Устройство для решения нелинейных задач теории поля Советский патент 1985 года по МПК G06G7/46 

1 Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для решения нелинейных уравнений в частных производных. Известно устройство для решения нелинейных задач теории поля, содер жащее R-сетку, токозадающие резисто ры, блоки задания начальных и граничных условий и блок управления l Недостатком этого устройства является низкая точность. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования объектов с рапределенными.параметрами, содержащее сеточную модель, к каждо му узлу которой подключены цифроуправляемые резисторы, схему управления параметрами сеточной модели, состояюп уга из генератора функ1щонального напряжения, блока сравнения (компаратора), двух счетчиков, один из которых работает в фазоимпульсном режиме, элемента ИЛИ-НЕ, RS-триггера, элемента 2И-ИЛИ, причем выход элемента 2И-ИЛИ подключен к счетному входу первого счетчика, выходы которого соединены с входом сеточной модели, выход блока сравнения подключен к первым входам элемента 2И-Ш1И и элемента ИЛИ-НЕ, вь1ход которого соединен с первым входом второго счетчика, второй тактовый вход устройства подключен к второму и третьему входам элемента 2И-ИЛИ и к второму входу второго счетчика, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, R-вход которого подключен к первому тактовому входу устройства, выход RS-триггера соединен с четвертым входом элемента 2И-Ш1И, второй вход элемента ИЛИ-НЕ и пятый вход элемента 2И-ШШ объединены и являются входом устройства. Устройство позволяет автоматизировать процесс набора параме ров модели и осуществлять изменение их по требуемой однозначной нелинейной зависимости g(U(,) непосредственно в процессе решения нелинейных задач одновременно во вСей области моделирования . Параллельный принцип учета нелинейности, положенный в основу функционирования указанного устройства, делает его более быстродействукщим по сравнению с други ми средствами вычислительной техни 2 ки, применяемыми для решения нелинейных задач теории поля 2 . Известное устройство характеризуется ограниченными функциональными возможностями, выражающимися в невозможности задания развертывающего напряжения Ujp(t), определяющего характер моделируемой нелинейности g(Ug), убывакицей функцией. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение быстродействия при одновременном упрощении схемы. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, блок сравнения, кодоуправляемую R-сетку, центральный узел которой подключен к неинвертирующему входу блока сравнения, два элемента ИЛИ и два элемента И, введены ключ, реверсивньй счетчик, цифроаналоговый преобразователь, блок формирования нелинейности типа экспоненты и регистр, группа выходов которого подключена к управлякяцим входам кодоуправляемой R- ccTKH, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, а через первый и второй замыкакяцие контакты ключа - соответственно с суммирующим и вычитакшщм входами реверсивного счетчика, группа ВЬЕХОДОВ которого подключена к группе входов второго элемента И и к группе входов цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом блока формирования нелинейности типа экспоненты, выход которого подключен к инвертирующему входу блока сравнения, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу записи регистра и к второму входу первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, группа выходов которого подключена к группе входов регистра, вход сброса устройства соединен с входом обнуления реверсивного счетчика и с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу обнуления счетчика, выход второго элемента И соединен вторым входом второго элемента ИЛИ, вход запуска устройства подключен к второму входу первого элемента Ш1Й, На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2-3 - временные 3 диаграммы, поясняющие работу устрой ства. Устройство содержит кодоуправляе мую R-сетку 1, генератор 2 тактовых импульсов, элементы ЮШ 3 и 4, блок 5 сравнения, ключ 6, элементы И 7 и 8, счетчик 9, регистр 10, реверсивный счетчик 11, цифроаналоговый преобразователь 12 и блок 13 формирования нелинейности типа экспоненты. Устройство работает следующим образом. I . .-Рассмотрим работу устройства в случае задания моделируемой нелинейности g(Ug) возрастающей функцией. Перед началом работы устройства счетчики 9 и 11 сбрасываются в нуль импульсом, поступающим на вход сброса устройства, кроме того, триггеры регистра 10 при этом также находятся в невозбужденном состоянии. После сброса счетчиков с поступ лением тактовых импульсов от генератора 2 устройство начинает вырабатывать раз вертыванкцее напряжение ифСь причем для задания зависимости p,(Ug) возрастающей функцией ключ 6 должен быть замкнут на вход прямого счета счетчика 11. В подготовительном периоде осуществляется запись начального значения gj. узловой проводимости в регистр 10. Для этого на вход запуска устройства поступает прямоугольный импульс, передний фронт которого совпадает по фазе с началом вьч)аботки развертывающего напряжения U(t). Относительная длительность этого импульса равнау -й и пропорциональна начальному значению узловой проводимости g ц. Этот импульс через элемент ИЛИ 3 поступает на один из входов элемента И 7. Одновременно на второй вход этого элемента поступают тактовые импульсы с частотой f. Таким образом, за время действия импульса на входе запуска устройства счетчик 9 сосчитает число тактовых импульсов, пропорциональное начальному значению узловой проводимости g,j. Код, соответствующий этому значению, запоминается на триггерах {регистра 10. По окончании действия им1тульса на входе .запуска устройства, разрешается перезапись значения g в цифроуправляемые проводимости R-сетки 1 по заднему фронту импульса на выходе элемента ИЛИ 3. 824 После заполнения счетчика 11, т.е. в конце периода развертьгоающего напряжения, на выходе элемента И 8 л возникает импульс, который через элемент ИЖ 4 воздействует на вход сброса счетчика 9, обеспечивая его переход в исходное состояние. В первый период после подготовительного решение задачи осуществляе ся при заданных начальных узловых проводимостях gjj . Результат решения в этот период в виде потенциала узловой точки 11(3 на блоке 5 сравнивается с развертывающим напряжением Ucp(t), формируемым на выходе блока 13. В результате этого на выходе блока 5 появляется импульс, относительная длительность которого j определяется величиной потенщ1апа Ug, а также формой развертывающего напряжения U-,(t) и характеризует значение узловой проводимости g.-, при котором решается задача в.следующий период. Порядок задания значения g узловых проводимостей следухяций. Импульс, относительной длительностью jf, с выхода блока 5 через элемент ИЛИ 3 поступает на один из входов элемента И 7. Одновременно на второй вход этого элемента поступают тактовые импульсы с частотой f. За время действия импульса на выходе блока 5 счетчик 9 сосчитает число тактовых импульсов, пропорциональное новому значению узловой проводимости gj. В момент окончания действия импульса на выходе элемента ИЛИ 3 новое значение узловой проводимости g J переносится из регистра 10 в кодоуправляемую R-сетку 1 . В конце периода развертывающего напряжения счетчик 9 переходит в исходное состояние. Рассмотрим работу устройства в случае задания моделируемой нелинейности gCUjj) убьшающей функцией (в этом случае ключ б замкнут на вход обратного счета счетчика 11). В подготовительньй период происходит запись начального значения узловой проводимости g, которая осуществляется аналогично рассмотренному случаю задания зависимости gCU) возрастающей функцией. В следующий за подготовительным ериодом работы происходит запись ового значения g, узловых проводи

мостей. Происходит это следующим образом. Импульс на выходе компаратора 5 появляется в момент равенства развертывающего напряжения U«(t) и потенциала узловой точки U. Время действия этого импульса прекращается в конце периода развертывающего напряжения. Число тактовых импульсов, подсчитанных счетчиком 9 до конца периода развертывающего напряжения, определяет новое значение узловых проводимостей g. Задним фронтом импульса на выходе элемента ИЛИ 3 это значение переносится из регистра 10 на кодоуправляемую R-сетку 1 . Перевод счетчика 9 в исходное состояние происходит в начале следующего периода развертывающего напряжения. В последующее периоды указанные циклы работы повторяются, в результате чего параметры сетки изменяются в каждом периоде развертывающего напряжения, т.е. в предлагаемом устройстве изменение параметров сеточного процессора происходит автоматически, непосредственно в процессе решения задачи параллельно по всей области моделирования. При этом в отличие от известных структур гибридных систем типа К-сетка ЦВМ после каждого шага итерации нет необходимости осуществлять последовательный опрос всех узловых точек, преобразовать информацию о потенциалах узлов в цифровой код и

92826

вводить ее в цифровую машину, производить обратную передачу информации о новых значениях узловых проводимостей из ЦВМ в сеточный процессор с

5 целью их перезадания. Исключение указанных операций вычислительного процесса значительно повьшает бьютродействие и. информационную производительность предлагаемого устройства

0 по сравнению с другими, применяемымк для решения задач теории поля.

При сравнении предлагаемого устройства с известным следует отметить, что экономия не аппаратурных затрат

5 с учетом действующего прейскуранта цен на интегральные микросхемы серии К155 составляет 0,65 руб. Для устройства, содержащего 1000 узлов, эконоьмя на аппаратурных затратах

0 составит не менее 650 руб. Если число узлов модели возрастает, то растет и зкономическая эффективность применения предлагаемого устройства.

5 Ввиду того, что генератор развертываюп1его напряжения специальной формы используется один на всю однородную область моделирования, затраты на его реализацию для устройства,

0 содержащего 1000 узлов, незначительны по сравнению с получаемой экономией.

Таким образом, расширяются.функциональные возможности устройства при одновременном упрощении схемы.

//

6

/

/J

Л

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ЗАДАЧ ТЕОРИИ ПОЛЯ, содержащее генератор тактовых импульсов, блок сравнения, кодоуправляемую R-сетку, центральный узел которой подключен к неинвертирующему входу блока сравнения, два элемента ИЛИ и два элемента И, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены ключ, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, блок формирования нелинейности типа экспоненты и регистр, группа выходов которого подключена к управляющим входам кодоуправляемой R-сетки, выход генератора гактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, а через первый и второй замыкакнще контакты ключа - соответственно с суммирующим и вычитакнцим входами реверсивного счетчика, группа выходов которого подключена к группе входов второго злемента И и к группе входов 1р1фроаналогового преобразователь, выход которого соединен с входом блока формн рования нелинейности типа экспоненты вькод которого подключен к инвертирующему входу блока сравнения, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которо(Л го подключен к входу записи регистра и к второму входу первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом счётчика, группа выходов которого подключена к группе входов регистра, вход сброса устройства соединен с входом обнуления реверсивного счетчика и с первым входом 4: Ю второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу обнуления счетчика, выход второго элемента И соединен 00 с вторым входом второго элемента ИЛИ, вход запуска устройства подклюю чен к второму входу первого элемента ИЛИ.

Фvt.f

У

Й11Ш1ШШШЩ|

t

Фи.