования совокупности случайных событий, содержащее генератор случайных и генератор регулярных импульсов, два счетчика и первый элемент И.

Известное устройство формирует поток случайных импульсов (событий) с заданной вероятностью появления.

При моделировании работы исследуемых систем бывает необходимо, чтобы на интервале времени. Т, про- . изошло и различных событий из И возможных равномерно распределенных на этом интервале времени. Такими событиями могут быть, например, отказы блоков в моделируемой системе.

В этом случае при исследовании работоспособности системы в условиях отказов за время работы модели Т должно отказать равно и блоков из М

3 94 возможных, при этом моменты отказов независимы друг от друга и равномерно распределены на интервале Т. Решить эту задачу можно различными способами, например комплексировани. ем М устройств, аналогичных известному (2 ), Однако в этом случае точность моделирования недостаточно высока, что обусловлено двумя требованиями: а) необходимо, чтобы за интервал

Т произошло ровно и событий; б) произошедшие события должны быть несовпадающими, которые в из-. вестных устройствах не выполняются, поскольку среди произошедших событий могут быть повторяющиеся, а вероятность того, что за время Т произойдет число событий отличное от и достаточно велика. Так вероятность появления К событий (КФп) равна

2009 4 триггеров, выход четвертого элемента

И подключен ко вторым входам блоков задания моментов времени, выход второго элемента И подключен к первым входам пятого и шестого элементов И,, выход источника постоянного напряжения через замыкающую кнопку с самовозвратом подключен ко входу первого одновибратора, вход делителя частоты соединен с первым входом первоiO го элемента И, а выход - со вторым входом переключателя, выход которокап =0,712 Р =0,776 Р -0,825 . Рд„=0,875

Цель изобретения - повышение точности моделирования путем формирования равномерно распределенных во времени и пространстве событий.

Указанная цель достигается тем, что в известное. устройство для моделирования совокупности случайных событий, содержащее генератор случайных импульсов и генератор регулярных импульсов, два счетчика и элемент И, введены два дешифратора, два элемента И, два элемента К, даа одноаибратора, блок сравнения кодов, многовходоаой элемент ИЛИ, и блоков задания моментов времени, и ключей, и триггеров и блок управления, содержащий четыре элемента И, одновибратор, делитель частоты, источник постоянного на пряжения, переключатель и замыкающую кнопку с самовозвратом, при этом Первый вход переключателя является пер-. вым входом устройства, вход первого одновибратора является вторым входом устройства первый вход первого элемента И соединен с выходом .генератора регулярных импульсов, выход перво"

ro элемента И подключен ко входу первого счетчика, первый вход второго элемента И соединен с выходом генератора случайных импульсов, выход

- третьего элемента И. подключен к первым входам блоков задания моментов времени и ко входу второго одновиб. ратора, прямой выход первого одновибратора подключен к первым входам щим входам первой группы блока сравнения кодов, выходы второго дешифратора подключены ко вторым входам соответствующих триггеров, выходы которых соединены с соответствующими входами второй группы блока сравнения кодов, выход которого подключен ко входу третьего одновибратора, выход которого соединен со вторым входом пятого элемента И и через второй элемент НЕ с третьим входом седьмого элемента И, выход которого подключен к управляющему входу второго дешифратора, выходы триггеров являются выходами устройства, Блок задания моментов времени мо45

55 жет содержать электронный ключ, счетчик и многовходовой элемент И, при го подключен к первому входу третьего элемента И, первый вход второго элемента И соединен с первым входом четвертого элемента И прямой выход первого одновибратора подключен к вторым входам первого и четвертого элементов И,. а инверсный выход ко входам второго и третьего элементов

И соответственно, разрядные выходы .первого счетчика соединены с соответствующими входами первого дешифратора, выходы которого соответст25 . аенно подключены к третьим входам блоков задания, моментов времени, выход каждого из которых через соответствующий ключ подключен к соответствующему входу многовходоаого зо элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом седьмого элемента И, выход второго одновибратора подключен ко второму входу седьмого элемента И через первый элемент НЕ и ко второму входу шестого элемента

И, выход которого подключен к первому входу второго счетчика, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И, а разрядные выходы подключены к соответствующим входам

40 второго дешифратора и соответствуюS,942009 б этом первым входом задающего блока второму входу седьмого элемента И 8 является первый вход счетчика, вторым через первый элемент НЕ 15 и ко втп- и третьим - соответственно информаци- рому входу шестого элемента И 9, вы". онный и управляющий входы электронно- ход которого подключен к первому го ключа, а выходом - выход многовхо- s входу второго счетчика 6, второй вход дового элемента И, выход электронно- которого соединен с выходом пятого го ключа соединен со вторым входом 10 элемента И, а разрядные выходы подсчетчика, разрядные выходы которого ключены к соответствующим входам ВТ0подключены к соответствующим входам рого дешифратора 7 и соответствующим входам первой группы блока 14 сравне"

На фиг,l изображена блок-схема ния кодов, выходы второго дешифратора предлагаемого устройства; на фиг.2 - 7 подключены ко вторым входам соот""блок-схема задания моментов времени. ветствующих триггеров 13, выходы коУстройство содержит генератор 1 слу- торых соединены с соответствующими чайныхимпульсов,генератор 2регулярных1 входами второй группы блока 14 срав" импульсов, блок 3 управления, первый нения кодов, выход которого подклюсчетчик 4,первый дешифратор 5,второй чен ко входу третьего одновибратора счетчик б,второй дешифратор 7,седьмой 12, выход которого соединен со вто- ,шестой 9 и пятый lO элементы И, вто- рым входом пятого элемента И 10 и черой 11 и третий 12 одновибраторы, 20 рез второй. элемент НЕ 16 с.третьим триггеры l3, блок 14 сравнения кодов, входом седьмого элемента И 8; выход первый 15 и второй 16 элементы НЕ, . которого подключен к управляющему многовходовой элемент ИЛИ 17, ключи входу второго дешифратора 7, выходы

l8, блоки l9 задания моментов време- триггеров 13 являются выходами устни . Блок 19 задания моментов времени ройства. .содержит многовходовой элемент И 20 В блоке 19 первым входом является

, счетчик 21, электронный ключ 22,Блок первый вход счетчика 21, вторым и 3 управления содержит первый 23, третьим - соответственно информацитретий 24, четвертый 25 и второй 26 онный и управляющий входы электронэлементы И, источник 27 постоянного 30 ного ключа 22, а выходом - выход мно- . напряжения, первый одновибратор 28, говходового элемента И 20, выход переключатель 29, делитель 30 часто- электронного ключа 22 соединен со ты и замыкающую кнопку 3l с самовоз- вторым входом счетчика 21, разрядные вратом, при этом первый и второй вхо- выходы которого подключены к соответды блока 3 управления являются соот- З ствующим входам многовходового элеменветствующими входами устройства, а та И 20, третий и четвертый входы соединены B блоке 3 управления первым вхосоответственно с выходами генератора дом является первый вход переключа2 регулярных импульсов и генератора теля 29, вторым - вход одновибратора случайных импульсов, первый выход 4а 28, третьим и четвертым - первые блока 3 управления подключен ко вхо- входы первого 23 и второго 26 элеменду первого счетчика 4, второй выход - тов И, первым выходом - выход первок первым входам блоков 19 и ко входу го элемента И 23, вторым - выход тревторого одновибратора 11, третий вы- тьего элемента И 24, третьим - выход ход - к первым входам триггеров 13, 45 первого одновибратора 28, четвертым четвертый выход — ко вторым входам и пятым - выходы четвертого 25 и блоков 19, а пятый выход — к первым второго 26 элементов И соответствен" входам шестого 9 и пятого 10 элемен- но, выход источника 27 постоянного тов И, разрядные выходы первого счет- напряжения через замыкающую кнопку чика 4 соединены с соответствующими с самовозвратом подключен ко входу входами первого дешифратора 5, выходы первого одновибратора 28, вход дели" которого соответственно подключены к теля 30 частоты соединен с первым третьим входам блоков 19, выход каж- входом первого элемента И 23 а вы1 дого из которых через соответствующий ход " со вторым входом переключателя ключ 18 подключен к соответствующему 29,выход которого подключен к первовходу многовходового элемента ИЛИ 17, му входу третьего 24 элемента И, выход которого соединен с первым вхо- первый вход второго элемента И 26 дом седьмого элемента И 8, выход вто- соединен с первым входом четвертого рого одновибратора 11 подключен ко элемента И 25, прямой выход первого

7 9420 одновибратора 2S йодключен к вторым входам первого 23 и четвертого 25 элементов И, а инверсный. выход - ко вторым входам второго 26 и третьего

24 элементов И соответственно.

Предлагаемое устройство имеет два режима работы - нПодготовкап и

"Работа"., задаваемые блоком 3 управления. В режиме "Подготовка" в блоках 19 формируются коды, соответст- 10 вующие моментам времени, в которые должны произойти моделируемые события ° По окончании подготовки блок

3 управления переводит устройство в режим "Работа". В моменты времени, )5 соответствующие сформированным на этапе подготовки кодам, происходит генерирование случайных событий.При этом в каждый момент времени генерируется одно событие. Если 20 зто событие совпадает с событием, произошедшим ранее, происходит генерирование нового события, отличного от уже произошедших. Число возможных. событий, определяется числом 25 выходных триггеров 13, а число событий, которое должно произойти за время Т - числом блоков 19, подключенных через ключи .18 к многовходовому элементу ИЛИ 17. 30

В режиме "Подготовка" блок 3 управления соединяет выход генератора регулярных импульсов 2 с первым выходом блока 3 управления, выход генератора 1 случайных импульсов - с четвертым выходом, на третьем выходе формируется единичный, а на втором и пятом выходах нулевой сигнал.

В этом положении единичный .сигнал с третьего выхода блока 3 управления 40 поступает на первые входы триггеров

13 и устанавливает их в исходное ну:левое положение. Регулярные импульсы с генератора 2 через блок 3 управления поступают на вход первого счет. чика 4, Соединение разрядных выходов первого счетчика 4 с соответствующими входами первого дешифратора 5 обеспечивает яа выходах последнего

"Бегущую" единицу, которая, поступая на третий вход соответствующего бло- ка 19, открывает его, при этом сигналы генератора случайных импульсов поступают с четвертого выхода блока 3 управления на вторые входы бло55 ков 19 °

При наличии открывающей едйницы на третьем входе блока 19 подсчитыва09 ется число импульсов, поступающих на его второй вход, посредством чего в

l блоке 19 формируется случайная величина, соответствующая времени возникновения события. Частота следования регулярных импульсов и интенсивность потока случайных импульсов генераторов выбираются такими, чтобы за время между двумя регулярными импульсами сформировалось достаточное для интервала времени Т число случа íûõ импульсов. По истечение заданного времени, необходимого для того, чтобы во всех. блоках 19 сформировались случайные величины, блок 3 управления переводит устройство в режим "Работа".

В этом режиме на первом, третьем и четвертом выходах блоках 3 умножения устанавливается "0", второй выход соединяется со вторым входом устройства (при соответствующем положении переключателя 29) пятый — с выходом генератора случайных импульсов.

Иа второй вход устройства поступают тактовые временные импульсы с модели исследуемой системы и через блок 3 управления поступают на первый вход блоков 19. В момент времени, равный установленному в режиме пПодготовка" в каком-нибудь из блоков

19, на выходе этого блока появляется единичный сигнал, который через ключ

18 и многовходовой элемент ИЛИ 17 поступает на первый вход седьмого элемента И 8.

Те же самые тактовые временные импульсы, что поступают на первый вход блоков 19, поступают на вход второго одновибратора (ждущего мультивибратора) l1, формирующего импульсы с длительностью, равной половине периода следования тактовых импульсов, Этот сформированный импульс по ступает через первый элемент НЕ 15 на второй вход седьмого элемента И

:8 и запрещает на время первой полоI вины периода прохождения единичного сигнала с выхода многовходового элемента ИЛИ 17, а поступая на вход mecтого элемента И 9, разрешает прохождение случайных импульсов с выхода блока 3 управления и на первый вход второго счетчика 6, В качестве счетчиков в предлагаемом устройстве могут быть использованы двоичные счет-. чики в микросхемном исполнении типа l33 ИЕ5.

После того как второй одновибратор 11 переходит в исходное состоя9 9420 ние, случайные импульсы перестают поступать на первый вход второго счетчика 6, а коды, находящиеся в этом счетчике, сравниваются с состоянием выходных шин устройства a блоке !4 сравнения кодов. В качестве блока 14 сравнения кодов может быть использована микросхема селектормультиплексор 1Я КПХ (И63.088.042

ТУ 30) 1О

В этом случае, если код, находящийся во втором счетчике б, соответствует состоянию выходных шин, на выходе блока 14 сравнения кодов повышается сигнал, запускающий третий 1 одновибратор 12. Длительность импульса этого одновибратора составляет

0,01-0,001 периода следования регулярных импульсов. Сигнал с выхода третьего одновибратора 12 через вто- 20 рой элемент НЕ 1 6, поступая на седьмой элемент И 8, запрещает прохождение сигнала с выхода многовходового элемента ИЛИ 17 и одновременно разрешает прохождение случайных им- ?S пульсов на второй вход второго счетчика 6, чем обеспечивается изменение его содержимого. Если после возвращения третьего одновибратора 12 в. исходное состояние код, находящийся зо во втором счетчике 6, вновь соответствует состоянию выходных шин, блок

14 сравнения кодов вновь сформирует единичный сигнал, в результате чего код, содержащийся во втором счетчике

6, вновь изменится описанным выше способом. Если же код, находящийся во втором счетчике 6 не соответствует состоянию выходных шин, то на выходе блока сравнения кодов 14 будет нулевой сигнал. В результате на выходе второго элемента НЕ 16 будет единичный сигнал, и сигнал с выхода многовходового элемента ИЛИ 17 прой. дет через седьмой элемент И 8 на управляющий вход второго дешифратора

7, При этом на одной из шин второго дешифратора 7 появится единичный сигнал, соответствующий коду, находящемуся во втором счетчике 6, Этот единичный сигнал, поступая на второй вход соответствующего триггера 13, пе.ребрасывает его в единичное состояние, в результате чего изменяется состояние выходных шин устройства.

В качестве дешифратора в предлагаемом устройстве может быть исполь" зована микросхема типа ИД 3, в кото-, 09 10 рой дешифрирование осуществляется при подаче единичного сигнала на управляющий вход..

В зависимости от требуемого числа событий (отказов) ко входам иноговходового элемента ИЛИ 17 посредством ключей подключается соответствующее число блоков

В режиме "Подготовка" на первый вход блока 19 поступает нулевой сигнал. С соответствующей выходной шины первого дешифратора 5 поступает единичный открывающий сигнал, а на второй вход - случайные импульсы, Под действием открывающего сигнала открывается электронный ключ 22, и случайные импульсы поступают на первый вход счетчика, 21. Интенсивность потока случайных импульсов такова, что за время одного открывающего в среднем приходит число импульсов, превышающее емкость счетчика 21, что обеспечивает равномерность формируемого кода. В результате этого в ходе режима "Подготовка" в счетчике 21 задающего блока формируется некоторый случайный код.

В режиме "Работа" на первый вход блока 19 поступают тактовые временные импульсы с периодом следованияаФ.

Емкость счетчика 21 выбирается равной величине Т/дФ. В этом случае любой код, записанный в этом счетчике, соответствует времени .О<С<Т, при этом за счет равномерности сформированного в счетчике 21 кода времени

Т имеют равномерное на интервале (О, Т распределение.

В соответствии с равномерным распределением величины такое же распределение имеет величина t =Т-t, поэтому в блоке 19 в режиме "Работа" тактовые импульсы подаются на второй вход счетчик 21, который считает тактовые импульсы, начиная с того состояния, в которое он был установлен в режиме "Подготовка" и через время, начиная с момента начала работы устройства, во всех разрядах счетчика будет находиться единицы.

В этот момент на выходе многовходового элемента И 20 появится единичный сигнал, Блок 3 управления служит для задания режима работы предлагаемого устройства. При подаче на его вто" рой вход импульса одновибратор

28 запускается и подает одиночный сигнал на первый 23 и четвертый 25

11,9420 элементы И, чем обеспечивается подача единичного сигнала на третий вы-. ход блока, регулярных импульсовна первый выход и случайных импульсов - на четвертый выход, чем обеспечивается режим "Подготовка", При необходимости переход в этот режим можно выполнить нажатием кнопки 31, s результате чего напряжение с источника 27 постоянного напряжения по- >0 ступает на вход одновибратора 28 и запускает его, При переходе одновибратора 28 в исходное состояние единичный сигнал поступает на соответствующие входы . 15 второго 26, третьего 24 элементов И, чем обеспечивается переход устройства в режим "Работа", Работа может происходить от внешнего задающего генератора, подающего zo тактовые импульсы на первый вход блока управления 3, либо от внутреннего источника 2 регулярных импульсов, В последнем случае регулярные импуль- сы проходят через делитель 30 часто- 25 ты, Режим работы от внутреннего или внешнего источника задается переключателем 29.

Устройство позволяет повысить точ- зв ность результатов статического моделирования функционирования -сложных систем в условиях возникновения отказов, Это достигается формированием равномерно распределенных во времени и пространстве событий. При этом в процессе моделирования на интервале времени Т возникает заданное число отказов, тогда как известное устройство обеспечивает возникновение К 4О отказов, число которых необязательно равно заданному и.. Например, как указывалось выше, при п=3 вероятность того,,что КФ3 равно 0,776. В этом случае в ходе моделирования в 22,44 реализации выполняется требование п=3 и таким образом сокращается объем результатов, на основании которых проводится статиетический анализ функционирования системы в условиях возникновения заданного числа отказов, Предлагаемое устройство позволяет осуществить возникновение заданного числа различных отказов во всех реализациях, чем обеспечивается более высокая точность статистических данных, полученных в ходе моделирования.

Таким образом, использование пред.лагаемого устройства позволяет повы09

12 сить точность статистического моделирования и сократить объем проводимых работ (при заданной точности), чем определяется технико-экономический эффект изобретения.

Формула изобретения е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены два дешифратора, два элемента И, два элемента НЕ, два одновибратора, блок сравнения кодов, многовходовой элемент ИЛИ, и блоков задания моментов времени, и ключей, П триггеров и блок уппавления, содержащий четыре элемента И, одновибратор, делитель частоты, источник постоянйого напряжения, переключатель и замыкающую кнопку с самовозвратом, при этом первый вход-переключателя является первым входом устройства, вход первого одновибратора является вторым входом устройства, первый вход первого weмента И соединен с выходом генератора регулярных импульсов, первый вход второго элемента И соединен с выходом генератора случайных импульсов, выход первого элемента И подключен к входу первого счетчика, выход третьего элемента И подключен к первым входам блоков задания моментов времени и к входу второго одновибратора, прямой выход первого одновибратора подключен к первым входам триггеров, выход четвертого элемента И подключен к вторым входам блоков задания моментов времени, вы" ход второго элемента И подключен к первым входам пятого и шестого элементов И, выход источника постоянного напряжения через замыкающую кнопку с самовозвратом-подключен к входу первого одновибратора, вход делителя частоты соединен с первым входом первого элемента И, а выходс вторым входом переключателя, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, первый вход второго элемента И соединен с первым входом четвертого элемента

И, прямой выход первого одновибратора подключен к вторым входам первого

1. Устройство для моделирования совокупности случайных событий, содержащее генератор случайных импульсов и генера" тор регулярных импульсов,два счетчика и элемент И, о т л и ч а ю щ е.13 942009 1 4 и четвертого элементов И, а инверс- . вибратора, выход которого соединей с ный выход, — к вторым входам в срого вторим входом пятого элемента И и чеи,третьего элементов И соответствен- рез второй элемент НЕ с третьим вхо-но, разрядные выходы первого счетчи- дом седьмого элемента И, выход котока соединены с соответствующими вхо- рого подключен к управляющему входу дами первого дешифратора, выходы ко-. второго дешифратора, выходы триггеров торого соответственно подключены к являются выходами устройства. третьим входам блоков задания момен- 2. Устройство по п.i, о т л и « тов времени, выход каждого из которых ч а ю щ е е с я .тем, что блок задачерез соответствующий ключ подключен 1в ния моментов времени содержит ключ

Ф к соответствующему входу многовходово- счетчик и многовходовой элеиент И

У го элемента ИЛИ, выход которого соеди- при этом первым входом задающего блока нен с первым входом седьмого элемента является первый вход счетчика, втоИ, выход второго одновибратора под" рым и третьим - соответственно инключен к второму входу седьмого эле- gg формационный и управляющий входы мента И через первый элемент НЕ и к электронного ключа, а выходом блока . второму входу шестого элемента И, вы- является выход многовходового элеход которого подключен к первому вхо- .мента И, выход электронного ключа ду второго счетчика, второй вход ко" соединен с вторым входом счетчика; торого соединен с выходом пятого эле- . разрядные. выходы которого подключемента И, а разрядные выходы подключе- ны к соответствующим входам многоны к соответствующим входам второго входового элемента И, дешифратора и соответствующим входам первой группы блока сравнения" кодов, Источники информации, выходы второго дешифратора подключены принятые во внимание при экспертизе к вторым входам соответствующих триг- 1. Авторское свидетельство CCCP геров, выходы которых соединены с со- 0 458831, кл. 6 Об Р 15/36, 1975 ответствующими входами второй группы 2. Авторское свидетельство СССР блока сравнения кодов, выход которо- Ф 425183, кл. б 06 F 15/36, 1972 го подключен к входу третьего одно- .(прототип) .