Устройство для автоматической смены масштабов в аналоговой вычислительной машине Советский патент 1984 года по МПК G06G7/12 

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к аналоговым вычислительным машинам(ЛВМ).

Известны устройства для автоматической смены масштабов, содержащее электромеханические блоки, осуществляющие плавное изменение масштаба по машинной переменной ij .

Недостатком этих устройств явля(ется низкая полоса пропускания и необходимость высокоточной синхрЪнизации работы всех устройств,, осу1цествлякяцих изменение масштаба, в противном случае в решение вносятся существенные ошибки, значительно искажающие форму моделируемого процесса,

Наиболее близким по технической сущности к предложенному, является устройство для автоматической смены масштабов, содержащее последовательно соединенные блок фиксации rpa ниц диапазона, блок запрета ложного импульса и реверсивный счетчик импульсов, блок фиксации знака машинной переменной, соединенный с источниками опорных напряжений, индикатор номера поддиапазона, подклю1ченный к выходу реверсивного счетчика, блок коммутации резиёторов, включенных на входе операционного усилитля и в его цепи обратной связи. Это устройство осуществляет ступенчатое изменение масштаба по выходной переменной сумматора АВМ.

Сущность ступенчатого изменения масштаба состоит в разбиении всего динамического диапазона изменения физической переменной на ряд стыкующихся поддиапазонов, которым соответствуют диапазоны разбиения машинной переменной. Для поддиапазонов машинной переменной выбирается коэффидиент расширения поддиапазонов, ра ный отношению максимального значения Мсш1инной переменной (обычно это значение, равное и максимальному напряжению шкалы АВМ) к минимальному для данного поддиапазона, выбираемому из условия обеспечения качества машинного решения. Эти значения являются границами поддиапазона. Произведение коэффициентов расширения всех поддиапазонов машинной переменной должно равняться динамическому диапазону изменения физической переменной. При равенстве коэффициентов расширения поддиапазонов максимальные значения физической переменной образуют геометрическую прогрессию со знгьменателем, равным коэффициенту расширения. Каждый поддиапазон разбиения маишнной переменной характеризуется выбранными масштабами переменной, а следовательно, соответствующими коэффициентами передачи сумматора по каждому входу. Переход машинной переменной в соседний поддиапазон приводит к измененшд масштаба по выходной переменной, что требует одновременного изменения коэффициентов передач по всем входам одновременно 2j .

Недостатком данного устройства является ограничение возможностей в воспроизведении операции суммирования из-за отсутствия связи с другими такими же устройствами, осуществляющими смену масштабов переменных, функционально связанных с данной пе ременной. Это обстоятельство играет существенную роль при моделировании систем дифференциальных уравнений со сложными перекрестными связями и функциональными зависимостями. Кроме того,отсутствие мобильной выставки различных значений коэффициентов передачи по входам, а также сложность блока коммутации входных резисторов ограничивает возможности сумматора и применение его для моделирования сложных систем, где требуется суммировать большое число переменных, меняющихся в значительных диапазонах, перекрывающих возможности (с точки зрения поддиапазонов разбиения) данного устройства. Цель изобретения: - расширение динамического диапазона, повышение точ ности и быстродействия устройства.

л

Для достижения поставленной цели в устройство для автоматической смены масштабов в аналоговой вычислительной машине, содержащее операционный усилитель, вход которого соединен с первыми выводами входных масштабных резисторов и через масштабный резистор обратной связи - с выходом операционного усилителя, являющимся выходом устройства и подключенным к входу блока фиксации границ поддиапазонов, выход которого соединен с входом блока запрета ложного импульса, реверсивный счетчик и блоки коммутации резисторов, выходы которых подключены к управлякнцим входам входных масштабных резисторов и масштабного резистора обратной свя зи, введены блок сопряжения, дешифратор, запоминающий блок и цифроуправляемые сопротивления, включенные между входами устройства и вторыми выводами входных масштабных резисторов и подключенные управлякицими входами к выходам запоминающего блока, входы которого соединены с группой выходов дешифратора, блок сопряжения включен между выходом блока запрета ложного импульса и входом реверсивного счетчика, выход которого подключен к входу дешифратора, нулевой выход которого соединен с запрещающим входом блока запрета ложного импульса, а первый и второй выхода подключены соответственно к входам блоков коммутации входных масштабных резисторов и блока комму-тации масштабного резистора обратной связи.

На фиг,1 представлена общая блоксхема устройства для автоматической смены масштабов сумматора АВМ/ на фиг.2 - схема блоков фиксации границ поддиапазонов, запрета ложного импульса, сопряжения, на фиг.З - временная диаграмма работы устройства.

Устройство для автоматической смены- масштабов в АВМ содержит операционный усилитель 1, блок 2 фиксации границ поддиапазонов, соединенный последовательно с блоком 3 запрета ложного импульса, выход которого через блок 4 сопряжения соединен с . реверсивным счетчиком 5, Выходы реверсивного счетчика 5 подсоединены ко входам дешифратора 6, который соединен с блоками 7 коммутации входных масштабных резисторов и масштабного резистора обратной связи 8, а также с входами запоминающего блока 9, выходы которого соединены с цифроуправляемыми сопротивлениями 10, подключенными к входам входных масштабных резисторов 8.

Блок 2 фиксации границ поддиапазо нов (фиг.2) содержит четыре схемы сравнения , на один из входов которых подсоединено напряжение машинной переменной у . Все схемы сравнения формируют на выходе импульс при пересечении машинной переменной у границ поддиапазона, при этом первая схема сравнения 11 фиксирует пересечение машинной переменной веохней границы (ВГ) поддиапазона +Е (в качестве -«-Е рвыбирается зона линейности вычислительных блоков АВм) равная Е,ад, например 100 В для ламповых или 50 В, или 10 В для полупроводниковых АВМ), вторая схема сравнения 112 Фиксирует пересечение нижней границы поддиапазона Бцс напряжение которой, выбирается из условия обеспечения качества машинного решения, третья схема сравнения 11 фиксирует пересечение машинной переменной отрицательного напряжения верхней границы -Ецг, равного по модулю ц, четвертая схема сравнения 11 фиксирует пересечение машинной переменной отрицательного напряжения нижней границы -Е(-, равного по модулю Е gr . Блок 3 запрета ложного импульса (фиг.2) содержит два логических элемента ИЛИ 12 и 13, четыре одновибратора 14-17 с запретом логический элемент ИЛИ 18 и логический элемент И 19. Этот блок осуществляет селекцию импульсов блока 2 фиксации границ поддиапазонов, поскольку в момент равнения с любой из границ происхо-; ит переброс машинной переменной У на соответствующую противоположную границу/ при этом импульс от нее не

жен пройти навход реверсивного счетчика импульсов 5.

Блок 4 сопряжения (фиг.2) содержит два многовходовых логических элемента ИЛИ 20 и 21, на первые

входы которых подсоединены соответственно выходы одновибраторов 14, 16 и 15, 17, а на другие входы - выходы дешифраторов других устройств автоматической смены масштабов. Выходы логических лементов ИЛИ 20 и 21, образующие шиньа передачи сигналов сложения и вычитания, подсоединены к соответствующим входам реверсивного счетчика импульсов 5.

Блок 7 коммутации резисторов (фиг.2) содержит ключевые элементы 22, управляющие входы которых через согласующие элементы 23 подключены к выходам дешифратора 6,

а исполнительные част.и их (например, контакты реле) включены параллельно секциям масштабных резисторов обратной связи 8 и секциям входных масштабных резисторов 8 операционного.

усилителя 1.

Запоминающий блок 9 представляет собой запоминающее устройство, выполненное, например, на регистрах из статических триггеров. Выход .каждого регистра соединен с соотвегствующим цифроуправляемым сопротивлением 10, а входы регистров подсоединены к соответствующим, (1-к выходам дешифратора, где П - число . выходов дешифраторов как для положительных номеров поддиапазонов, так и для отрицательных, к - число выходов дешифраторов, к которым подсоединены ключевые элементы также как для положительных, так и для

отрицательных номеров поддиапазонов.

На фигг и 2 .приняты следующие обозначения:

у - выходная машинная переменная, Х.Дп- входные машинные переменные.

Устройство работает следующим образом.

Пусть на выходе операционного усилителя 1 (фиг.1) машинная переменная у изменяется так, как показано на .&иг.4, т.е. переменная

возрастает и в начале последовательно переходит из нулевого поддиапазона в первый, из первого - во вто-. рой и в третий, а затем начинает уменьшаться, проходит последовательно эти же поддиапазоны в обратном порядке и, пройдя нулевой поддиапазон, .переходит в отрицательные поддиапазоны: в первый, второй, затем снова первый и. нулевой. Такое двкжение перегйенной по поддиапазонам представим как 0-1-2-3-2-1-0-1-2-1 -0.

Рассмотрим первый переход 0-1. Схема сравнения 1.1 блока 2 фиксацин границ поддиапазона вырабатывает

импульс в момент сравнения машинной пес менной с напряжением -n-t gp . Этот импульс поступает на запускающий вход одновибратора 14 блока 3 блокировки лажного импульса. С выход одновибратора 14 сигнал поступает с одной стороны на вход логического элемента ИЛИ 12, ас его выхода на запрещёиснций вход одновибратора 15 и тем CctMBM блокирует его работу на времй перехода машинной переменной У с ВГ на НГ, поскольку при достижении НГ схема сравнения tl2 вырабатывает импульс, который при таком изменении переменной является ложным. Благодаря такой блокировке импульс со схемы сравнения llj не проходит на вход логического элемента ИЛИ 21. С другой стороны, сигнсш с выхода одновибратора 14 поступает на вход логического элемента.ИЛИ 20 в случае, когда на другие входы логических элементов ИЛИ 20, 21 сигналов от других устройств автоматической смены масшатбав не поступает, импульс с выхода логического элемента ИЛИ 20 поступает по машине слежения на вход реверсивного счетчика импульсов 5. Под действием импульса ревер сивный счетчик импульсов 5, дешифратор б изменяют свое состояние таКИМ образом, что на выходе дешифратора 6, соответствующему первому поддиапазону разбиения, появляется напряжение, поступающее в блок 7 коммутации резисторов.

Ключевые элементы расположенные в этом блоке, производят расшунтирование или наоборот шунтирование секций резисторов обратной связи или секций резисторов во входных цепях операционного усилителя 1, что обеспечивает изменение коэффициента передачи сумматора, а следовательно, и масштаба переменной 1} (для данного примера это изменение в 10 pasj.

Рассмотрим переход машинной переменной 1| из третьего поддиапазона во второй, т.е. переход 3-2.

Импульс со схемы сравнения llj, поступает на вход одновибратора 15, выходной сигнал которого блокирует по запрещающему входу работу одновибратора 14. Одновременно импульс с аыхоя& одновибратора 15 проходит через логический элемент ИЛИ 21 бло,ка 4 сопряжения на вход реверсивного счетчика импульсов 5 по шине вычитамия. Под действием этого импульса изменяется состояние выхода реверсивного счетчика импульсов 5, а следовательно, состояние выхода дешифратора б, который изАюняет состояние ключей, а следовательно, и коэффициент передачи сумматора по всем входам.

Аналогично происходит работа уат ройства при переходе 2-I.

Рассмотрим переход 1-0.

Этот процесс отличается от рассмотренных, поскольку машинная переменная в нулевом поддиапазоне изменется от + ЕВГ до - ЕНГ или наоборо в зависимости от характера изменения. При входе машинной переменной j в нулевой поддиапазон с нулевого выхода дешифратора 6 поступает сигнал на прямой вход логического элемента И 19 (по инверсному входу сигнала не поступает), с выхода которого поступает сигнал через логичкие элементы ИЛИ 12 и 13 на запрещакздие выгоды одНовибраторов 15 и 16 Тем самым осуществляется блокировка прохозвдения сигналов с этих одновибраторов на входы соответствую1яи логических элементов ИЛИ 20 и 21 блока 4 сопряжения при пересечении машинной переменной Ij напряжений 4-Ецр ИЕцг . При нахождении мгшганиой переменной в других поддиапазонах на прямой вход логического элемента И 19 сигнал не поступает несмотря на появление сигналов с выхода одновибраторов 15 и 16 при пересечении машинной переменной tj4 Е ц,. соответствующего поддиапазона. Характер работы устройства .при изменении машинной переменной в поддиапазонах с отрицательными номерами аналогичен рассмотренному.

Положим, что машинная переменная вышла а пределы номеров поддиапазонов, для которых изменение коэффициента передачи сумматора по входгш осуществлялось с помощью релейных элементов. В этом случае как для положительных номеров поддиапазонов сигнал с соответствующего выхода дешифратора 6 поступает на адресный вход запоминающего устройства 9. Информация (кодовое значение коэффициента передачи по соответствующему входу) с регистра запоминающего устройства 9 поступает на вход цифроуправляемого сопротивления 10. Таким действием осуществляется изменение численного значения коэффициента передали сумматора по всем входам сразу или отдельно в завимости от изменения выходной переменной.

Машинная переменная на выходе сумматора может быть функционально связана с другими переменными, по которым также производится автоматическое изменение масштаба. Это должно учитываться, поскольку изменение масштаба переменной, т.е. переход в поддиапазон с другим номером, связано с изменением масштаба по переменной, функционально связанной с первой переменной. Для этого введены блоки сопряжения многоходовые логические элементы ИЛИ 20 и 21, включенные соответбтвенмо по шинам сложения и вычитания реверсивного счетчика импульсов 5. Поступление сигнала наг вход одного из этих логических элементов от устройства автоматической смены масштабов вызывает изменение срстояння реверсивного счетчика импульсов 5, что приводит к рассмотренным выше действиям других бло ков устройства. Предлагаемое устройство для автоматической смены масштабов в АВМ, в частности для суммирующего блока позволяет расширить функциональные возможности его в сравнении с прототипом, принятым в качестве базового объекта. Во-первых, введение блока сопряжения позволяет средииить в единую масштабирующую систему see устройства автоматической смены маештабов, участвующие в решении дина- мической задачи увязав изменение масштабов по функционально зависимым переменным. Следовательно, расширяется круг решаемых динс1мических задач. Во-вторых, введение цифроуправляемых сопротивления во входной цепи и запоминающего блока позволяет расширить возможности коквлутирующего блока как по количеству входов, так и по мобильности выставки значений коэффициентов передачи. В-третьих, динамический диапазон суммирующего блока увеличивается с помощью устройства на 3-4 порядка. Это позволяет снизить погрешность решения в 2-3 раза по сргшиеиию с ре шением, получаемым обычньога средствами аналоговой вычислительной техники без устройств автоматической смены масштаба

qouf-J.