Устройство для оценки вероятностно-временных характеристик формирования сигнала в информационно-управляющих системах

Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для оценки вероятностно-временных характеристик формировании управляющего сигнала по установленным правилам в информационно-управляющих системах (ИУС) на основе данных, получаемых от информационных систем.
1
2
2
3
2
4
5
6
7
5
6
8
Правила формирования управляющего сигнала в информационно-управляющих системах заданы логической функцией вида F(A) = АА+АА+АА+ААА+ААА. Данная функция зависит от булевых логических переменных Ai (i=1, 2, …, n), каждой из которой соответствует единственный входной информационный сигнал.
Известно устройство для моделирования отказов и повреждений в сложных системах [Патент РФ на изобретение №2292583], содержащее датчик первичного потока случайных импульсов, элемент И, одновибратор, счетчик импульсов, первый, второй и третий элементы задержки, генератор равномерно распределенных случайных чисел, первый и второй регистры памяти, элементы первой, второй и третьей группы, арифметический блок, генератор случайных чисел с заданным законом распределения, дешифратор, наборное поле, группу триггеров, элемент ИЛИ, генератор потока случайных импульсов, второй элемент И, генераторы шума, вторые группы триггеров, элементы ИЛИ первой группы.
Недостаток данного устройства - невозможность исследования вероятностно-временных характеристик формирования сигналов в ИУС.
Известно устройство для статистического моделирования состояния объекта испытаний [Патент РФ на изобретение №2010323], содержащее датчик случайных чисел, блок дешифрации, элемент И, генератор импульсов стабильной частоты, перестраиваемый делитель частоты, первый и второй реверсивные счетчики, первый и второй дешифраторы, блок коммутаторов, первый и второй генераторы случайных напряжений, первый и второй ключевые элементы, первую и вторую группы пороговых элементов, первый, второй и третий элементы ИЛИ, формирователь импульсов, элемент НЕ, триггер, блок индикации.
Недостаток данного устройства - невозможность исследования вероятностно-временных характеристик формирования сигналов в ИУС.
Известно устройство моделирования многорежимной системы [Патент РФ на изобретение №2246131], содержащее управляющий триггер, блоки генераторов случайных импульсов, блок формирования программы функционирования моделируемой многорежимной системы, блоки рабочих режимов и технологического режима, счетчики времени наработки, генераторы случайных импульсов, блок ИЛИ, счетчики отказов. Недостаток данного устройства - невозможность исследования вероятностно-временных характеристик формирования сигналов в ИУС.
Известен способ и устройство проверки логики работы
информационно-управляющих систем [Патент РФ на изобретение №259633]. Способ проверки логики работы информационно-управляющих систем обеспечивает формирование специального множества представительных последовательностей входных сигналов для испытаний ИУС, что позволяет значительно сократить объем испытаний ИУС и гарантирует проверку ИУС также как и полная совокупность последовательностей входных сигналов. Устройство для проверки логики работы информационно-управляющих систем позволяет автоматизировать процесс испытаний ИУС. Недостаток данного способа и устройства заключается в том, что он предназначен для проверки правильной логики работы ИУС и не позволяет проводить исследования вероятностно-временных характеристик формирования управляющего сигнала.
Наиболее близким по технической реализации к заявленному решению является устройство формирования управляющего сигнала [Патент РФ на ПМ №190908], содержащее содержит N триггеров входных сигналов опасных ситуаций, М блоков формирования сигнала в соответствии с заданными правилами (где М - число правил формирования сигнала), элемент ИЛИ, каждый блок формирования сигнала содержит позиционный регистр задания i-го (i=1,M) правила состоящий из триггеров, группу из N элементов И, группу из N элементов ИЛИ, элемент И. Входы информационных сигналов подключены к единичными входам соответствующих регистров, единичные выходы которых соединены с первыми входами соответствующих элементов И всех блоков формирования сигнала, к вторым входам элементов И каждого блока формирования сигнала подключены единичные выходы триггеров, нулевые выходы которых соединены со вторыми входами группы элементов ИЛИ, а первые входы которых соединены с выходами соответствующих элементов И, выходы группы элементов ИЛИ, соединены с соответствующим входом элемента И блока формирования сигнала, выходом элемента И каждого блока формирования сигнала подключен к соответствующему входу элемента ИЛИ, выход которого является выходом устройства.
1
2
2
3
2
4
5
6
7
5
6
8
В данном устройстве правила формирования управляющего сигнала задаются логической функцией вида F(A) = AA+AA+AA+AAA+AAA. Однако данное устройство не позволяет проводить исследования вероятностно-временных характеристик формирования сигналов.
Цель создания полезной модели обеспечение возможности оценки вероятностно-временных характеристик формирования управляющего сигнала в информационно-управляющих системах.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для оценки вероятности формирования сигнала в информационно-управляющих системах, содержащее N триггеров входных сигналов опасных ситуаций, элемент ИЛИ, М блоков формирования сигнала в соответствии с заданными правилами (где М - число правил формирования сигнала), каждый блок формирования сигнала содержит позиционный регистр задания i-го (i=1,M) правила состоящий из группы N триггеров, группы из N элементов И, группы из N элементов ИЛИ, элемент И, причем выходы группы соответствующих триггеров входных сигналов соединены с первыми входами И группы элементов всех блоков формирования сигнала, в каждом блоке формирования сигнала единичные выходы группы триггеров соединены с вторыми входами соответствующих элементов И группы, а выходы - к первым входам группы элементов ИЛИ, к вторым входам которых подключены нулевые выходы триггеров группы, выходы группы элементов ИЛИ, соединены с соответствующими входами элемента И, выход которого является выходом блока формирования сигнала, выход каждого блока формирования сигнала подключен к соответствующему входу элемента ИЛИ, с целью расширения области использования устройства за счет оценки вероятности формирования управляющего сигнала на основе правил, заданных логической функцией, в устройство введены генератор тактовых импульсов, N датчиков случайных чисел, элемент И, первую и вторую линию задержки, первый и второй счетчик, регистр заданного числа испытаний, схема сравнения, блок деления, группа элементов И, регистр результата, средство отображения, причем вход запуска устройства соединен с входом пуска генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с входами всех датчиков случайных чисел, с входом второго счетчика, с входом первой линии задержки, выход которой соединен со вторым входом элемента И и входом второй линии задержки, выход которой соединен с входами установки в нулевое состояние триггеров входных сигналов, к входам установки в единичное состояние которых подключены выходы датчиков случайных чисел, выход элемента ИЛИ соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с входом первого счетчика, информационные выходы первого счетчика подключены к входами делимого блока деления, выходы регистра заданного числа испытаний подключены ко вторым входам схемы сравнения, выход которой соединен с управляющими входами группы элементов И и входом останова генератора тактовых импульсов, информационные выходы второго счетчика подключены к первым входам схемы сравнения и к входам делителя блока деления, выходы которого через группу элементов И соединены с входами регистра результата, выходы которого соединены с входами средства отображения.
Сущность полезной модели состоит в том, что в предлагаемом устройстве задаются вероятностно-временные характеристики получения сигналов от информационных систем о возникновении опасной ситуации, осуществляется моделирование входных сигналов с заданными вероятностно-временными характеристиками, в соответствии с правилами формирования, заданных логической функцией, производится подсчет количества сформированных управляющих сигналов за время не превышающее заданное и рассчитываются вероятностно-временные характеристики формирования управляющего сигнала.
На рисунке фиг. 1 представлена структурная схема устройства.
1
N
1
N
1
М
1
М
1
N
1
N
1
N
Устройство содержит генератор тактовых импульсов 1, N датчиков случайных чисел 2-2 (где N - число входных информационных сигналов), N триггеров входных сигналов опасных ситуаций 3 -3, М блоков формирования сигнала в соответствии с заданными правилами 4 -4 (где М - число правил формирования сигнала), элемент ИЛИ 9, элемент И 10, первый и второй счетчики 11, 12, схему сравнения 13, регистр заданного числа испытаний 14, первую и вторую линию задержки 15, 16, блок деления 17, группу элементов И 18, регистр результата 19, средство отображения 20, вход запуска устройства 21, при этом каждый блок формирования сигнала 4 -4 содержит позиционный регистр задания i-го (i=1,M) правила, состоящий из триггеров 5-5, группу из N элементов И 6-6, группу из N элементов ИЛИ 7-7, элемент И 8.
Устройство работает следующим образом.
1
2
2
3
2
4
5
6
7
5
6
8
Пусть правила формирования управляющего сигнала заданы логической функцией F(A) = AA+AA+AA+AAA+AAA.
Для рассматриваемого случая используются восемь информационных сигналов, т.е. N=8 и пять правил формирования сигнала, М=5.
Сигнал на выходе устройства будет сформирован при поступлении входных информационных сигналов:
1) либо от первой и второй информационных систем;
2) либо от второй и третьей информационных систем;
3) либо от второй и четвертой информационных систем;
4) либо от пятой, шестой и седьмой информационных систем;
5) либо от пятой, шестой и восьмой информационных систем.
1
8
1
1
2
1
3
8
2
2
3
2
1
4
8
3
2
4
3
1
3
5
8
4
5
7
4
1
4
8
5
5
6
8
5
1
4
7
1
N
1
N
1
N
В исходном состоянии триггеры 3-3 находятся в нулевом состоянии. В первом блоке 4 формирования сигнала в соответствии с первым правилом формирования управляющего сигнала триггеры 5 и 5 устанавливается в единичное состояние, а остальные триггеры первого блока 4 формирования сигнала (триггеры 5-5) - в нулевое состояние. Во втором блоке 4формирования сигнала в соответствии со вторым правилом формирования управляющего сигнала триггеры 5 и 5 устанавливается в единичное состояние, а остальные триггеры второго блока 4 формирования сигнала (триггеры 5, 5-5) - в нулевое состояние. В третьем блоке 4 формирования сигнала в соответствии с третьим правилом формирования управляющего сигнала триггеры 5 и 5 устанавливается в единичное состояние, а остальные триггеры третьего блока 4 формирования сигнала (триггеры 5, 5, 5-5) - в нулевое состояние. В четвертом блоке 4 формирования сигнала в соответствии с четвертым правилом формирования управляющего сигнала триггеры 5-5 устанавливается в единичное состояние, а остальные триггеры четвертого блока 4 формирования сигнала (триггеры 5-5, 5) - в нулевое состояние. И, наконец, в пятом блоке 4 формирования сигнала в соответствии с пятым правилом формирования управляющего сигнала триггеры 5, 5, 5 устанавливается в единичное состояние, а остальные триггеры пятого блока 4 формирования сигнала (триггеры 5-5, 5) - в нулевое состояние. В регистр заданного числа испытаний 14 заносится требуемое число испытаний, которое определяется исходя из требуемой точности оценок. Датчики случайных чисел 2-2 настроены таким образом, чтобы на выходе был сигнал в соответствии со значением вероятности формирования сигнала i-той (i=1,N) информационной системой. При этом, если требуется оценка вероятности формирования сигнала, то датчики случайных чисел 2-2 выдают сигналы в соответствии со значением вероятностей формирования сигналов i-той (i=1,N) информационной системой, если требуется оценка вероятности ложного формирования сигнала, то датчики случайных чисел 2-2 выдают сигналы в соответствий со значением вероятностей ложного формирования сигналов i-той (i=1,N) информационной системой.
1
N
При запуске устройства генератор тактовых импульсов последовательно запускает датчики случайных чисел 2-2, которые по каждому импульсу с заданной вероятностью устанавливают соответствующие триггеры в единичное состояние.
1
2
3
8
3
8
1
2
1
2
1
2
1
2
1
Рассмотрим формирование управляющего сигнала при установке триггеров 3 и 3 в единичное состояние. Так как в первом блоке 4) формирования сигнала триггеры 5-5 установлены в нулевое состояние, то с нулевых выходов указанных триггеров высокий потенциал поступит через элементы ИЛИ 7 - 7 на соответствующие входы элемента И 8. На всех входах кроме первого и второго элемента И 8 будет высокий потенциал и при установлении триггеров 3, 3 в единичное состояние, то с единичных выходов триггера 3, 3 через элементы И 6, 6 ИЛИ 7, 7 высокий потенциал поступит на первый и второй вход элемента И 8. Т.к. на всех входах элемента И 8 высокий потенциал, то с выхода элемента И 8 первого блока 4 формирования сигнала высокий потенциал поступит через элемент ИЛИ 9 на второй вход элемента И 10.
2
3
2
1
4
8
1
4
8
2
3
2
3
2
3
2
3
2
Рассмотрим работу устройства при установке триггеров 3 и 3 в единичное состояние. Так как во втором блоке 4 формирования сигнала триггеры 5, 5-5 установлены в нулевое состояние, то с нулевых выходов указанных триггеров высокий потенциал поступит через элементы ИЛИ 7, 7-7 на соответствующие входы элемента И 8. На всех входах кроме второго и третьего элемента И 8 будет высокий потенциал и при установке триггеров 3 и 3 в единичное состояние, то с единичных выходов триггеров 3 и 3 через элементы И 6 и 6, элементы ИЛИ 7 и 7 высокий потенциал поступит на второй и третий входы элемента И 8. Т.к. на всех входах элемента И 8 высокий потенциал, то с выхода элемента И 8 второго блока 4формирования сигнала высокий потенциал поступит через элемент ИЛИ 9 на вход элемента И10.
Аналогично устройство работает при установке триггеров 3 в единичное состояние в соответствии с правилами 3, 4, 5.
1
N
Тактовый импульс поступит на вход счетчика 12 и через первый элемент задержки 15 (задержка на время переходных процессов) в случае высокого потенциала (при формировании сигнала по любому из правил) на входе элемента И 10 тактовый импульс поступит на вход первого счетчика. С выхода первого элемента задержки импульс пройдя второй элемент задержки (задержка на время переходных процессов элемента И 10 и счетчика 11) установит триггеры 3-3 в нулевое состояние. По второму и последующим импульсам генератора тактов 1 работа устройства будет продолжена описанным выше способом до тех пор, пока значение счетчика 12 не сравняется со значением, записанным в регистре 14.
пол
Σ
пол
Σ
При достижении значения счетчика 12 значения, записанного в регистре 14 с выхода схемы сравнения 13 сигнал остановит генератор тактовых импульсов и откроет группу элементов 18. Значение с блока деления L/L (где L - число положительных исходов; L - общее количество испытаний) поступит в регистр 19 и отобразится в блоке 20. На этом работа устройства будет закончена.
Технический результат предложенного технического решения заключается в том, что устройство позволяет оценить вероятность формирования управляющего сигнала в автоматических системах на основе правил, заданных логической функцией. При этом возможна оценка вероятности, как правильного формирования управляющего сигнала в автоматических системах, так и вероятности формирования управляющего сигнала в автоматических системах в результате ложного срабатывания информационных средств.
Таким образом, цель создания полезной модели обеспечение возможности оценки вероятности формирования управляющего сигнала на основе правил, заданных логической функцией, достигнута.