Устройство для решения обратной задачи теплопроводности Советский патент 1988 года по МПК G06G7/56 

00

оо

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для определения переменных в пространстве коэффициентов теплообмена между средой и поверхностью исследуемого объекта путем решения обратной задачи теплопроводности.

Цель изобретения - расширение функциональных-возможностей за счет определения переменных в пространстве граничных условий.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства( на фиг.2 - . схема блока сравнения; на фиг.З - схема блока управления.

Устройство для решения обратной задачи теплопроводности (фиг.1) содержит R-сетку 1, группу блоков 2 : сравнения, сумматор 3, амплитудный детектор 4, компаратор 5, ключ 6, блок 7 управления, блок 8 кодоуправ- ляемых резисторов и делитель 9 напряжения.

Блок сравнения (фиг.2) содержит повторитель 10, вычитатель 11, иде- альньш диод 12, сумматор 13, причем вход повторителя 10 соединен с узловой точкой R-сетки 1, а выход - с первым входом вычитателя 11, второй вход которого соединен с выходом делителя 9 напряжения, выход вычислителя 11 одновременно подключен к входу идеального диода 12 и второму входу сумматора 13, первый вход которого соединен с выходом идеального диода 12.

Блок 7 управления (фиг.З) состоит из генератора 14 импульсов, с первог по третий элементы И 15-17, реверсив ного счетчика 18, счетчика 19, дешифратора 20, регистра 21, блока 22 сравнения, двухуровневого блока 23 сравнения, первого 24 элемента ИЛИ, второго 25 и первого 26 триггеров, второго элемента ИЛИ 27, элемента НЕ 28, третьего триггера 29. Блок 23 включает сумматоры 30, элемент ИЛИ 3 источники 32 опорного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Из i-ro узла R-сетки 1 (фиг.1) на вход повторителя 10 (фиг.2) поступает текущая величина потенциала U), которая повторяется на его выходе и подается на первый вход вычитателя:

на его второй вход - величина

11,

потенциала Uf с выхода делителя 9

напряжения (фиг.1). На выходе вычита

Q

5

0

5 О

д

5

0

5

теля 1 1 образуется разность U.-U (коэффициент передачи вычитателя равен единице). Далее разность одновременно поступает на вход идеального диода 12 и на второй вход сумматора 13 (коэффициент передачи по второму входу равен единице, а по первому - двум).

Идеальный диод 12 имеет коэффициент передачи, равный единице, и обеспечивает на выходе зависимость.

На выходе сумматора 13 при изменении сигнала U, в диапазоне Moitc - i формируется модуль разности ( и J- .

Амплитудный детектор 4 (фиг.1) предназначен для запоминания экстремальных значений входного сигнала.

Амплитудный детектор работает в. двух режимах выборки и хранения. При возрастании входного напряжения и g оно отслеживается выходным напряжением схемы, а при уменьшении Ug амплитудньй детектор переходит в жим хранения и запоминает предыдущее максимальное значение входного напряжения. Это напряжение удерживается на блоке амплитудного детектора либо до появления большего сигнала на входе, либо до команды сброса в исходное положение.

По сигналу подготовки к решению (сигнал на фиго1 и 3 не показан) производится установка в исходное состояние счетчиков 18 и 19 (фиг.З), а в регистр 21 записывается с клавишного регистра количество определяемых параметров.

По сигналу Пуск через триггер 29 поступает разрешение на прохождение импульсов с генератора 14 через элемент И 15, Этот же сигнал устанавливает триггеры 25 и 26 -в исходное состояние (фиг.З). Импульсы с генератора 14 поступают на реверсивньй счетчик 18, причем они могут поступать либо на с тммирующий, либо на вычитающие входы счетчика, это зависит от того, в каком состоянии находится триггер 26. Его прямой и инверсные выходы подключены к элементам И 16 и 17, которые являются вентилями для прохождения импульсов с генератора 1 4 .

Поскольку процесс решения только начался, на счетчике 19 находится нулевой адрес и в дешифраторе 20 формируется нулевой адрес, поступающий на

вход разретеиия нулевого кодоуправля- емого резистора 8 (фиг.1) на информационные входы которого поступает код со счетчика 18. На выходе кодоуправ- ляющего резистора 8 формируется электрический сигнал, который поступает в граничньй узел R-сетки 1, в это же время на выходах остальных кодоуправ- ляющих резисторов ток равен нулю. На R-сетке 1 формируется поле электрических потенциалов.

Информация о состоянии потенциалов в точках наблюдения поступает из

1 488

прямого выхода триггера 26 замыкает ключ 6, который подключает выход сумматора 3 к второму входу компаратора 5, первый вход которого подключен к выходу амплитудного детектора 4. В результате при изменении величины кодоуправляемого резистора 8 от RMCIKC в сторону уменьшения происходит 10 сравнение минимальной величины функционала невязки с его же значением, которое запомнил амплитудный детектор 4. На выходе компаратора 5 появляется сигнал 1 (назовем его Мет

Изобретение относится к гибридной вычислительной технике и предназначено для моделирования переменных в пространстве коэффициентов теплообмена между средой и поверхностью исследуемого объекта в случае решения обратной задачи теплопроводности. Цель изобретения - определение переменных в пространстве граничньк условий, - достигается тем, что в устройство введены сумматор, амплит удный детектор, ключ, компаратор и блок управления, включающий элементы И, элементы ИЛИ, элемент НЕ, реверсивный счетчик, дешифратор, регистр, блок сравнения, счетчик, генератор импульсов и двухуровневый блок сравнения. Проводимая с помощью устройства автоматизация процесса поиска граничных условий позволяет получать устойчивые решения для широкого диапазона изменения теплофизических характеристик исследуемых объектов. 3 ил. с ф ю с

узлов R-сетки 1 на первые входы бло- is ка), который одновременно изменяет

адрес на счетчике 19, устанавливает счетчик 18 в нулевое состояние, сбрасывает амплитудный детектор 4 в исходное состояние, перебрасьгеает в 2Q противоположное состояние триггер 26, который в свою очередь размыкает ключ 6 и позволяет импульсам с генератора 14 поступать на суммирующий вход счетчика 1В. Изменение адреса

ка 2 сравнения, а на его вторые входы поступают величины потенциалов с выходов делителя 9 напряжения. Эти потенциалы устанавливаются перед решением задачи в соответствии с информацией об истинных (замеренных) температурах в теле (потенциалов). На выходах блоков 2 сравнения формируются разности потенциалов для каждой точки наблюдения. Затем эти сиг- 25 на счетчике 19 не позволяет больше

налы складываются на сумматоре 3, на выходе которого формируется функционал невязки F Ju, - U; / (на

записьшаться информации в кодоушрав- ляемый резистор по адресу О, и на

1

нем фиксируется величина сопротивления, при которой был достигнут мини- один из выходов сумматора 3 подается зо функционала в данном цикле ре- отр ицательньш максимальный сигнал шения.

(-Еддд ). Это необходимо для того. Затем производится поиск минимума чтобы уменьшение величины функционала в втором цикле решения (управлению

подвержен очередной параметр при фиксированных остальных). Процесс аналогичен предьщущему. После того, как произойдет поиск Рд,ц„ по всем

невязки на самом деле приводило бы к его увеличению по абсолютной величине, так как амплитудный детектор 4

35

реагирует только на максимальную величину потенхщала. В связи с этим на опорные входы блока 23 сравнения попараметрам и двухуровневый блок 23 сравнения выдаст сигнал о прекращедаются напряжения -Е

тг моко - «акс

где 6 величина машинного нуля устройства.

Величина функционала F изменяется при изменении тока на выходе кодоуп- - ,

равляемого резистора 8 от О до I,exo 45 начинается с нулевого параметра при

фиксированных остальных. На кодо- управляемых резисторах будут величины сопротивления, при которых достигнуты минимальные значения F в соответствующих предьцхущих циклах решения.

и поступает на вход амплитудного детектора 4, который запоминает минимальную величину функционала невязки в диапазоне изменения сопротивления кодоуправляемого резистора 8. Как только это сопротивление достигнет величины R navc: ° свидетельствует появление единицы в разряде переполнения счетчика 18 (фиг.З), по сигналу переполнения триггер 26 изменяет свое состояние на противоположное и импульсы с генератора 14 поступают на вычитающий вход счетчика 18. Одновременно единичный потенциал с

записьшаться информации в кодоушрав- ляемый резистор по адресу О, и на

35

параметрам и двухуровневый блок 23 сравнения выдаст сигнал о прекращеQ НИИ процесса решения, произойдет формирование сигнала на блоке 22 сравнения, который установит счетчик 19 в нуль.

Повторение циклов решения снова

45 начинается с нулевого параметра при

50

55

фиксированных остальных. На кодо- управляемых резисторах будут величины сопротивления, при которых достигнуты минимальные значения F в соответствующих предьцхущих циклах решения.

Окончание процесса решения происходит по сигналу с блока 23 сравнения, которьй свидетельствует о том, что . Этот сигнал разрешает прохождение импульсов с генератора 14

Таким образом, в данном случае в устройстве происходит процесс определения граничных условий третьего

, т.е. коэффициент теплообмена. чина коэффициентов теплообмена деляется по формуле

R Х

oil i: J

edi

R - сопротивление между граничным узлом модели и узлом, ближайшим к нему; ; коэффициент теплопроводности i

шаг сетки;

величина сопротивления граничного резистора, полученная в результате решения обратной задачи участок поверхности, для которого определяется коэффициент теплообмена.

-Х h .- 1 Формула изобретения

Устройство для решения обратной задачи теплопроводности, содержащее R-сетку, внутренние узлы которой подключены соответственно к первым входам блоков сравнения группы, вторые входы которых соединены соответственно с первой группой выходов делителя напряжения, вторая группа выходов которого подключена к информационным входам блока кодоуправляемьга резисторов, вьпсоды которого соединены с граничными узлами R-сетки, . о тличающе ее я тем, что, с целью расширения функциональных воз- моясностей за счет определения переменных в пространстве граничных условий, в него введены сумматор, амплитудный детектор, ключ, компаратор и блок управления, элементы И, эле- йенты ИЛИ, элемент НЕ, реверсивный счетчик, дешифратор; регистр, блок сравнения, счетчик, генератор импульсов и двухуровневый блок сравнения, причем в блоке управления выход генератора импульсов подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, вы

5

0

5

ходы которого соединены с управляющими входами блока кодоуправляемых резисторов, входы разрешения которого подключены к выходам дешифратора блока управления, вход которого соединен с выходом счетчика и первым входом блока сравнения блока управления, второй вход которого подключен к выходу регистра, выход блока сравнения соединен с входом сброса счетчика, счетный вход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ и подключен к выходу компаратора устройства, выход первого элемента ИЛИ блока управления соединен с входом сброса реверсивного счетчика, выход которого подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого непосредственно соединен с С-входом первого триггера и через элемент НЕ с С-входом второго триггера, вход Пуск устройства соединен с единичными входами третьего и второго триггеров, вторым входом первого элемента ИЛИ и нулевым входом первого триггера блока управления, инверсный выход которого подключен к второму входу второго элемента И и D-входу второго триггера, прямой выход которого соединен с D-входом первого триггера, прямой выход которого подключен к второму входу третьего элемента И и управляющему входу ключа устройст- йа, выход которого соединен с первым входом компаратора, выход которого подключен к входу установки в исходное состояние амплитудного детек- Q тора, выход которого соединен с вторым входом компаратора, выходы блоков сравнения группы соединены соответственно с входами сумматора, выход которого подключен к входу амплитуд- ного детектора, информационному входу ключа и первому входу двухуровневого блока сравнения, второй и третий входы которого соединены соответст- . венно с выходами первого и второго источников опорного напряжения, выход двухуровневого блока сравнения подключён к нулевому входу третьего триггера, выход котррого соединен с вторым входом первого элемента И блока управления.

0

5

0

Фаг.-/

Vtie.2

/

f/c/fJTL

R

29

г

г

л

te-

-e

25

ii

31

it

Фиг.з

W

n

ffHqjoflM. /ffl

Г

Ус/пО

I y/7p. /f /OVff/v

I

JTl

20

Афес Mi

24

2Z