Устройство для решения обратных задач теории поля Советский патент 1986 года по МПК G06G7/56 

12

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для отыскания постоянных на каждой из частей границы области, но различных между собой, краевых условий (пе- ребор сочетаний, размещений и перестановок краевых условий на участках границы области), обеспечивающих минимизацию максимального среди контролируемых точек значения физического поля.

Цель изобретения - расширение класса решаемых задач.

Рассматриваемый класс задач состоит в следующем. Имеется многосвязная область с границей Г, причем граница состоит из k частей 1 ,k), При этом на каждом участке границы может задаваться свое (постоянное по всему участку) краевое условие. Имеются также точки PJ (j 1,m) контроля физического поля. Необходимо определить (восстановить) такую комбинацию краевых условий, чтобы максимальное среди контролируемых точек значение поля бьшо минимальным, т. е. если ставится задача отыскания допустимых комбинаций краевых условий, например, для первой (второй) краевой задачи, то диапазон возможного изменения напря- жения (тока) разбивается на п частей и тогда для k участков границ необходимо проанализаровать k (при k п)

вариантов (перестановок) поля, С

п

(при k п) вариантов

k (п - k)l

(сочетаний) поля А -7-ггт вари (n-k;

антов для случая размещений краевых условий. Таким образом, необходимо решить задачу

мин макс 1J (Р( k)

kШ Р (j lTm), (1)

где и - поле,

Р.(,m) - заданные точки контроля поля,

k - злемент дискретного множества,

М - множество перестановок или сочетаний, или размещений (зависит от решаемой задачи),

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для решения обратных задач теории поля; на фиг. 2 - блок-схема коммутатора.

2

Устройство содержит коммутатор 1, R-сетку 2, регистр 3, блок 4 цифро- аналоговых преобразователей, блок 5 выбора максимума, регистр 6, блок 7 сравнения, источник 8 тока, блок 9 регистрации, аналого-цифровой преобразователь Ю, счетчик 11.

Блок 4 содержит цифроаналоговые преобразователи 12,

Коммутатор 1 (фиг.2) содержит запоминающую матрицу 13, регистр 14 сдвига, элементы И 15 и 16, триггеры 17 и 18, генерато 19 тактовых импульсов, элемент ИЛИ 20, блок 21 формиро- вателегд, выходной регистр 22, переключатель 23, коммутатор 24, блок 25 деления, блок 26 управления, кнопку Пуск 27. Кроме того, для включения в предлагаемом устройстве блока 9 регистрации организован дополнительный выход: связь от триггера 17 к счетчику 11 (фиг.2). Коммутатор 1 предназначен для перебора сочетаний, размещений и перестановок.

R-сетка 2 является обычной сеточной моделью области, в которой моделируется поле.

Регистры 3 и 6 предназначены для запоминания информации. Регистр 3 - для хранения комбинации задания краевых условий, а- регистр 6 - для хранения соответствующего этой комбинации максимального значения поля. Запись в эти регистры осуществляется только в том случае, когда полученное значение поля для очередной комбинации краевых у.словий меньше значения роля, полученного на предыдущей итерации. Команда для записи (импульс) подается с блока 7 сравнения. Регистры такого типа называются регистрами для приема информации без предвари- тельного гашения .

Блок 4 цифроаналоговых преобразователей состоит из стандартных идентичных преобразователей 12.

Блок 7 сравнения предназначен для сравнения двух максимальных значений поля, в-(олученные: для комбинаций краевых условий на предыдущей итерации и последуьэщей. С выхода блока 7 сравнения поступает сигнал только в том случае, когда для предыдущей комбинации максимальное значение поля боль-- ше, чем. для последующей.

Источник 8 тока является стандартным блоком, предназначенным для задания источников физического поля.

31

Блок 9 регистрации является стандартным алфавитно-цифровым печатающим устройством.

Счетчик 11 предназначен для подсчета импульсов, характеризующих /-ро- цесс перебора. С выхода счетчика 11 подают сигнал на включение блока 9 регистрации после прихода на него двух импульсов.

Устройстве работает следующим об- разом.

Диапа зон возможного изменения кра- евь х условий, например первых (вторых краевых условий, которые моделируются напряжениями (токами), разбивается на п частей. Таким образом, входной информацией для коммутатора 1 явятся п кодов Ы, d, ... , соответствующих дискретно представленным напряжениям (токам). . Для перебора перестановок этих величин .все контакты коммутатора 24 ., блока 1 замкнуты. Для случая перебора зазмещений А или сочетаний С размыкаются п - k контактов коммутатора 24, начиная с правого разряда. В зависимости от типа решаемой задачи, т. е. перебора перестановок, размещений или сочетаний, в блок 25 деления заносится соответственно одно из чи- сел 1, (п - k) или kKn - k)l. Рассмотрим работу устройства на при- мере генерирования перестановок.

В зависимости от размерности генерируемой устройством последовательности переключатель 23 устанавливается в положение , а в коммутаторе 24 командой с блока 26 управления отключаются разряды с номерами больше k. При подаче пускового сигнала в коммутатор 1 (на шину 27) перебрасывается триггер 17, сигнал с его выхода подается на вход счетчика 11, который зафиксирует приход первого импульса. Кроме того, этот же сигн°ал посту шт на элгмент И 15 и черг.з элемент ИЛИ 20 запускает генератор 19 импульсов, импульсы которого через элемент И 15 подаются на прямой вход ре

гистра 14 сдвига, вызьшая тем самым поочередное срабатывание его разрядов и появление на горизонтальных шинах запоминающей матрицы 13 сигналов, которые поступают через соединения в узлах матрицы 13 и ее вертикальные глины на соответствующие формирователи ot. блока 21 формирователей.

5

tO

) 15 20 25 зо .

...

0

5

5

204

При срабатывании первого разря да Р, регистра 14 сдвига сигнал с выхода этого разряда подтверждает состояние триггера 17. Одновременно этот же сигнал через первую вертикальную шину запоминающей матрицы 13 поступит на формирователь о/ блока 21 формирователей и через коммутатор 24, соответствующий элементу о(., код подается в блок 25 деления. Так как в режиме генерирования перестановок в блоке 25 деления записана 1, то код проходит на вход выходного регистра 22. При переключении второго, а затем третьего разрядов регистра 14 сдвига, аналогичным образом на вход выходного регистра 22 поступают коды элементов о и о. Таким образом, коммутатор 1 сформировал первую комбинацию краевых условий.

Выходы коммутатора 1 соединены с цифроаналоговыми преобразователями 12, которые преобразуют комбинацию кодов, соответствующую величинам краев 1: условий на соответствующих участках границы области, в аналогичные величины: напряжения для случая первой краевой задачи или токи для второй краевой задачи. С выходов аналого- цифровых преобразователей 12 информация о краевых условиях подается на соответствующие каждому цифроаналого- вому преобразователю участки границы области, что формирует совместно с источником 8 тока,, задающего источники поля, физическое поле,. С выхода R-сетки 2 (с контролируемых узлов R- сетки) потенциалы подаются на входы блока 5, который осуществляет вьщеле- ние, максимального значения поля (максимального потенциала), С выхода блока 5 сигнал поступает на вход анало го-цифрового преобразователя 10, который преобразует потенциал в соответствующий ему код. Этот код подается на вход регистра 6 и на вход блока 7 сравнения на меньше. Поскольку на регистр 6 еще не подан управляющий сигнал с вькода блока 7 сравнения, разрешающий запись кода-, то регистр 6 останется в нулевом состоянии. Таким образом, в блок 7 сравнения подаются два кода, один с выхода блока 10, а другой с выхода регистра 6. Поскольку код, поданный с блока 10 меньше, чем код поданный с выхода регистра 6 (в нем хранится- О), то блок 7 сравнения ,выдаст на выходе управляющий

512

сигнал, который поступит одновременно на управляющие входы регистров 6 и 3. Этот сигнал разрешит запись в регистр 6 кода, соответствующего максимальному среди контролируемых точёКс значения поля, а в регистр 3 - соответствующую комбинацию краевых условий.

. Поскольку на фиг.2 показаны замкнутыми только те контакты коммутато- ра 24, которые соответствуют формирователям с, , d, p(3s то на выходном регистре 22 за девять тактов зафиксируются члены 0/,0, (i, о/. , o/j;

о,, о , яапее с приходом очередной комбинации , Э,з краевых условий на цифроаналоговые преобразователи 12 повторится очередное моделирование физического поля. Если полученное в этом случае максимальное значение поля больше, хранящегося в регистре 6, то блок 7 сравнения не выдаст управляющего импульса, разрешающего запись очередной информации, и в регистрах 6 и 3 о станется прежняя информация. В противном случае, т. е. если максимальное значение поля меньше, чем полученное на предыдущей итерации, то произойдет перезапись информации в регистрах 6 и 3.

После анализа комбинаций ,Vj, ot, , 0:3 , oi , ,oi , T. e. после девяти тактов произойдет срабатывание девятого разряда регистра 14 сдвига, сигнал через переключатель 23 перебросит триггер 17 в исходное состояние, снимая тем самым разрешающий сигнал с элемента И 15 и прекращая подачу импульсов на прямой вход ре - гистра 14 сдвига. Одновременно сигнал с переключателя 23 перебросит триггер 18, с выхода которого поступит разре шающий сигнал на элемент И 16, и через элемент ИЛИ 20 подтвердится запуск генератора 19 импульсов. Следовательно, импульсы с выхода генерато- ра 19 через элемент И 16 начнут поступать на реверсивный вход регистра 14 сдвига. Переключение разрядов регистра 14 сдвига осуществляется при этом в обратном порядке и согласно информации, записанной в матрице 13, на выходном регистре зафиксируются члены of5,,, , о, of. ,0/,, ; о1з,о,1. Аналогичным образом происходит анализ этих комбинаций краевых условий.

При. срабатывании первого Р, разряда регистра 14 сдвига триггер 17 перебрасывается и перебрасывает своим

„

j- 25

5

30

0

S

120 ,6

выходом триггер 18, в результате чего снимается разрешающий сигнал с элемента Н 16 и прекращается поступление импульсов с выхода генератора 19 на реверсивный вход регистра 14 сдвига. При этом тот же импульс с выхода триг- ера 17 поступит на информационный вход счетчика 11, который зафиксирует приход второго импульса, который обеспечит переполнение счетчика 11, расчитанного на прием всего лишь двух импульсов: первого, связанного с пуском коммутатора 1, и второго - с окончанием перебора комбинаций краевых . условий. С выхода счетчика 11 на вход блока 9 регистрации поступит управляющий сигнал, обеспечивающий включение блока 9 регистрации, который зафикси-- рует информацию, хранящуюся в регистрах 6 и 3, минимизированное по всевозможным комбинациям краевых условий значение поля и соответствующую ему комбинацию краевых условий. Это и .

явится окончанием работы устройства.

Аналогично устройство работает для случая генерирования и анализа размещений и сочетаний кодовой, , i, ....« 5, соответствующих комбинациям краевых условий.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществить решение комбинаторных задач теории поля для случая восстановления краевых условий с целью минимизации максимального среди контролируемых точек значения поля.

Формула изобретения

Устройство для решения обратных задач теории поля, содержащее коммутатор, первая группа выходов которого соединена с группой входов блока циф- роаналоговых преобразователей, группа выходов которого подключена к граничным узлам R-сетки, контролируемые узлы которой соединены с группой входов блока выбора максимума, и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, в него введены первый и второй регистры, счетчик, источник тока, блок сравнения и аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу блока выбора максимума, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационными входами первого регистра и первым входом блока сравнения,, выход ко71246

торого подключен к входу разрешения записи первого и второго регистров, разрядные выходы первого и второго , регистров соединены с информационными входами блока регистрации, второй вход блока сравнения подключен к разрядным выходам первого регистра, вторая группа выходов коммутатора соеди1208

нена с информациони11 ми -входами второго регистра, выход коммутатора через счетчик подключен к входу запуска блока регистрации, выход источника тока соединен с внутренними узлами R-сетки, группа входов коммутатора является группой информационных входов устройства.

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для решения задач восстановления (определения допустимых комбинаций) краевых условий на частях границы области. Цель изобретения - расширение класса решаемых задач. Устройство включает коммутатор, R-сетку, регистр, блок цифроаналэго- вых преобразователей, блок выбора максимума, регистр, блок сравнения, источник тока, блок регистрации, аналого-цифровой преобразователь, счетчик. Предложенное устройство позволяет осуществить решение комбинаторных задач теории поля для случая восстановления краевых условий, с целью минимизации максимального среди .онтро- лируемых точек значения поля. 2 ил. (Л |С 4 Од

Т Til

I I I I vjА 6

.одисладной инсрормации

.1

Редактор В.Иванова

Составитель И.Дубинина

О.Гортвай Корректор Г.Решетник

Заказ 4003./43Тираж 671 Подписное

ВНШПИ 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

К блокам 3 w