Сеточный интегратор для решения нелинейных задач Советский патент 1987 года по МПК G06G7/46 

Изобретение относится к аналоговой и вычислительной технике, предназначено для решения нелинейных дифференциальных уравнений и является усовер- шенс гвованием изобретения по авт.св. № 890410.

На чертеже схематично .представлено предлагаемое устройство.

Устройство содержит R-сетку 1, конденсаторы 2 и 3, ключ 4, триггер Шмиттй 5, диодный ключ 6, эмиттерный повторитель 7, генератор 8 напряжения, переменный резистор 9, источник 10 постоянного напряжения, группу усилительных полевых транзисторов 11, группу светодиодов 12. R-сет ка содержит резисторы 13 и 14 и нелинейные элементы 15.

Устройство работает следующим образом.

При решении прямых, обратных и инверсных задач теплопроводности для учета зависимости теплофизических свойств , С, от температуры емкости R-сетки в процессе решения должны изменяться по определенш м зависимостям в функции потенциалов узловых точек Up. В данном интеграторе это достигается за счет периодического подключения параллельно конденсатору 2 дополнительного конденсатора 3. Для этого в схеме применен ключ 4, в качестве которого может быт использован транзисторньй интегральный прерыватель, полевой транзистор, оптико-электронный ключ и т.д. Сигнал управления на управляющий вход ключа 4 поступает с выхода вриггера Шмитта 5, выполняющего в схеме роль широтно-импульсного модулятора. Он производит сравнение потенциала узловой точки Н сетки с периодическим напряжением специальной формы U. ((Г) , вырабатываемым генератором 6 напряжения. Схема настроена так, что с выхода триггера Имитта 5 на ключ 4 поступают прямоугольные импульсы Uj , амплитуда которых равна

.и

,

О, если U(j,U,

и«акс если .

За счет наличия в схеме конденсатора 2 и 3 ключа 4 емкость, включенная в узловую точку R-сетки, равна

СЭ.Р .с, + у(и„, Ир)-.с

г

2512

где С

и С. - емкости конденсаторов 2

10

и 3 соответственно; у --- - относительная длительность прямоугольных импульсов;

Т - период следования импульсов;

Т - время, в течение кото- рого ключевой элемент 4

/тт

замкнут (при этом Uj,

и

макс

5

0

5

0

5 I

Параметр J зависит от уровня потенциала Ug, а также от формы напряжения U|(T). Соответствующим выбором формы этого напряжения можно воспроизвести любой вид зависимости С (11), следовательно, смоделировать требуемую нелинейность в решаемом уравнении. Для формирования напряжения и„, (t) используется единый для всей модели генератор 6 напряжения. Он может быть построен либо на дискретном, либо на аналоговом принципе. В последнем случае в качестве него может быть использован операционный усилитель, во входной цепи которого НИИ в об1 атной связи включено нелинейное или управляемое сопротивление с требуемой вольт-амперной характе- ристикой, причем на вход этого усилителя должно подаваться развертывающее пилообразное напряжение с периодом Т.

В i-ii момент размыкания ключа 4 на конденсаторе 3 остается напряжение Uj. ., равное в этот момент напряжению UG,; - UQ на конденсаторе 2. В течение

0 интервала времени, когда ключ 4 разомкнут, напряжение U .0 изменяется, поэтому в следующий (1+1)-й момент, замыкания ключа сначала происходит скачок напряжения, вызванный вы5 равниванием напряжений на обкладках конденсаторов 2 и 3, а затем начинается их совместньш заряд (разряд). Для исключения скачка в интеграторе используются эмиттерный повторитель 7

Q и диодньш ключ 8. Эмиттерный повторитель 7 с высокоомным входом необходимы в схеме для исключения влияния зарядной цепи, состоящей из конденсатора 3, генератора и триггера Шмитта 5,

g на работу интегратора. Поскольку коэффициент усиления эмнттерного повторителя всегда меньше единицы, то при размыкании ключа 4 диодный ключ 8 автоматически запирается и наоборот.

313

Таким образом, диодный ключ 8 работает в противофазе с ключом 4.

При замыкании ключа 4 конденсаторы 2 и 3 включаются параллельно, вследствие, чего суммарная емкость, подключенная к узловой точке R-сетки равна Cg-C,+C2. При размыкании ключево- , го элемента 4 Cg С, , однако при этом конденсатор 3 продолжает заря- жаться, но уже не непосредственно от узловой точки, а через диодньй ключ 6 выходным напряжением эмиттерного повторителя 7. В результате этого напряжения на обкладках конденсаторов 2 и 3 всегда равны независимо от того, в каком состоянии ключ 4 находится: замкнутом или разомкнутом. При этом Исключается скачок напряжения в мот- мент замыкания ключа 4.

При решении задач хрупкого разрушения горных пород интегратор работает следующим образом.

При изменении потенциала узла А происходит изменение величины сопро-: тивления нелинейных элементов 10,что в свою очередь приводит к изменению постоянной времени заряда емкостей в близлежащих узлах В, С, D, Е. В качестве нелинейных элементов могут быть применены, например, двуханод- ные стабилитроны или динисторы, сопротивления которых изменяются по известным нелинейным законам в функции изменения потенциала узла А.

Устройство, Осуществляющее индикацию и отображение моделируемого процесса на экране, работает следущим образом.

В процессе решения задачи происхо- дит изменение потенциалов в узлах J сетки (А, В, С, D, Е,...), что позво ляет изменить потенциалы затворов соответствующих усилительных полевых транзисторов 11. Это в свою очередь приводит к изменению величины тока истока, а следовательно, и к измене

Составитель В. Рыбин Редактор М. Андрушенко Техред Л.Олийнык

Заказ 5568/50Тираж 671Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

5 0

0 5

5

24

нию яркости свечения светодиодов 12. Положением средней точки переменного резистора 10 осуществляется выбор рабочей точки всех полевых транзисторов 11.

Информация, полученная при помощи устройства индикации, регистрируется кино-фото-телеаппаратурой, что позволяет осуществлять одновременную регистрацию во всех узлах RC-сетки скорости распространения и формы области хрупкого разрушения массива горной породы.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет уменьшить затраты времени на регистрацию решения задачи и обеспечивает возможность отображения моделируемого процесса. на демонстрационный экран.

Формула изобретения

Сеточный интегратор для решения нелинейных задач пс авт. св. №890410, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения быстродействия, в него введены источник постоянного напряжения, переменный резистор, группа усилительных полевьк транзисторов и группа светодиодов, катоды которых подключены к выходу отрицательной полярности сигнала источника постоянного напряжения, выход положительной полярности сигнала которого соединен с истоками усилительных полевых транзисторов группы и с подвижным контактом переменного резистора, крайний вывод которого соединен с граничным узлом R-сетки, группа центральных узлов которой подключена к затворам соответствующих усилительных полевых транзисторов группы, стоки которых соединены с катодами соответствующих светодиодов группы, второй вывод переменного резистора подключен к шине нулевого потенциала.

Корректор С.Шекмар

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, предназначено для решения нелинейных дифференциальных уравнений и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 890410. Целью изобретения является повьш1ение быстродействия. Устройство содержит R-сетку 1, конденсаторы 2 и 3, ключ 4, триггер. Шмитта 5, диодньй ключ 6, эмиттерный повторитель 7, генератор 8 напряжения, источник 10 постоянного напряжения, переменный резистор 9, группу усилительных полевых транзисторов 11, : группу светодиодов 12. R-сетка 1 содержит резисторы 13 и 14 ii нелинейные элементы 15. Устройство позволяет повысить быстродействие при съеме информации за счет непосредственной визуализации процесса решения задачи. 1 ил. i (Л 1Ч