Устройство для решения краевых задач теории поля Советский патент 1984 года по МПК G06G7/46 

водам одноименных -основных накс-i пительных конденсаторов, входы сброса и запуска устройства соединены с управляющими входами второго и третьего ключей блока управления.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ КРАЕВЫХ ЗАДАЧ ТЕОРИИ ПОЛЯ, содержащее R-сетку, п основных накопительных конденсаторов, инвертор, выход которого подключен к информационному входу блока регистрации, первый коммутатор, блок задания граничных условий и блок задания начальных условий, выходы которых соединены с соответствующими узлами R-сетки, и блок управления, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены дополнительный накопительный конденсатор, два ключа, операционный усилитель и второй коммутатор, а блок управления содержит три ключа, три источника постоянного напряжения, три одновибратора, счетчик, интегратор, блок сравнения, переменный резистор и генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к информационному входу первого ключа блока управления, выход первого источника постоянного напряжения подключен к информационному входу второго ключа блока управления, первый выход второго ключа блока управления соединен с входгили блоков задания граничных и начальных условий, выход второго источника постоянного напряжения подключен к информационному входу третьего ключа блока управления, выход третьего ключа блока управления соединен с информационным,входом интегратора, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, выход третьего источника постоянного напряже- , ния соединен с первым выводом переменного резистора, средний вывод которого подключен к второму входу блока сравнения,; выход которого соединен с управляющими входами второго коммутатора и первого ключа блока управления, выход первого ключа блока управления подключен к инфорi мационному входу счетчика, к управляющему входу первого коммутатора (О и к входам первого, второго и третьего одновибраторов, выходы которых соединены соответственно с упраВ ляющими входами первого ключа,блока § . регистрации и второго ключа, выход которого подключен к первому информационному входу первого ключа и к входу инвертора, второй выход второго ключа блока управления соединен с входами обнуления интегратора и счетСП чика, второй выход переменного резиссо тора и второй информационный вход первого ключа подключены к шине нулевого потенциала, первая группа выходов второго коммутатора подключена к группе информационных входов первого коммутатора, выход которого соединен с первым выводом дополнительного накопительного конденсатора, с информационным входом второго ключа и с входом операционного усилителя, выход которого подключен к первым выводам п основных накопительных конденсаторов и к входу инвертора, центральные узлы R -сетки соединены с второй группой информационных входов второго коммутатора, п выходов которого подключены к вторым вы

Изобретение относится к аналогово вычислительной технике и предназначено для решения нестационарных краевых задач теории поля, например зада теплопроводности,

Известно устройство для решения гранич:ных задач теории поля, содержащее R -сетку, блок задания граничных условий и блок задания начальных условий, операционный усилитель и блок регистрации Cl3.

Недостатком этого устройства является низкое быстродействие, так как для съема результатов требуется производить большое число повторений решения с регистрацией искомой функции в одном узле R -сетки за один повтор.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для решения краевых задач теории поля, содержащее R-сетку, п основных накопительных конденсаторов, инвертор, выход которого подключен к информационному входу блока регистрации, первый коммутатор, блок задания граничных условий и блок задания начальных условий, выходы которых соединены с соответствующими узлами R -сетки, и блок управления 2 Недостатком этого устройства также является низкое быстродействие.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства для решения краевых задач теории поля.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для решения краевых задач теории поля, содержащее R -сетку, h основных накопительных конденсаторов, инвертор, выход которого подключен к информационному входу блока регистрации, первый коммутатор, блок задания граничных условий и блок задания начальных условий, выходы которых соединены с соответствующими узлами R -сетки, и блок управления, введены дополнительный накопительный конденсатор, два ключа, операционный усилитель и второй коммутатор, а блок управления содержит три ключа, три источника постоянного напряжения, три одновибратора, счетчик, интегратор, блок сравнения, переменный резистор и генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к информационному входу первого ключа блока управления, выход первого источника постоянного напряжения подключен к информационному входу второго ключа

5 блока управления, первый выход второго ключа блока управления соединен со входами блоков задания граничных и начальных условий, выход второго источника постоянного напряжения

Q подключен к информационному входу третьего ключа блока управления, выход третьего ключа блока управления соединен с информационным входом интегратора, выход которого подключен

к первому входу блока сравнения, выход третьего источника постоян-ного напряжения соединен с первым выводом переменного резистора, средний вывод которого подключен ко второму входу блока сравнения, выход которо20 го соединен с -управляющими входами второго коммутатора и первого ключа блока управления, выход первого ключа блока управления подключен к информационному входу счетчика, к

25управляющему входу первого коммутатора и к входам первого, второго и третьего одновибраторрв, выходы которых соединены соответственно с управ ляющими входами первого ключа блока

30регистрации и второго ключа, выход которого подключен к первому информащионному входу первого ключа и ко входу инвертора, второй выход второго ключа блока управления соединен

35 со входами обнуления интегратора и счетчика,второй выход nepeMeiiHoro резистора и второй информационный вход первого ключа подключены к шине нулевого потенциала, первая группа выходов

. второго коммутатора подключена к груп пе информационных входов первого коммутатора, выход которого соединен с первым выводом дополнительного накопи тельного конденсатора, о информационным входом второго ключа и со входом

45 операционного усилителя, выход которого подключен к первым выводам п . основных накопительных конденсаторов и ко входу инвертора, центральные узлы R-сетки соединены со второй

ЗО РУппой информационных входов второго коммутатора, 1 выходов которого подключены ко вторым выводам односменных .основных накопительных конденсаторов,. входы сброса и. запуска устройства

соединены с управляющими входами второго к третьего ключей блока управления .

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - функциональная схема блока управления; на фиг. 3 временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство содержит R -сетку 1, основные накопительные конденсаторы 2, блок 3 задания граничных условий, блок 4 задания начальных условий, блок 5 управления, операционный усилитель б, коммутатор 7, инвертор 8, блок 9 регистрации, коммутатор 10, ключ 11, дополнительный накопительный конденсатор 12, ключ 13.

Блок 5 управления содержит ключи 14-16, источники постоянного напряжения 17-19, одновибраторы 20-22, счетчик 23, интегратор 24, блок 25 сравнения, переменный резистор 26, генератор 27 прямоугольных импульсов.

Пуск устройства осуществляется подачей управляющего сигнала на ключи 14, 15 блока 5 управления. При этом напряжение от источника 17 поступает на входы блоков 3, 4, обеспечивая задание граничных и начальных условий на R-сетке 1. Напряжение от источника 18 поступает на вход интегратора 24, вследствие чего на его выходе формруется линейно нарастающее напряжение (аналог машинного времени), крутизна которого прямопропорциональна величине входного напряжения интегратора 24. Этим обеспечивается выбор необходимого масштаба времени модели. Линейно нарастающее напряжение с выхода интегратора 24 поступает на первый вход блока 25 сравнения, на второй вход которого с выхода делителя переменного резистора 26 подано постовянное напряжения 4, величина которого выбирается таким образом, чтобы момент равенства сравниваемых напряжений соответствовал моменту измерения в выбранном масштабе времени

При равенстве указанных напряжений на выходе схемы сравнения формируется перепад напряжения, поступающий на управляющий вход коммутатора 10, обеспечивая отключение от узлов R -сетки основных на опительных конденсаторов 2, выполняющих, таким образом, роль запоминающих элементов. Одновременно с этим перепадом напряжения открывается ключ 16, через который с выхода генератора 27 на входы одновибраторов 22, 20, 21, а также на вход счетника 23 начинают поступать импульсы прямоугольной формы. Этими импульсами управляется коммутатор 7, осуществляя последовательное во времени подключение конденсаторов 2 в цепь обратной связи

операционного усилителя 6 считывания параллельно дополнительному конденсатору 12, одной из функций которого является обеспечение замкнутой цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя 6.

Величина емкости конденсаторов 2 в общем случае в различных узлах сетки различна. Следствием этого является зависимость считываемого на0 пряжения от величины емкости этих конденсаторов. Для устранения этой зависимости считывание производится по двухтактной схеме.

В первом такте подачей управляющего сигнала с шестого выхода блока 5 управления (выход одновибратора 22) размыкается ключ 13. Длительность этого импульса такова, что разомкнутое состояние ключа 13 поддерживается в течение всего процесса считывания (см. временную диаграмму на фиг 3, где индексы иллюстрируются напряжением соответствующей нумерации элементов на фиг. 1 и 2). Одновременно с этим управляющим импуль5сом с четвертого выхода блока 5 управления узловой конденсатор включается в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 6 параллельно дополнительному конденса0тору 12. Выходное напряжение операционного усилителя при этом равнб

Д -и. „ i , (Я

-

5 где и - выходное напряжение операционного усилителя 6;

U2 напряжение на узловом конденсаторе 2;

С.,

S2емкости основного и дополнительного накопительных

0 конденсаторов соответственно.

Во втором такте задним фронтом, импульса генератора 27 запускаются одновибраторы 20 и 21. Сформирован5ный по длительности импульс с выхода одновибратора 20 поступает на .управляющий вход ключа 11, вызывая его срабатывание и переключение одной из.обкладок конденсатора 12 с 0 выхода операционного усилителя 6 на общую (нулевую) шину модели.Дополнительный накопительный конденсатор 12 при этом полностью разряжается. Благодаря действию отрицательной обратной свя5 зи заряд с этого конденсатора полностью переходит на узловой конденсатор 2, включенный в цепь обратной связи. Суммарный заряд на конденсаторе 2 во втором такте равен

:i

.-.2()

-и.

2 12

где - заряды на конденсаторах 2

И 12 соответственно;

65

U2 - напряжение на конденсаторе 2;

V

Выходное напряжение операционного усилителя при этом соответствует выражению (3) .

. Это напряжение после инвертирования поступает на вход блока 9 регистрации, который запускается импульсом с выхода одновибратора 21. Соотношение длительностей управляющих импульсов .показано на временной диаграмме. Задержка запускаблока 9, осуществляемая одновибратором 21, необходима для учета времени срабатывания ключа 11. ..

После того, как будут произведены считывание и регистрация напряжений всех накопительных конденсаторов, подключенных ко входу коммутатора (этому моменту соответствует определенное значение показаний счетчика 23 оператором производится возврат системы в исходное положение путем управляющего сигнала с ключей 14, 15 блока 5 управления , вследствие чего формируются сигналы сброса интегратора и счетчика. После этого может быть произведен повторный запуск модели для измерения значений искомой переменной в следующий момент времени. Для этого должно быть установлено новое значение напряжения Е .

Таким образом, достаточно простыми средствами за один цикл измерения производится съем результатов в большом количестве узлов R -сетки, чем достигается значительное повышение общего быстродейс.твия модели.

Использование изобретения позволяет в несколько десятков раз уменьшить время съема результатов решения нестационарных краевых задач теории поля и тем самым повысить общее быстродействие сеточной модели.