Устройство для решения обратных задач теории поля Советский патент 1985 года по МПК G06J1/00 

Изобретение относится к аналоговой и гибридной вычислительной технике и может быть использовано для решения обратных .задач теплопроводности, газовой динамики и других задач, описываемых уравнениями математической физики параболического типа.

Известно устройство для. решения обратных задач, содержащее функциональный преобразователь, усилитель постоянного тока, управляемый источник тока и RC-сетку 0 .

Однако это устройство является по своей структуре замкнутой системой управления и характеризуется наличием систематической динамической ошибки, что обусловливает значительную погрешность при решении обратных задач.

Наиболее близким к изобретению, является устройство для решения обратных задач, построенное по принципу самонастраивающейся системы управления с эталонной моделью, содержащее сеточную модель, управляемые источники тока, блок памяти, выполненный на конденсаторах, коммутатор, делитель напряжения, блок .сравнения, интегратор и источник эталонного напряжения 21.

Недостатком такого устройства является низкая точность решения, повышение которой связано с большими аппаратурными затратами. Действительно, в прототипе искомая функция воспроизводится в виде кусочно-постоянной функции, состоящей из конечного числа участков аппроксимации. При этом в устройстве каждому участку аппроксимации должен соответствовать свой запоминающий конденсатор. Для повьш1ения точности решения за счет увеличения числа участков аппроксимации в прототипе необходимо применение большого числа конденсаторов в блоке памяти,, что влечет за собой увеличение числа аналоговых ключей в коммутаторе, схем управления этими ключами, а следовательно, к снижению надежности уст- . ройства и увеличению -стоимости. Кроме того, увеличивается инструментальная погрешность: параллельное включение большого числа аналоговых ключей с конечным сопротивлением в закрытом состоянии, увеличение времени хранения и уменьшение времени записи информации для каждого конденсатора из блока памяти - все это .приводит к. искажению решения.

Цель изобретения - повышение точности решения и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее блок памяти, RC-сетку, преобразователь код - напряжение, выход Которого -подключен к неинверти- рующему входу дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с центральным узлом RC-сетки, введен блок задания участков аппроксимации, выполненный в виде генератора тактовых импульсов, счетчик, реверсивный счетчик, цифроана- логовьй преобразователь и преобразователь напряжения в число импульсов, содержащий нуль-орган, интегратор, блок сравнения, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, мультивибратор и демультиплексор, первый выход которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, группа выходов которого соединена с группой информационных входов блока памяти и с группой входов цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен., к граничному узлу КС-сетки, выход дифференциального усилителя соединен с первьм входом блока сравнения и с входом нуль-органа, выход ко.орого подключен к информационному входу интегратора, к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ-НЕ и к управляющему входу демультиплексора, выход интегратора соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого подключен к второму входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с входом мультивибратора, выход которого подключен к информационному входу демультиплексора, второй выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, группа.установочных входов которого подключена к группе выходов блока памяти, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом сброса интегратор.а, с входами записи-чтения блока памяти и со счетным входом счетчика, группа выходов которого подключена к группе адресных входов блока памяти и к группе В5СОДОВ преобразователя код - напряжение. 3 На фиг. 1 представлена блок-cxei устройства; на фиг. 2 - временные диагра шы, поясняющие работу устрой ства. Устройство содержит RC-сетку 1, преобразователь 2 код - напряжение дифференциальный усилитель 3, преобразователь. 4 напряжение - число импульсов, реверсивный счетчик 5, .блок 6 памяти, цифроаналоговый пре рбразователь 7, блок задания участ- .ков аппроксимации, выполненный в ви де генератора 8 тактовых импульсов и счетчик 9. Преобразователь) 4 напряжение - число импульсов содержит нуль-орган 10, интегратор 11, блок 12 сравнения, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 13, мультивибратор 14 и демультиплексор 15. Устройство работает следующим образом.. В соответствии с выбранным блоком 6 памяти каждый период решения разбивается на интервалы импульсами генератора 8. Число интервалов (участков аппроксимации) равно числу ячеек блока 6, длительность интервала - периоду генератора 8, Импульсы генератора 8, поступая на вход счетчика 9, последовательно формируют на его выходах коды адресов ячеек памяти, при этом одновременно служат как командой разрешени считывания информации, из блока 6 по этому адресу, так и сигналом сброса интегратора 11. В интервалах между импульсами генератора 8, благодаря тому, что выход последнего подключен к инверсному входу разре.шения записи, блок 6 работает в режиме записи информации, поступающей на информационные входы. Информация с выходов блока 6 поступает на. установочные входы реверсивного счетчика 5, выходы которого соединены с входами цифроаналогового преобразователя 7. Ток с выхода преобразоват.еля-поступает в граничную узловую точку сеточной модели 1. Напряжение внутренней точки сеточной модели сравни вается с напряжением преобразователя 2 при помощи дифференциального усилителя 3, Разность (напряжение ошибки) поступает на вход преобразо вателя 4 напряжение - число импульсов. 484 Преобразователь работает следуняцим образом. Напряжение ошибки поступает на первьй вход блока 12, на второй вход которого с выхода -интегратора 11 подается пилообразное напряжение того же знака. Пери- од равен периоду генератора 8. В этом случае, когда напряжение ошибки имеет положительный знак, на вькоде блока 12. появляется импульс, длительность которого пропорциональна величине напряжения ошибки, если же его знак отрицателен, то величина напряжения ошибки будет пропорциональна длительности интервала междУ импульсами. Для того, чтобы импульс управления на входе мультивибратора был пропорционален абсолютному значению величины ошибки, необходимо при отрицательном знаке напряжения ошибки инвертировать импульсы с выхода блока 12. Это достигается включением логического элемента ИСКЛКНАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 13, один вход которого соединен с выходом блока 12, а вторбй с выходом нуль-органа 10. Импульсы, длительность которых пропорциональна абсолютной величине напрйже«ия ошибки, с вькода логического элемента 13 поступают на вход мультивибратора 14, который с приходом каждого импульса запускается и начинает генерировать импульсы собственной частоты. Число импульсов мультивибратора 14 пропорционально длительности каждого импульса с выхода логического элемента 13, а следовательно, пропорционально величине на-, пряжения ошибки. Импульсы мультивибратора 14 поступают на сход демультигатексрра 15,откуда в зависимости от знака напряжения ошибки поступают либо на суммируюпщй, либо на вычита- ющий вход реверсивного счетчика 5, в котором уже находится информация о величине напряжения ошибки в соответствующий момент времени предьщу- его периода решения. С выхода рев.ерсивного счетчика измененный (скорректированный) код поступает на инормационные входы блока 6, на вход азрешения записи которого подается : мпульс записи с выхода, генератора 8, на адресные входы - адрес соответтвующей ячейки памяти. Таким обраом, за один период решения в ячейах блока 6 накапливается информация.

которая позволяет в следующем периоде р.ешения уменьшить ошибку между фактическим изменением напряжения в контрольной точке сеточной модели и необходимым законом, задаваемым преобразователем. После некоторого числа циклов работы в ячейках блока 6 сформируется код, которьй обеспечит требуемьй закон изменения искомого параметра. Если на выходе преобразователя 7 формируется ток, то таким образом можно определить граничньте условия второго рода - граничный тепловой поток. Для определения граничньт

.условий первого рода на выходе преобразователя 7 должно формироваться соответствующее напряжение.

Устройство может быть реализовано на современной микроэлектронной базе Интегратор, дифференциальный усилитель, нуль-орган - на микросхемах (м/с) серии К140, блок 12 - на м/с К554СА2, блок 6, реверсивный счетчик счетчик, генератор, мультивибратор, демультиплексор, элемент ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ-НЕ - на микросхемах серии К155, цифроаналоговый преобразователь на /с К252ПА1.

Внедрение предлагаемого устройства обеспечит по сравнению с прототипом более высокую точность решения а возможность длительного хранения информации в ОЗУ позволит использовать устройство для решения задач в режиме реального времени, сопрягая его непосредственно с исследуемым объектом. Кроме того, будучи вьшолнено на дискретных элементах устройство более технологично в исполнении и просто в настройке.

2SN

UUUJJLIL П П П n И n

.11

ЛА/ША

и,

ОПП11ППТ1Г ТГ

1Z

irrinnfLnnrinn

пппппппппппп

i AI АЗ

фиг. 2

rnL...rn.,r

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕ11ЕНИЯ ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ ТЕОРИИ поля, содержащее блок памяти, RC-сетку, преобразователь код - напряжение, выход которого подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с центральным узлом RC-сетки, о тп и ч а ю щ е е с я тем, что, с . целью повышения точности решения, в него введен блок задания участков аппроксимации, выполненный в виде генератора тактовых импульсов, счётчик, реверсивный счетчик, цифроаналоговьй преобразователь и преобразователь напряжения в число импульсов, содержащий нуль-орган, интегратор, блок сравнения, элемент ИСКЛЮЧАМЦЕЕ ИЛИ-НЕ, мультивибратор и демульти.плексор, -первый выход которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, группа выходов которого соединена с группой информационных входов блока памяти и с группой входов цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к гранично му узлу RC-сетки, выход дифференциальног.о усилителя соединен с первым входом яблока сравнения и с входом нуль-органа, выход которого подключен к информационному входу интегратора, к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ и к управляющему входу демультиплексора, выход интегратора соединен с вторым входом блока сравнесл ния, выход которого подключен к второму входу элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ с ЙПИ-НЕ, выход которого соединен с входом мультивибратора, выход которого подключен к информационному входу демультиплексора, второй выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, группа о установочных входов которого подклю4; чена к группе выходов блока памяти, выход генератора тактовых импульсов 4 ЭО соединен с входом сброса интегратора, с входами записи-чтения блока памяти и ср счетным входом счетчика, группа выходов которого подключена к группе адресных входов блока паняти и к группе входов преобразовате-. ля код - напряжение.