Устройство для решения нелинейных задач теории поля Советский патент 1986 года по МПК G06G7/46 

Изобретение относится к аналоговой и гибридной вычислительной технике и предназначено для решения нелинейных уравнений в частных производных.

Цель изобретения - повьппение точ- дости.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для решения нелинейных задач (схема представлена для одного узла); на фиг. 2 - временные диаграммы его работы; на фиг. 3 задаваемые нелинейные зависимости.

Устройство содержит сеточную модель 1 изh узлов, состоящую из циф- роуправляемых проводимостей 2 (ЦУП), схему 3 формирования величины узловой проводимости, состоящую из цифрового генератора 4 развертьгоающего напряжения и.запоминающего устройст- ва 5 (ЗУ), h схем 6 сравнения, вторую группу из h регистров 7, первую группу из h регистров 8, причем схема 6 сравнения, регистр 7 второй группы и регистр 8 первой группы образуют блок 9 управления параметрами сеточной модели 1. Устройство также включает блок 10 памяти и токозадающий резистор 11.

Генератор 4 предназначен для формирования развертьгоающего напряжения Ucp(t), которое поступает на инвертирующий вход схемы 6 сравнения. Это позволяет зафиксировать момент вре- мен и, в который происходит совпадение развертывающего напряжения с потенциалом узла. В этот момент формируется значение узловой проводимости. В качестве генератора 4 используются последовательно включенные счетчик 12 и цифроаналоговый преобразователь 13 (ЦАП). Они образуют кусочно-ступенчатый аппрокси- матор, формирующий линейно-возрастающее напряжение с периодом Т.

Емкость счетчика 12 равна числу ячеек памяти запоминающего устройств 5 и разрядности ЦАП 13. Емкость

rt

счетчика 12 выражается числом 2 , где q - число разрядов счетчика 12. Назначение блока 10 памяти состоит в запоминании узлового потенциала на время рещения задачи на одном временном шаге и перезапись в узел этого запомненного узлового потенциала на следующем временном шаге через проводимость g, (резистор П).

22978IJ

Моделируемая нелинейность g(Uc) квантуется по времени числом шагов, равным максимальному числу тактовых импульсов, которое может быть про5 считано счетчиком 12 (т.е. число

шагов квантования по времени модели-- руемой нелинейности равно емкости счетчика 2). Значения моделируемой функции в эти квантованные моменты

времени слзгжат априорной информацией о ррме моделируемой нелинейности g(Uo) и, в виде цифрового кода, записываются предварительно (до начала работы устройства) в ячейки па мяти запоминающего устройства 5, Запись информации в последнее происходит в строгой последовательности, т.е. по нулевому адресу (при равенстве нулю сигналов на всех адресных

шинах) записьюается. информация о

начальном значении g моделируе;мой нелинейности, по первому адресу (т.е. в случае, если только в младшем разряде адреса сигнал равен единице) записьтается информация о значении моделируемой нелинейности для первого шага квантования и т.д.

Таким образом, код, записанньй в ЗУ 5, хранит информацию о форме моде30 лируемой нелинейности и определяет значения узловых проводимостей сеточной модели для различных щагов квантования, в зависимости от потенциалов узловых точек.

35 Рассмотрим работу устройства для решения нелинейных задач теории поля. Временные диаграммы (фиг. 2) даны для случая, когда моделируемая нелинейность g(Uo) задана возрастаю40 щей функцией (общность рассуждений по описанию работы устройства сохраняется независимо от того, какой из функций, приведенных на фиг. 3, . описьюается моделируемая нелиней45 ность).

25

Перед началом работы устройства счетчик 12« сбрасьшается в нуль путем подачи на его вход R импульса сброса. Цосле установки счетчика 12 в исходное состояние на его счетный вход подаются тактовые импульсы с частотой f. Код, получаемый на выходе счетчика 12, используется для двух целей: поступает на адресные входы ЗУ 5 и, тем самым, из последнего считывается число, соответствующее значению узловых проводимостей для данного шага квантования (значения кода на выходе ЗУ 5, соответствующие значениям узловых проводи- мостей для разных шагов квантования, обозначены условно точками на временных диаграммах фиг, 2), и г выхо- да счетчика 12 поступает на входы ЦАП 13 и служит для формирования напряжения развертки.

Схема 6 сравнения позволяет зафиксировать момент времени, когда раз- вертьшающее напряжение U,(t), получаемое на выходе ДАЛ 13, совпадает по амплитуде с узловым напряжением UQ . В этот момент времени число, считанное из ЗУ 5 (соответствующее значению узловой проводимости для шага квантования, на котором происходит совпадение напряжений U(t) и UQ) и установленное на информационны входах регистра 8, записьшается в последний.

При заполнении счетчика 12 на его выходе переноса 2 сформируется импульс, который управляет работой регистра 8 и блока 10 памяти. В этом случае регистр 8 передает на управляющие входы ключей (не показано) ЦУП 2 число, определяющее значение этих проводимостей для текущего временного шага, а блок 10 памяти осу- ществляет перезапись в узел запомненного узлового потенциала с предыдущего временного шага на текущий временной шаг через проводимость g (резистор 11). Счетчик 12 переводится в исходное состояние первым тактовым импульсом, приходящим после переполнения счетчика 12.

В первый период работы устройства

Устройство для решения нелин задач теории поля, содержащее с НУю модель из п узлов, выполнен на цифроуправляемых проводимост п схем сравнения и счетчик, сче вход которого подключен к такто

(совпадающий с первым периодом раз- 40 входу устройства, а каждый из п

вертывающего напряжения Т), производится установка начального значения узловой проводимости g. Происходит это следующим образом.

До прихода первого тактового им- 45 пульса на вход счетчика 12 его выходной код равен нулю. Так как выходы счетчика 12 связаны шинами с адресными входами ЗУ 5, то из последнего по нулевому адресу считывается код, 50 определяющий начальное значение узузлов сеточной модели соединен первым входом соответствующей с сравнения, отличающее тем, что, с целью повышения точ ти, в него введены цифроаналогов преобразователь, запоминающее ус ройство, п блоков памяти, первая группа из п регистров и вторая г па из п регистров и п токозадающ резисторов, причем j-й узел сето модели соединен с одним из вывод j-ro токозадающего резистора и с информационным входом j-ro блока памяти (где ,...,n), выход ко рого подключен к другому выводу j-ro токозадающего резистора, вх сброса устройства подключен к вх сброса в нуль счетчика, выход пе

ловых проводимостей g

нач

Передним

фронтом импульса с выхода схемы 6 сравнения этот код переписывается в регистр 8 (так как U в первый период решения равно О, то импульс на выходе схемы 6 сравнения появляется в начале периода ра звертывающего напряжения Т). В конце периода развертывающего напряжения импульсом, с выхода переноса счетчика 12, начальное значение узловых проводимостей g переписывается в регистр 8 и устанавливается на управляющих входах ключей ЦУП 2.

10ij 20

25 зо 5

Во второй период задача решается при заданных значениях g Результат решения в этот период в виде потенциала узла сравнивается с развертывающим напряжением схемой 6 сравнения. К моменту сравнения t; этих напряжений на выходах ЗУ 5 устанавливается новое значение узловых проводимостей g| . Оно записьшается в регистр 8 и поступает на управляющие входы ключей ЦУП 2 с приходом импульса переноса от счетчика 12.

В последующие периоды описанные циклы работы повторяются, в результате чего параметры сетки изменяются в каждом периоде развертьшающего напряжения. Таким образом, в предлагаемом устройстве изменение параметров сеточной модели происходит автоматически, непосредственно в процессе решения задачи и параллельно во всей области моделирования.

Формула изобретения

Устройство для решения нелинейных . задач теории поля, содержащее сеточ- НУю модель из п узлов, выполненную на цифроуправляемых проводимостях, п схем сравнения и счетчик, счетный вход которого подключен к тактовому

0 входу устройства, а каждый из п

узлов сеточной модели соединен с первым входом соответствующей схемы сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены цифроаналоговый преобразователь, запоминающее устройство, п блоков памяти, первая группа из п регистров и вторая группа из п регистров и п токозадающих резисторов, причем j-й узел сеточной модели соединен с одним из выводов j-ro токозадающего резистора и с информационным входом j-ro блока памяти (где ,...,n), выход которого подключен к другому выводу j-ro токозадающего резистора, вход сброса устройства подключен к входу сброса в нуль счетчика, выход переноса которого соединен с выходами синхронизации п блоков памяти и п регистров первой группы, выход каждого из которых подключен к управляющим входам соответствующих цифро- управляемых Проводимостей сеточной модели, информационные выходы счетчика соединены с адресными входами запоминающего устройства и с входами цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к второму

входу j-й схемы сравнения, выход которой соединен с входом синхронизации j-ro регистра второй группы, выход которого подключен к информационному входу j-ro регистра первой группы:, информационные входы запоминающего устройства являются информационными входами устройства, выходы запоминающего устройства соединены с информационными входами j-ro регистра второй группы.

Изобретение относится к аналоговой и гибридной вычислительной технике. С целью повьшения точности в устройство дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь, запоминающее устройство, регистры, блок памяти, токозадающие резисторы таким образом, что к входу схемы сравнения и к узловой точке сеточной модели подключены вход блока памяти и один из выводов резистора, второй вьгоод которого соединен с выходом блока памяти, вход синхронизации которого и выход переноса счетчика подключены к входу синхронизации первого регистра, выходы которого соединены с управляющими входами ключей цифроуправляемых проводимостей, а его информационные входы - с выходами второго регистра, информационные входы которого подключены к выходам запоминающего устройства, а вход синхронизации - соединен с выходом схемы сравнения, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, входы которого соединены шинами с информационными выходами счетчика и адресными входами запоминающего устройства, информационные входы которого, входы сброса и счетный вход счетчика являются входами устройства. Устройство может быть использовано при исследовании и моделировании объектов с распределенными параметрами. При этом развертьгаающее напряжение, форма которого определяет характер моделируемой нелинейности, может задаваться возрастающей, убывающей и неоднозначной функциями, 3 ил. i (Л ts9 Ю СО оо

/

/-.

Фив.1

A«f

Ut

Составитель И. Дубинина Редактор И. Дербак Техред Л.Олейнгас Корректор: М. Самборская

Заказ 2452/50 Тираж 671Подписиое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4