Устройство для решения нелинейныхзАдАч ТЕОРии пОля Советский патент 1981 года по МПК G06G7/46 

Изобретение относится к аналогово вычислительной технике и может быть использовано для решения методами электрического моделирования н.елиней ных уравнений в частных производных, описывающих процессы переноса массы и тепла. Известно устройство для решения нелинейных задач теории пoля содержащее RC-сетку, ключ коммутации, широтно-импульсный модулятор, блок управляющих напряжений l Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее RC-сетку с коммутируемыми и некоммутируемыми конденсаторами, ключи коммутации конденсаторов, упра ляемые широтно-импульсными модуляторами, а также блок управляющих напря ний, резисторы подзаряда, инверторы и повторители напряжений узловых точек, к KOTOpiJM подключены, резисторы подзаряда, устраняющие скачки напряжений на конденсаторах в процессе их коммутации Г2. Однако известное устройство позво ляет моделировать лишь переменные коэффициенты C(U) нелинейных уравнений в частных производных вида .u-ccu). О) поскольку коммутируемыми в известном устройстве являются только конденсан/ торы. Переменный коэффициент А (О) произвольного вида в данном устройстве не моделируется. Это ограничивает функционгшьныЬ возможности устройства решением лишь тех задач, в которых A(U) А const или же приводит к необходимости эамены переменного коэффициента некоторым усредненным постоянным, что снижает точность решения нелинейных эёщач. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет возможности решения дифференцнальных уравнений с переменными коэффициентами произвольного вида и повьваення точности. Указанная цель достигается тем, что в устройство для решения нелинейных задач теории поля, содержащее КСсетку, широтно импульсный модулятор, выход которого через ключ коммутацнн соединен с одной обкладкой коммутируе мого конденсатора и через инвертор с первым входом ключа подзаряда, второй вход которого подключен к первьам выводам резисторов подзаряда, выход ключа подзаряда соединен с однойОбкладкой коммутируемого конднесатора, повторители напряжений, вход первого из которых подключен к одной обклад ке конденсатора RC-сетки, другие об кладки коммутируемого конденсатора и конденсатора RC-сетки соединены с ши ной нулевого потенциала, выход перво го блока управляющих напряжений под(ключен к первому входу широтно-импул аого модулятора,вход второго повтори теля напряжений подключен к одному в воду соответствующего резистора НСсетки, введены коммутируемые резисто ры ключи коммутируемых резисторов, дополнительные широтно-импульсные модуляторы, коммутируемые резисторы подзаряда, ключи коммутируемых резис торов подзаряда и второй блок управляющих напряжений, выход которого под ключен к первым входам дополнительны ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫХ модуляторов, ВТОрые входы которых соединены с одними выводами соответствующих резисторов RC-сетки, другие выводы которых подключены к первым выводам первого и второго коммутируемых резисторов и к первым выходам первого и второго ключей коммутируемых резисторов соответственно, второй вывод первого коммутируемого резистора и второй выход первого ключа коммутируемого резистора соединены со вторым входом широтно-импульсного модулятора, второй вывод второго коммутируемого резистора и второй вход второго ключа коммутируемого резистора через второй повторитель напряжений соединены с одним выводом первого коммутируемого резистора подзаряда, другой вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора подзаряда и с первым выходом первого ключа рез йстора подзаряда, второй выход кото рого соединен с одним выводом первого коммутируемого резистора подзаряда второй вывод второго резистора подзаряда подключен к одному выводу второго коммутируемого резистора подзаряда и к первому входу вто- , рого ключа резистора под заряда, второй выход которого.соединен с другим выводом второго коммутируемого резнетора подзаряда и через третий повторитель напряжений подключен к второму входу второго дополнительного широтно-импульсного модулятора, выхо первогодополнительного широтно-импульсного модулятора соединен с управляющими входами второго ключа ком мутируемого резистора и первого ключа резистора подзаряда, выход второго дополнительного широтно-импульсного модулятора подключен к управляю щим входам первого ключа коммутируемого резистора и второго ключа резистора подзаряда. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для решения нелинейных задач теории поля. Устройство содержит резисторы 1 и конденсаторы 2 RC-сетки, коммутируемые конденсаторы 3, ключи 4 коммутации, ключи 5 подзаряда, повторители б напряжений, резисторы 7 подзаряда, широтно-импульсные модулято,ры (ШИМ) 8, инверторы 9, первый блок 10 управляющих напряжений, коммутируешле резисторы 11, ключи 12 коммутируемых резисторов, коммутируемые .резисторы 13 подзаряда, ключи 14 резисторов подзаряда, дополнительные :широтно-импульсные модуляторы 15, второй блок 16 управляющих напряжений, Устройство работает следующим образом. Каждый резистор 1 в сочетании с коммутируемым резистором 11 и его ключом 12 образуют ШИМ - управляемое сопротивление данной узловой точки RC-сетки. Управляющие импульсы переменной длительности вырабатываются дополнительным широтно-импульсным модулятором 15 на основании сравнения низкочастотного напряжения узловой точки, к которой относится даное управляемое сопротивление, с высокочастотным периодическим напряжением, вырабатываемым дополнительныг блоком 16 управляющих напряжений. Форма зтого направления определяет закон изменения К(и) ШИМ - управляемого сопротивления, а следовательно, и переменный коэффициент A(U) в уравнении (1) Широтно-импульсный модулятор 8 осуществляет аналогичное управление ключами 4 коммутации и ключами 5 подзаряда, обеспечивающими совместно с конденсаторами 2 и коммутируемыми конденсаторами 3, в каждой узловой точке НС-сетки ШИМ - управляемой емкости C(U), задающейсоответствующий переменный коэффициент выражения (1). Необходимый изменения C(U) определяется формой высокочастотного периодического напряжения, вырабатываемого блоком 1О. Благодаря инверторам 9 ключи 4 и 5 работают в противофазе, в результате чего при появлении импульса на выходе 8 коммутируемый конденсатор 5 подключается к узловой точке НС-сетки, а при .отсутствии импульса - через ключ подзаряда 5,- к резисторам подзаряда 7. Каждый коммутируемый резистор 13 подзаряда шунтирован ключом 14, управляемым с соответствующим ключом 12 коммутируемого резистора 11 RC-сетки. При возникновении импульса коммутации,на выходе дополнительного модулятора 15 ключи 14 и 12 замыкают накоротко выводы резнеторов 13 и 11, исключая их соответственно из цепи подзаряда и цепи RCсетки. При отсутствии импульса на вы ходе 15 резистор 13 включается последовательно резистору 7, а резистор 11 - последовательно резистору 1. . Если R , .V , R R и соответст венно величины сопротивлений резисто ров ,7 и 13, то при наличии импульса на выходе 15 между узловыми точками сетки оказываются включенным сопротивления R, а между входами кл чей 5 подзаряда емкости данной узло вой точки и повторителями б напряжений соседних точек - сопротивления R При отсутствии импульса на выходе 15 (ключи 12 и 14 разомкнуты) в указанных местах оказываются включенными соответственно сопротивления (R + R) и (R + ) . Таким образом, в процессе подзаря коммутируемого конденсатора 3 данной узловой точки (ключ 5 замкнут, ключ 4 разомкнут) при разомкнутом состоянии ключей 12 и 14 ток подзаря да подается через сопротивление (R + R) от первой (левой на фиг.) узловой точки через соответствующий повторитель 6. От второй узловой точ ки сетки ток подзаряда подается через правый повторитель б также через сопротивление величиной (R. + R ) , подсоединенное к выходу этого повторителя. При замкнутом состоянии 12 и 14 подзаряд 3 от первой и второй узловых точек осуществляется соответственно через первый и второй повторители б,через резисторы величиной R . ЕСЛИ С-2 и Сд - емкости соответственно конденсаторов 2 и 3 данной узл вой точки, то при выполнении условий R, R, ( ъ ( + Ri.)-§t(3) обеспечивающих при любом положении ключей 4,5,12 и 14 тождественное изменение напряжений на конденсаторах 2 и 3, скачков напряжений на конденсаторах в моменты коммутации ключей не будет. Постоянное равенство напряжений на коммутируемом и некоммутируемом конденсаторах узловых точек RC-сетки позволяет каждую из пар (12 и 14, 4 и 5) ключей коммутировать независимо от другой, в соответствии с тем, к какой узловой,точке подключен низкочастотный вход широтно-импульсного модулятора данной пары. А это позволяет с помощью блоков 10 и 16 задавать необходимые законы изменения C(U) и A(U) l/R(U) коэффициентов нелинейного уравнения (1). Таким образом, по .сравнению с известным устройством, расширяются фун циональные возможности предлагаемого устройства и повышается точность решения нелинейных задач теории поля. При этом C(U) и A(U) могут являться произвольными функциями искомой переменной и уравнения в частных производных (1), а моделирующие их ШИМ - управляемые емкости и сопротивления соответствующими произвольными функциями напряжений U в узловых точках RC-сетки. Формула изобретения Устройство для решения нелинейных задач теории поля, содержащее RCсетку, широтно-импульсный модулятор, выход которого через ключ коммутации соединен с одной обкладкой коммутируемого конденсатора и через чинвертор с первым входом ключа подзаряда, вто рой вхрд которого подключен к первым выводам резисторов подзаряда, выход ключа подзаряда соединен с одной обкладкой коммутируемого конден сатора, повторители напряжений, вход первого из которых подключен к одной обкладке конденсатора RC-сетки, другие обкладки коммутируемого конденсатора и конденсатора RC-сетки соединены с шиной нулевого потенциала, выход первого блока управляющих напряжений подключен к первому входу широтно-импульсного модулятора, вход второго повторителя напряжений подключен к-одному выводу соответствующего резистора КС-сетки, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет возможности решения дифференциальных уравнений с переменными коэффициентг№4и произвольного ;вида и повышения точности, оно содержит коммутируемые резисторы, ключи коммутируемых резисторов, дополнительные широтно-импульсные модуляторы, . коммутируемые резисторы подзаряда, ключи коммутируемых резисторов подзаряда, и второй блок управляющих напряжений, выход которого подключен к первым входам дополнительных широтноимпульсных модуляторов, вторые входы которых соединены с одними выводами, соответствующих резисторов RC-сетки, другие выводы которых подключены к первым выводам первого и второго коммутируемых резисторов и к первым выходам первого и второго ключей коммутируемых резисторов соответственно, второй вывод первого коммутируемого резистора и второй выход первого коммутируемого ключ,а соединены со вто рым входом широтно-импульсного модулятора, .второй вывод второго коммутируемого резистора и второй вход второго ключа коммутируемого резистора через второй повторитель напряжений соединены с одним выводом первого коммутируемого резистора поднаряда, другой вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора подзаряда и с первым выходом ключа резистора подэаряда, второй выход которого соединен с одним выводом первого коммутируемого резистора подзаряда, второй вывод второго резистора подзаряда подключен к одному выводу второго коммутируемого резистора подзаряда и к первому входу второго ключа резистора подзаряда, второй выход которого соединен с другим выводом второго коьмутируемого резистора под - заряда и через третий повторитель напряжений подключен к второму входу второго дополнительного ширбтно-имюульсного модулятора, выход первого дополнительного широтно-импульсного

модулятора соединен с урпавляющими входгши второго ключа коммутируемого резистора и первого ключа резцстора подзаряда, выход второго дополнительного широтно-импульсного модулятора подключен к управляющим входам первого ключа коммутируемого резистора и второго ключа резистора, подзаряда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 4020:23, кл. G 06 G 7/48, 1973

2, Авторское свидетельство СССР 566254, кл. G 06 G 7/46, 1975 (прототип).