Наборное поле аналоговой вычислительной машины Советский патент 1984 года по МПК G06G7/06 

длина которого равна длине профильной канавки ключа коммутирующего элемента, а профиль совпадает с профилем профильной канавки, внешний диаметр полой трубки равен диаметру отверстий коммутационных элементов и стационарной платы, на внешней поверхности коммутирующего штеккера расположена контактная группа из четырех подпружиненных контактов, выполненных в виде сегментов, расположение которых по высоте и по окружности соответствует расположению подпружиненных контактов контактных групп коммутационных Элементов,.на наружной поверхности нижней части коммутирунндего штеккера расположены три кольца токовводов,снабженных профильными канавками, первый контактньй элемент контактной группы соединен злектрически внутри полости коммутирующего штеккера с первымкольцом токовводов

диаметрально противоположный ему второй контактный элемент - с вторым кольцом токовводов, третий и четвертый контактные элементы соединены с третьим кольцом токовводов, при этом верхняя поверхность, стационарной платы разделена на сопряженные равносторонние треугольники, длины сторон которых равны длинам сторон оснований призм коммутационных элементов, оси отверстий стационарной платы расположены в пересечении высот равносторонних треугольников, а с нижней стороны стационарной платы около каждого отверстия расположены три подпружиненных контакта с высотами, соответствующими расположению колец токовводов коммутирующих штеккеров, электрически соединенные с шинами Минус, Плюс и шиной нулевого потенциала соответственно.

-НАБОРНОЕ ПОЛЕ АНАЛОГОВОЙ . ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ, содержащее стационарную плату, в которой выпол.нены отверстия, расположенную над ней съемную коммутационную плату и коммутирующие штеккеры, отличающееся тем, что, с целью повьшения наглядности и надежности набора Лдач, съемная коммутационная плата вьтолнена в виде набора коммутационньк элементов, корпус каждого из которых вьтолнен в виде правильной треугольной призмы, при этом каждая боковая грань призмы имеет два контактных штыря, расположенных на одной диагонали на равном расстоянии от центра грани, и два контактных гнезда, расположенных на другой диагонали на том же расстоянии от центра грани, в каждой призме выполнено отверстие, соосное с соответствующим отверстием стационарной платы, оси отверстий расположены в пересечении высот треугольников оснований призм, каждое отверстие снабжено ключом, который вьтолнен в виде двух совпадающих в плане профильных канавок, примыкающих к основаниям призмы, в корпус каждого коммутационного элемента вмонтированы операционный усилитель и четыре масштабных резистора, причем в каждом коммутационном элементе верхние контактные штыри первой и второй боковьк граней призмы электрически соединены с выходом операционного усилителя, верхние контактные , гнезда второй и третьей боковых граней призмы соответственно через первьй и второй масштабные резисторы электрически соединены с суммирую(О щим входом операционного усилителя, нижние контактные гнезда второй и третьей боковых граней призмы соответственно через третий и четвертый масштабные резисторы электрически соединены с вычитающим входом операционного усилителя, во внутренней 00 полости каждого из отверстий размещена контактная группа из четырех о подпружиненных контактов, выполнен ных в виде сегментов, расположенных по высоте между профильными канавками ключа симметрично по окружности первый и третий подпружиненные контакты, расположенные диаметрально противоположно соединены соответственно с шиной Минус и с шиной Плюс питания операционного усилителя, а второй и четвертый подпружиненные контакты соединены с шиной нулевого потенциала операционного усилителя, каждый коммутирующий штеккер выполнен в виде полой трубки, на внешней поверхности которого выполнен.прилив.

1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике,

В существующих аналоговых вычислительных машинах такие элементы, как операционные усилители, конденсторы, масштабные резисторы, из которых набираются цепи решения, расположены в фиксированных местах. Для набора задачи требуется соединить определенным образом входы и выходы данных элементов, что достигается коммутирующими цепями, набираемыми на специальном наборном поле или нескольких полях. Чтобы при фиксированном расположении решающих элементов имелась возможность получать необходимые для различных зада соединения, требуется чрезвычайно развитая система коммутирующих цепей. При этом значительная длина соединительных проводов и тип отрицательно сказываются на точности решения задачи и скорости ее сборки В большинстве машин возможности образования на имевшемся стандартном наборном поле цепей решения задач весьма ограничены. Операторы, осуществляющие набор задачи, выходят

из затруднения путем подключения при помощи дополнительных проводов различных элементов. Это усложняет работу. Кроме того, перестройка машины для

решения другой задачи требует значительных затрат времени.

Известно наборное поле, представляющее собой совокупность коммута ционной съемной и стационарной плат,

оснащенных контактами штыревого типа, обжимаемыми в гнезде за счет потенциальной энергии упругости металла fij,

Недостатками данного наборного поля являются малая эксплуатационная надежность, обусловленная конструкцией сложных съемных и стацио- нарных плат, отсутствие наглядности при наборе задачи, что снижает точность е% сборки.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является наборное поле, содержащее стационарную плату с отверстиями, в которых расположены обжимные цанговые гнезда,

и съемную коммутационную плату, на которой укреплены конта ктные штыри, вьтолняюпще роль коммутирующих штеккеров С23. Недостатком данного наборного поля является ограниченная надежност набора задач, обусловленная тей, что отсутствует наглядность набора задач, так как разным задачам модели рования может соответствовать одинаковый вариант набора элементов модел рования (резисторов, конденсаторов, операционных усилителей), что зат- рудняет контроль правильности набора задач и ограничивает быстрое их решение. Цель изобретения - повьшение наглядности и надежности набора задач Указанная дель достигается тем, что в наборном поле аналоговой вычис лительной машины, содержащем стационарную плату, в которой вьтолнены отверстия, расположенную над ней съемную коммутационную плату и комму тирующие штеккеры, съемная коммутационная плата выполнена в виде набора коммутационных элементов, корпу каждого из которых выполнен в виде правильной треугольной призмы, при этом каждая боковая грань призмы имеет два контактных штыря, расположенных на одной диагонали на равном расстоянии от центра грани, и два контактных гнезда, расположенных на другой диагонали на; том же рассто нии от центра грани, в каждой призме выполнено отверстие, соосное с соответствующим отверстием стационарно платы, оси отверстий расположены в пересечении высот треугольников оснований призм, каждое отверстие снаб жено ключом, которьй выполнен в виде двух совпадающих в плане профильных канавок, примыкающих к основания призмы, в корпус каждого коммутацион ного элемента вмонтированы операционный усилитель и четыре масштабных резистора, причем в каждом коммутационном элементе верхние контакт ные штыри первой и второй боковых граней призмы электрически соединены с выходом операционного усилителя, верхние контактные гнезда второй и третьей боковых граней призмы сооТ7 ветственно через первый и второй масштабные резисторы электрически соединены с суммирующим входом операционного усилителя, нижние контактные гнезда второй и третьей боковых граней призмы соответственно через третий и четвертый масштабные резисторы электрически соединены С вычитающим входом операционного усилителя, во внутренней полости каждого из отверстий размещена контакт- . ная группа из четьгрех подпружртненных контактов,- выполненных в виде сегментов, расположенных по высоте между профильными канавками ключа симметрично по окружности, первый и третий подпружиненные контакты, расположенные диаметрально противоположно, соединены соответственна с шиной Минус и с шиной Плюс, питания операционного усилителя , а второй и четвертый подпружиненные контакты соединены с шиной нулевого потенциала операционного усилителя, каждьй коммутирующий штеккер выполнен в виде полой трубки, на внешней поверхности которого выполнен прилив, длина которого равна длине профильной канавки ключа коммутирующего элемента, а профиль совпадает с профилем профильной канавки, внешний диаметр полой трубки равен диаметру отверстий коммутационных элементов и стационарной платы, на внешней поверхности коммутирующего штеккера расположена дсонтактная группа из четырех подпружиненных контактов, выполненных в виде сегментов, расположение которых по высоте и по окружности соответствует расположению подпружиненных контактов контактных групп коммутационных элементов, на наружной поверхности нижней части коммутирующего штеккера расположены три кольца токовводов, снабженных профильными канавками, первый кснтактньй элемент контактной группы соединен электрически внутри полости коммутирующего штеккера с первым кольцом токовводов, диаметрально противоположный еМу второй контактный элемент - с вторым кольцом токовводов, тре.тий и четвертый контактные элементы соединены с третьим кольцом токовводов, при этом верхняя поверхность стационарной платы разделена на сопряженные равносторонние треугольники, длины сторон которых равны длинам сторон оснований призм коммутационных элементов, оси отверстий стационарной платы расположены в пересечении высот равносторонних треугольников, а с нижней стороны стационарной платы около каждого отверстия расположены три подпружиненных контакта с высотами, соответствующими расположению колец токовводов коммутирующих штеккеров, электрически соединенные с шинами Минус, Плюс и шиной нулевого потенциала соответственно. На фиг.1 представлена блок-схема аналоговой вычислительной машины (АВМ) на фиг,2 - основание коммутационного элемента; на фиг.З - схема подключения операционного усилите ля к штьфям и гнездам граней корпуса коммутационного элемента (вид А,Б и В); на фиг.4 - разрез Г-Г на фиг.2 (конструкция контактной группы для подвода питания операционного ус лителя), на фиг.5,- разрез , на фиг.6 (схема расположения элементов контактной группы относительно ключа на фиг.6 - наборное поле, разрез, на фиг.7 - съемная коммутационная плата при моделировании безынерционного объекта с тремя входами и двумя выходами-, на фиг.8 - то же, при моделировании алгебраического уравнения с положительными и отрицательным коэффициентамиj на фиг.9 - стациона ная плата, вид сверху. Анапого-вычислительная машина (фиг.1) содержит блок 1 питания, ста ционарную плату 2, съемную коммутационную плату 3, вьтолненную из соед ненных между собой коммутационных эл ментов 4, стационарная плата 2 и эле менты коммутационной платы 3 соединены при помощи коммутирующих штекке ров 5, выходы блока 1 питания соединены с шинами Плюс, Минус и шино нулевого потенциала стационарной пла ты 2 и с входами соответствующих коммутационных элементов съемной ком мутационной платы 3, соответствующие выходы соответствующих коммутационных элементов 4 соединены с входом индикаторного блока 6. Каждый коммут ционный элемент 4 содержит операцион ный усилитель 7 и четьфе масштабных резистора 8. Корпус коммутационного элемента выполнен в виде правильной прямой треугольной призмы. Коммутационный элемент (фиг.2, вид сверху) содержи грани 9 призмы, контактные штыри 10 сквозное отверстие 11 с ключом 12, основание 13 элемента. Сквозное отверстие 11 вьшолнено диаметром J) на пересечении высот треугольников оснований 13. Каждая грань корпуса коммутационного элемента (фиг.З) имеет два контактных штыря 10 и два контактных гнезда 14. Ключ 12 сквозного отверс- тия 11 корпуса элемента (фиг.4) выполнен в виде двух профильных канавок 15 с двух сторон элемента на определенную глубину, например 1/4 высоты корпуса. Во внутренней полости отверстия 11 корпуса посредине между канавками 15 расположена контактная группа из четырех одинаковых сим-метрично расположенных сегментов 16, подпружиненных каждый пружиной 17. Сегменты 16 электрически не соединены друг с другом. Сегмент 16-|focb которого совпадает с осью канавок 15 ключа 12, и диаметрально противоположный ему сегмент 16 подключается электрически сосд-ветственно к шинам Минус и Плюс питания усилитеи 16 2 подключеля 7, а сегменты ны электрически к нулевого потенциала. Для подвода питания к фиксации коммутационных элементов 4 съемной платы 3 на стационарной плате 2 (фиг.6) используется штеккер 18, представляющий собой изоляционную полую трубку 19 с внешним диаметром DC приливом 20 ключа 12. Над приливом 20 имеется ручка 21. Под приливом, например на половине высоты корпуса коммутационного элемента 4,расположена контактная группа 22 в виде четырех одинаковых электрически не связанных друг с другом сегментов. На наружной поверхности нижней части трубки 19 расположены i одно над другим три электрически не связанных друг с другом кольца 23,24 и 25 токовводов, снабженных профильными канавками. Стационарная плата (фиг.9) представляет собой изоляционную плату 26, разбитую на сопряженные правильные треугольники,сторона которых равна стороне основания коммутационного элементао В пересечении высот треугольников располагаются отверстия 27 диаметром ) . С внутренней нижней стороны платы 26 около каждого отверстия 27 расположены три подпружиненных контакта 28,29 и 30 (фиг.6). На внутренней и внещней сторонах изоляционной платы 26 имеются выполненные, например, печатным монтажом. и шина нулевого пошины +, тенциала, которые соединяют соответственно подпружиненные контакты 28-30 с шинами + , - и шиной нулевого потенциала блока 1 питания Эти шины на фиг.6 не показаны. Коммутационный элемент 4 может выполнять следующие алгебраические операции. 1. Режим суммирования двух .сигна °2) где - сигналы на входе элемента, которые подаются на верхние гнезда 14 и 145 второй и третьей грани 9, 9з; К, , К2 - значения коэффициентов устанавливаемых при помощи масштабных резис торов 8 и , Y - сигнал на выходе коммута ционного элемента-, снимаемого с верхнего шт ря 102 первой грани 9, 2. Режим размножения сигналов. VVii Y, . где - сигнал на входе элемента, который подается на верхне гнездо 14 третьей грани XfYj.- сигналь на вькоде элемента снимаемые с верхних штьфей 10 и 10 первой и второй граней 9, 92, K-J - значение коэффициента, уст навливаемого с помощью резистора 8. 3. Режим масштабного преобразован одной переменной. . N - в данном случае возможны два варианта использования элемента 41 сигнал X-I подается на гнездо 14с грани 9-, а сигнал Y может сниматьс либо со штыря 02 грани 9, либо со штыря 10 л грани 92 коэффициент К-, устанавливается с помощью резистора 8 (первый вариант). сигнал Х подается на гнездо 14грани 92, а сигнал V снимается толь со штыря 10 грани 9, коэффициент К устанавливается с помощью резистора 8 (второй вариант). 08 4. Режим перемены знака суммы двух сигналов. Y-lK. При этом Х подается на гнездо 14, грани 9,Х2 подается на гнездо 14. грани 92. Коэффициенты К, устанавливаются при помощи резисторов 8,, 8. 5. Режим размножения сигналов, с зменением знака. -к, , . При этом Х подается на гнездо 14 грани 9, а сигналы V и 2 снимаются с верхних штырей 10 и 10 граней 9;, и 9. Коэффициент К устанавлиается при помощи резистора 8,. Режим масштабного преобразования дной переменной с изменением знаа. ; . в данном случае возможны два варианта использования элемента. сигнал Х подается на гнездо 14g грани 9j, сигнал У может сниматься либо со штыря 102 РЗ 9-7 либо со штьфя 10 грани 9, коэффициент К устанавливается с помощью резистора 8 (первый вариант) , сигнал Х подается на гнездо 14л грани 2, а сигнал Y снимается только со штьфя 102 грани 9, коэффициент k устанавливается с помощью резистора . Рассмотрим использование наборного поля при моделировании на АВМ безынерционных (статических) объектов на примере объекта с тремя входами и двумя выходами V.|-«..X. ,,. 1 1,2. По формуле. () , (ч) требуемое количество коммутационных элементовJ h - число ВХОДОВ} fn - число выходов, можно определить число коммутационных элементов 4, необходимых для моделирования объекта. При , ,. Съемная коммутационная плата 3 при моделировании указанного объекта изображена на фиг.7. При наборе соответствующие штьфи 10 одних коммутационных элементов 4 вставляются в соответствующие гнезда 14 других коммутационных элементов 4. 31на фиг. 7 означае Обозначение что штырь 102 6-го коммутационного элемента 4 вставляется в гнездо 14 5-го коммутационного элемента 4. Сирналы и У снимаются со штыре 10 2 и 5-го элементов. Предлагаемое исполнение коммутационного элемента позволяет при моделировании статических объектов (например, на фиг.7) использовать его в роли сумматора (-1,2,4 и 5-й элементы), или в виде раздвоителя сигналов (3, 6, и 7-й элементы). Цифры при вершинах - номера элементов. Знак © означает, что элемен ты работают в неинвертирующем режиме (основанием 13 вверх для каждог элемента). Рассмотрим применение предлагаем го наборного поля при моделировании на АВМ алгебраических уравнений с отрицательными и положительными коэ фициентами, например, при моделиров нии уравнения - 1 rV2- sW4По формуле (1) определяем, что требуемое число элементов (, ). „ Схема моделирования уравнения (2 приведена на фиг.8, где 1 и 3-й эле менты работают в качестве сумматоров двух сигналов, а 2-й элемент работает в режиме инвертирования знака двух сигналов. Это достигается тем, что 1 и 3-й элементы расположены основанием 13 вверх, а 2элемент расположён основанием 13, вверх (фиг.З). На фиг. 8 символ Э на 2-ом элем те означает, что 2-й элемент имеет сверху основание 132 При этом: S(M,N)a(4Jj.vi4KM,(K,,),, По аналогичным правилам моделируются системы алгебраических уравнений. Набор задач с помощью предлагает мого наборного поля осуществляется следующим образом. Согласно условию задачи, из коммутационных элементов 4 набирается схема моделирования. Потом эти элементы, образующие съемную коммутационную плату 3, укладываются на соответствуюпще места стационарной платы 2. Затем через отверстия 11 корпусов элементов 4 и соответствующие отверстия стационарной платы 2 устанавливают штеккеры 18 таким образом, чтобы прилив 20 штеккера бьш установлен в ключе 12 отверстия 11. Тогда через подпружиненные контакты 28,29 и 30 стационарной платы 2 кольца 23,24 и 25 токовводов штеккера 18, сегменты 22 контактной группы штеккера 18, сегменты 16 контактной группы коммутационного элемента 4 соответствущие шины Плюс и Минус питания и шина нулевого потенциала блока 1 питания подключаются к соответствующим шинам операционных усилителей 7 коммутационных элементов 4. Таким образом, применение предлагаемого наборного поля повьштает надежность набора задачи моделирования. поскольку каждой типовой задаче моделирования соответствует своя кон, - „ фигурация съемной коммутационной платы. Обслуживающий персонал даже невысокой квалификации, пользуясь чертежом конфигурации съемной коммутационной платы, может легко собрать ее из коммутационных элементов. Кроме того, при отказах отдель коммутационных элементов их можно заменять другими благодаря однотипности и многорежимности их использования. Этим также обеспечивается надежность решения задач моделирования. При включении в обратную или прямую цепь.операционного усилителя масштабного компенсатора коммутационных элементы могут быть использованы и для моделирования задач динамики. Все это определяет технико-экономический эффект изобретения.

h

Фцг,3

L.

23

25

Фиг.6