Вычислительный узел для решения уравнений теплопроводности Советский патент 1984 года по МПК G06J1/00 

H3o6peteHHe относится к гибридной вычислительной технике, в частности к сложным вычислительным машинам, и предназначено для одновременного моделирования потенциала поля и сочставляющих потока при решении краевы задач, например, уравнения диффузии или теплопроводности. Известно устройство для моделирования нестационарных температурных полей, содержащее интеграторы и пере страиваемые резисторы lj . Однако устройство не позволяет од новременно моделировать потенциалы и потоки физического поля и имеет низку степень автоматизации процесса решения Наиболее близким к изобретению яв ляется вычислительный узел сеточной модели для решения дифференциальных уравнений в частных производных, содержащий многовходовый сумматор и умножители на цифроаналоговых преобразователях, аналоговые входы которы являются информационными входами, а выходы соединены с соответствукицим входами многовходового сумматора. Кроме того, он содержит блок регистров и блок задания констант, выход которого соединен с входом многовходового сумматора, а вход блока задания констант подключен к выходу блока регистров, группа выходов которог соединена с цифровыми входами соответствующих цифроаналоговых преобразователей, причем вход блока является также управляющим цифровым входом вычислительного узла 2J . Однако известное устройство не позволяет одновременно моделировать распределение потенциала и потоков, что является обязательным при исследовании процессов диффузии или тепло проводности при разработке нефтяных и газовых месторождений и в других важных для народного хозяйства прило жениях. Кроме того, когда известное устройство располагается в идентификато ре или тренажере и на его граничные узловые точки необходимо задавать граничное условие второго рода непосредственно с моделируемого объекта, то поток с аналогового датчика необходимо преобразовывать в цифровой код и заносить в цифровом виде в бло регистров, что существенно усложняет модель на базе известного устройства и снижает ее быстродействие. Целью изобретения является повышение точности и расширение функцио.нальных возможностей путем одновременного моделирования потенциала поля и составляющих потока. Поставленная цель достигается тем, что в вычислительный узел, со- . держащий три цифроаналоговых преобразователя, блок задания коэффициентов теплопроводности, выполненный в виде первого, второго и третьего регистров, кодовые выходы которых подключены соответственно к цифровым входам первого, второго и третьего цифроаналоговых преобразователей, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами интегросумматора, источник опорного напряжения , выход которого подключен к аналоговому входу второго цифроаналогового преобразователя, введены три инвертора, первый и второй сумматоры, первые входы которых являются соответственно первым и вторым входами задания температуры устройства, выходы первого и второго сумматоров подключены соответственно к аналоговым входам первого и третьего цифроаналоговых преобразователей, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами составляющих теплового потока устройства, первый и второй входы задания составляющих теплового потока которо го соединены с входами соответственно первого и второго инверторов, выходы которых подключены соответственно к четвертому и пятому входам интегросумматора, выход которого соединен с вторыми входами сумматоров и входом третьего инвертора, которого является вькодом задания температуры устройства. На чертеже представлен предлагаемый узел. Узел содержит интегросумматор 1, цифроаналоговые преобразователи 2J, блок задания коэффициентов теплопроводности, выполненный в виде регистров 3, сумматоры 4. и 4 и инверторы 5. Устройство работает следующим образом. Рассмотрим работу предлагаемого вычислительного узла сеточной модели на примере моделирования двумерного уравнения Фурье с внутренним источником (л I - - 4 -l-t-r П 13х ЭчМ Л1л ol-l-v л.ЧКонечно-разностная аппроксимация уравнения (1) на пятиточечном шабло не по пространственным координатам записывается в виде 39м.. . Jilliilli е.пА-б,, . L л b-..b; ) i где h и hj - шаги координатной сет ки соответственно по осям X и Y; б| ; - значения потенциала в. точке (X , У; )V; ,,4г|/Ч tA + .4... Заключе нные в скобки составляющи правой части уравнения (2) определя ют проекции потоков, приходящих в элементарный объем ti-, . ti: Для моделирования составляющих потока в вычислительном узле исполь зуются сумматоры 4 и цифроаналоговы преобразователи 2. Составляющую пот ка по оси Хл. гп 11 U -k получают с выхода ЦАП 2(, на анало вый вход которого с сумматора 4( п ступает напряжение 9 - б { а на цифровой вход подается код, с f ответствующии игЬч ступающий с выхода регистра 3,. Со ставляющую потока по оси Уй , ; ®,5 + 1,5 формирует второ bj+rbj :ЦАП 2о как произведение напряжения с выхода сумматора 4, модел.фующе разность потенциалов 9, ;- 9 { i , и цифрового кода с выхода регистра соответствующегот-э Об Лм составляющие потока являются однов менно выходной информацией о поток и напряжениями, подаваемыми в соседние вычислительные узлы модели. Два других слагаемых потока :.,i «4-84-1 1 -м° 1;й;Г м- -Т-Т- поступают на интегросумматор 1 из соседних вычислительных узлов сеточной модели через инверторы 5 и 5соответственно. Внутренний источник S, ; моделируется ЦАП 2, на аналоговый вход которого подастся фиксированное опор нОе напряжение (Jgfj , сЯ на цифровой .вход с выхода регистра За - код, соответствующии величине внутреннего тепловыделения б .J : . Таким образом, на входы интегрог.умматора 1 поступают напряжения, моделирующие правую часть уравнения (2), а на его выходе формируется напряжение сигнала теплового потенциала с обратным знаком 9 i,j , которое подается на первые входы сумматоров 4 и 42. Для получения на выходе вычислительного узла напряжения, соответствующего 9)1 , используется третий инвертор 5. Введение предлагаемых схемных элементов - трех инверторов и двух двухвходовых сумматоров - позволяет одновременно получить с вычислитель-, ного узла как потенциалы моделируемого физического поля, так и значения потоков, что соответственно расширяет функциональные возможности модели в целом. Так, для уравнения теплопроводности, когда V в уравнении (1) является температурой в вычислительном узле, кроме значения температур б) ; , моделируются составляющие теплового потока Q и С ц , а когда уравнение (1) описывает явление диффузии, то кроме значения концентрации б j , с вычислительного узла можно получать данные о переносе массы. Когда предлагаемый вычислительный узел используется в сеточной модели, функционирующей в реальном времени(тренажеры, системы управления, идентификаторы параметров и т.д.), то при граничных условиях второго или первого рода или внутренних тепловыделениях потоки и температуры, снимаемые с аналоговых датчиков объекта, можно задавать непосредстрмиио на модель, без каких-либо прсобртопаний.

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ ТЕГШОПРОВОДНОСТИ, содержащий три цифроаналоговых преобразователя, блок задания коэффициентов теплопроводности, выполненный в виде первого, второго и третьего регистров, кодовые выходы которых подключены соответственно к цифровым входам первого, второго и третьего цифроаналоговых преобразователей, выходы которых соединены соответственно с- первым, вторьм и третьим входами интегросумматора, источник опорного напряжения, выход которого подключен к аналоговому входу второго цифроаналогового преобразователя, о тли чающийся тем, что, с целью повьпиения точности, в него введены три инвертора, первый и второй сумматоры, первые входы которых являются соответственно первым и вторым входами задания температуры устройства, выходы первого и второго сумматоров подключены соответственно к аналоговым входам первого и третьего цифроаналоговых преобразователей, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами составляющих теплового потока устройства, первый и второй входы задания составляющих (Л теплового потока которого соединены с с входами соответственно первого и второго инверторов, выходы которых подключены соответственно к четвертому и пятому входам интегросумматора, выход которого соединен с вторыми входами сумматоров и ее входом третьего инвертора, выход которого являетiN ся выходом задания температуры уст:о со ройства.