Устройство для моделирования физических полей Советский патент 1986 года по МПК G06G7/56 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для выделения зон возможного размещения источника физического поля с учетом ограничений на значения поля в нескольких контролируемьк точках и местоположения размещаемог источника в области.

Цель изобретения - расширение ,, функциональных возможностей за счет выделения зон возможного размещения источника.

Необходимо в заданной области выделить зону (подобласть) возможного местоположения источника, причем такую, чтобы для любого местоположени источника в этой зоне выполнялись следующие ограничения:

а)значения поля в контролируемых точках области не должны превьшать перед заданные величины;

S) размещаемый источник не должен попадать в области,- занимаемые неподвижными источниками и областями запрета, задаваемые из конструктивных технологических и др. требований;

Ь) источник не должен находиться ближе наперед заданного расстояния от границы области, в которой осуществляется его размещение.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для моделирования различных полей; на фиг.2 - блок задания интенсивности источников физического поля; на фиг.3-4 - блоки сравнения; на фиг.5 - блок задания ограничений; на фиг.6 - временная диаграмма, поясняющая работу блока задания интенсивности источников физического поля.

Устройство для моделирования физических полей состоит из коммутатора 1, R-сетки 2, блока 3 задания граничных условий, блока 4 цифро- аналоговьк преобразователей, блока 5 сравнения, формирователя импульсов 6, сумматора 7, блока 8 задания интенсивности источников физического поляс блока 9 регистрации, элемента Н 10, элемента ИЛИ 11, блоков 12 и 13 сравнения, счетчика 14, блока 15 задания ограничения..

Коммутатор 1 представляет собой стандартный (п+1)-разрядный (п - число узлов R-сетки) регистр после- .довательного сдвига, имеющий один информационный и один тактирующий

вход. Он предназначен для организации поочередного включения цифроана- логовых преобразователей 16 блока 4 (фиг.1) кодами, приходящими с peгиcт ра 1тоследовательного сдвига комму- татора I. Причем нулевой разряд этого регистра не связанный с циф- роаналоговыми преобразователями) служит для подачи в него 1, которая затем передвигается по регистру, путем подачи п тактирующих импульсов, что позволяет на выходе коммутатора иметь следующую последовательность кодов

100 ... О 010 ... О 00 ... О

5

0

5

0

5

20

0

5

000 ... I

(, J

п

подключающих поочередноцифроанашо- говые преобразователи 16 блока 4.

Блок 2 R-сетки представляет собой обычную сеточную модель, с помощью которой моделируется физическое поле, создаваемое неподвижными и подвижным источниками, а также граничньми условиями.

Блок 4 цифроаналоговых преобразователей представляет собой набор .стандартных идентичных цифроаналоговых преобразователей 16, функциони-. рующих независимо друг от друга. Задача каждого из преобразователей состоит в преобразовании кода, соответствующего интенсивности источника, в ток-аналог источника физического поля.

Блок 5 сравнения представляет собой блок выделения максимального значения потенциала среди постоянных аналоговых величин.

Блок 6 представляет собой стандартный формирователь импульсов, предназначенньш для формирования импульса по аналоговой величине, поступающей от блока 5 сравне.ния.

Блок 7 сумматоров представляет собой набор стандартных идентичных сумматоров 17, функционирующих независимо друг от друга,

Блок 8 задания интенсивности источников физического поля (фиг.-21 содержит генератор 8 тактовых и myль- сов,элемент И 19, элемент И 20, триггер 21, блок 22 запуска, группу регистров 23, триггер 24, группу

312

цифроаналоговых преобразователей 25, с первого по четвертый элементы 26-2 задержки.

Блок 9 - регистрирующее устройств представляет собой стандартное алфа- витно-цифровое устройство.

Блок 12 сравнения на равенство двух чисел фиг.З содержит регистры 30-31, включающие триггеры 32-33, схему 34 сравнения на равенство, со- держащую элементы ИЛИ 35 и элемент И 36. В регистры 30 и 31 подаются два числа, если они равны, то на выходе элемента И 36 появляется сигнал.

Блок 13 сравнения нескольких чисел на равенство (фиг.4) содержит блоки 37 сравнения на равенство двух чисел, аналогичные блоку 12, выходы которых подключены к элементу ИЛИ 38 На выходе элемента ИЛИ 38 появляется сигнал только в том случае, когда хотя бы в одном из блоков 37 числа, поданные на его входы, совпадают.

Блок 14 является стандартным счет чиком.

Блок 15 задания ограничений (фиг.5) содержит две группы регистров 39-40, регистр 41 и группу цифро аналоговых преобразователей 42.

Подготовка устройства к работе.

Каждому узлу R-сетки присваивается номер 1,2,...п (фиг.1). Далее с устройства ввода (например, клавишного) заносятся коды, соответ- ствующие исходным данным, в регистры 23 блока 8 (фиг.2) - интенсивности неподвижных источников,, в регистры 24 - интенсивности размещаемого источника. В регистры 39 блока 15 заносятся коды, соответствующие допустимым значениям физического поля, в регистры 40 - номера точек запрета:, т.е. номера узлов R-сетки, помещение источника в которые противоречит ограничениям на местоположение размещаемого источника (ограничения 5,8) . В регистр 41 заносится общее число точек R-сетки, т.е. число п.

Устройство .работает следующим, образом.

При включении блока 22 происходит установка в О (фиг.2) цифро- вых блоков устройства: коммутатора 1, блоков 12 и 13 сравнения, счетчика 14 и цифроаналоговых преоб24

разователей 16 (фиг.1). Связь Установка О (фиг.2 на фиг.1 не показана.

Импульс от блока 22 кроме того, поступает на вход элемента 26 задержки и устанавливает триггер 21 в состояние 1 (фиг.б). Это обеспечивает поступление на входы регистров 23-24 блока 8 и регистров 39-41 блока 15 сигнала, позволяющего переслать содержимое регистров 23 в цифроаналоговые преобразователи 25, преобразующие коды в токи-аналоги неподвижных источниковj содержимое регистра 24 в цифроаналоговые преобразователи 16 блока 4, преобразующие код в ток-аналог размещаемого источника; содержимое регистров 39 - в цифроаналоговые преобразователи 42, преобразующие коды в напряжения, соответствующие допустимым значениям физического поля; содержимое регистров 40-41 соответственно во входные регистры блоков сравнения 12 и 13. Входным регистром, например, в блоке 12 является регистр 31.

Кроме того, этот же импульс от блока 22 поступает на вход элемента 29 задержки, а затем на первый вход элемента И 19, на второй вход которого поступают тактовые импульсы от генератора 18 импульсов. Это позволяет с выхода элемента И 19 (фиг.2) обеспечить подачу одного импульса в нулевой разряд (не связанный ни с одним цифроаналоговым преобразователем регистра 1, т.е. ни один преобразователь 16 еще не включен.

Тактовые импульсы (фиг.2) от генератора 18 импульсов поступают на элемент И 20, на второй вход которого через элемент 28 задержки поступает 1 от триггера 21. Это обеспечивает прохождение тактовых импульсов через элемент И 20 (фиг.2) к коммутатору 1, элементу 10 И, счетчику 14.

Поступление на тактовый вход коммутатора 1 импульсов позволяет за п импульсов сгенерировать коды

100 010

О О

000 ... 1

дающие возможность последовательно каждый раз по одному включать цифро- аналоговые преобразователи 16 блока 4, связанные соответственно с узла- ми I, 2, ..,,п К сетки /фиг.l) « На информационные входы каждого цифро- аналогового преобразователя I6 блока 4 подан код, соответствуюпщй интенсивности размещаемого источника. Последовательное включение по одному преобразователей 16 кодами, подаваемыми с коммутатора 1, позволяет преобразовывать коды, соответствующи интенсивности размепдаемого источни- ка в аналоговую величину - ток, имитирующий источник физического поля. Поскольку выходы преобразователей I6 соединены с узлами R-сетки, ток соответствующий подвижному источнику подается последовательно в узлы 1,2, ...,п R-сетки (фиг.1), что позволяет совместно с граничными условиями и неподвижными источниками формировать п -различных физических полей. Каждое полученное образом поле анализируется путем подачи с каждого узла R-сетки потенциалов, .соответствующих значенио физического поля, в сумматоры 17 блок 7, на второй вход которых с цифроаналоговых преобразователей 42 блока 15 подаются допустимые значения поля. С выхода блока 7 сумматоров сигналы рассогла- сования подаются на вход блока 5 сравнения, позволяющего выделить максимальное значение сигнала среди нескольких поданных; на вход. С выхода блока 5 сравнения выделенный сигнал поступает на вход формирователя им- пульсов 6; оттуда - на элемент ИЛИ II. На другой вход элемента ИЛИ 11 блока 13 сравнения подается сигнал в том случае, если содержимое счетчика 1.4 (номер узла К-сетки, в кото рый подается источник совпадает с одним из номеров узла Я сетки, в который запрещена подача размещаемого источника. Таким образом, если сформированное на модели поле не удовлетворяе наперед заданным ограничениям, т.е, (,25

...,п), где U; - значение поля в

.-й1-м узле R-ceTKHj а Uj - заданное

допустимое значение, то формирова- тель импульсов 6 формирует импульс, который обеспечит срабатьгеание элемента ИЛИ 11 и с выхода элемента

ШШ 1 1 будет по.дан сигнал на элемент И 10, который совместно с поданным с блока 8 на элемент И IО тактовым импульсом отключит блок 9 регистрации. .Аналогкчно, если номер узла, куда помещается источник, пришедший со счетчика 14 на схему сравнения 13, совпадает с одним из номеров узла- запрета, хранящегося во входных регистрах блока .3 сравнения, то с выхода блока 13 сравнения на вход элемента ИЛИ 1 поступает сигнал, обеспечивающий срабатывание элемента ИЛИ II. В этом случае с выхода элемента ИЛИ I подается сигнал на элемент И 10, кото- рый совместно с поданным с блока 8 на элемент И 10 тактовым импульсом отключает блок 9 регистрации. Если же ни в том, в другом случае элемент ИЛИ 1 не срабатьшает, то число тактовых импульсов, подсчитываемых счетчиком 12 и соответствующих номеру узла R-сетки, в который помещается источник, регистрируется блоком 9 регистрации. Множество та- к.их точек и образует зону возможного размещения источника физического поля.

Для автоматической остановки ра- боты устройства введен блок 12 сравнения, на один вход которого со с-чет счетчика 14 подается номер узла R-сетки, в который помещается источник, а на другой вход блока 12 ранее с блока 15 подано общее число узлов R-сетки. Если поданные на входы блока 2 сравнения сигналы совпадают то с выхода блока 12 подается сигнал на вход блока 8 задания интенсивности источников физического поля, который поступает на элемент задерж- к 27, пре.дназначенный для разнесения во времени выполнения операций (фиг.б), а затем на триггер 21, который устанавливается в состояние О (фиг,б). При этом подача тактовых импульсов через элемент 20 И в коммутатор, элемент И 10 и счетчик 14 прекращается 5 что соответствует окончанию решения задачи.

Таким образом, блок 9 .регистрации фиксирует номера узлов R-сетки,. куда можно помещать источник физического поля, при этом выполняются ограничения как на значения физического поля в контролируемых точках, так

712

и на местоположение источника в области (ограничения а , 8).

Изобретение расширяет функциональные возможности устройства. Формула изобретения

Устройство для моделирования физических полей, содержащее R-сетку,, коммутатор, блок задания граничных условий, выход которого соединен с граничными узлами R-сетки, блок циф- роаналоговых преобразователей, выходы которых соединены с внутренними узлами R-сетки, блок регистрации, блок выбора максимума и блок задания интенсивности источников физического поля, выходы коммутатора соединены с группой тактирующих входов блока цифроаналоговых преобразователей, блок задания интенсивности источников физического поля содержит генератор тактовых импульсов, блок запуска, вход которого является входом Пуск устройства, первьш элемент,И первый и второй элементы задержки, триггер и группу регистров, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, выходы первого и второго элементов задержки подключены к первому и второму входам триггера, информационные входы регистров группы блока задания интенсивности источников физического поля являются первой группой информационных входов устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет вьщеления г зон возможного размещения источника, в него введены первьй и второй блоки сравнения, счетчик, формирователь импульсов, блок сумматоров, элемент И, элемент ИЛИ, блок задания ограничения, и в блок задания интенсивности источников физического поля дополнительно введены второй элемент И, третий и четвертый элементы задержки, регистр и группа цифроаналоговых преобразователей, блок задания ограничений включает регистр, две группы/ регистров и группу цифроаналоговых преобразователей, причем в блоке задания интенсивности источников физического поля выход триггера соединен с входом третьего элемента задержки и.с входами разрешения считывания регистра и регистров группы, а также подключен к входам разрешения считывания регистра и регистров первой и

2а

второй групп блока задания ограничений, выход блока запуска блока задания интенсивности источников физического поля соединен с входом четвертого элемента задержки, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, выход которого соединен с тактирующим входом коммутатора, в блоке задания интенсивности

источников физического поля выход третьего элемента задержки подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов,

выходы регистров группы блока задания интенсивности источников физического поля подключены к входам цифроаналоговых преобразователей группы, группа выходов которого соединена с внутренними узлами R-сетки, вход регистра блока задания интенсивности источников физического поля является входом задания интенсивности размещаемого источника, а выход подключен к группе информацион- ных входов блока цифроаналоговых преобразователей устройства, выход первого блока сравнения соединен с входом второго элемента задержки блока заДания интенсивности источников физического поля, выход второго блока сравнения подключен к второму входу элемента ИЛИ,, выход регистра блока задания ограничений соединен с вторым входом первого блока сравнения, выходы регистров второй группы блока задания ограничений подключены к группе входов второго блока сравнения устройства, информационные

входы первой группы регистров блока задания ограниченшЧ являются второй группой информационных входов устройства, третьей группой информационных входов которого является

группа информационных входов регистра второй группы, вход задания числа узлов R-сетки устройства соединен с информационным входом регистра блока задания ограничений, выходы регистров первой группы которого подключены к входам цифроаналоговых пре- преобразователей группы, выходы которых соединены с первой группой входов блока сумматоров, вторая группа входов которого подключена к внут- рённим узлам R-сетки, выходы блока сумматоров соединены с входами блока выбора максимума, выход которого

912511

через фopмиpoвateль импульсов подключен к первому входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к первому входу блока регист- 5 рации, выход второго элемента И блока задания интенсивности источников

2210

физического поля соединен с информационным входом коммутатора, с вторым входом элемента И и с входом счетчика, выход которого подключен к первому входу первого блока сравнения, к входу второго блока сравнения и к второму входу блока регистрации.

Изобретение относится к области аналоговой вьгчислительной техники и может быть использовано для решения задач оптимального размещения источника физического поля с учетом ограничений на значения физического поля в контролируемых точках области и ограничений на местоположение источника в области. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет выделения зон возможного размещения источника. Новым в предложенном устройстве является наличие блока 15 задания ограничений, счетчика 14,двух блоков сравнения I2и 13, элементов И и ИЛИ 10 и 11,формировате- ля импульсов 6,Применение устройства при решении задач оптимального проектирования позволяет повысить надежностные характеристики проектируемых технических устройств и сократить временные и материальные затраты на проектирование, 6 ил. с (Л т Tt-Tt итог ю N9 Bffo MlXOdW Uft(fN Mtn4«M

Ввод интенсивности размещаемого источника Ввод интенсиднасти неподв1)кны( источ- HUKoS

К Улоку

Н блокам 1Ю,Щ

ИстанаВка 0

Фмг.2

31

12

К блоку 8

37

Ввод чис-ла точек К сетки

От SjnoKo. 8

К 5лок(/ 2

fplAZ.5

Пуск от 5л. 22

HcmanaSna О

Триггер f/l

Генератор JMn jjJbca6ni

JLJ

Элемент

И19

П 1 АМпуЛЬСо8

Элемент иго

Останов {к триггеру 21

е

/ импульсов

Л.

Фиг. 6