Устройство для решения нелинейных задач теории поля Советский патент 1982 года по МПК G06G7/46 

(St) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ЗАДАЧ ТЕОРИИ ПОЛЯ Изобретение относится к аналогевой вычислительной технике и может быть использовано для решения нелинейных задач теплопроводности. Известно устройство для решения уравнений в частных производных, содержащее RC-сетку, потенциометр, блок повторения узлового напряжения и блок управления, причем блок повт рения .узлового напряжения соединен с узловой точкой RC-сетки параллель но конденсатору RC-сетки, выход блр ка повторения узлового напряжения соединен с потенциометром 13. Недостатком устройства является то, что у него сравнительно малый диапазон изменения эквивалентной емкости. подключаемой к узловой точ ке RC-сетки. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для решения нелинейных задач теории поля, содержащее RC-се ку, причем каждый резистор одним вы водом соединен с узловой точкой, а другим через соответствующий ключ коммутации с обкладкой конденсатора, а через широтно-импульсный модулятор с блоком управляющих напряжений, выход щиротно-импульсного модулятора подключен к входу ключа коммутации, ключи подзаряда, резисторы подзаряда и инверторы 21. В этом устройстве незначительный диапазон изменения эквивалентной емкости, подключаемой к узловой точке сеточной модели экв Ц (), где С и Cj, - емкости конденсаторов; Т коэффициент, заполнения импульсов на выходе широтно-импульснрго модулятора, изменяющийся от О до 1. Кроме того, при практической реализации таких устройств максимальная величина эквивалентной емкости ограничена габаритами конденсатора, что 39 затрудняет решение нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных в реальном масштабе времени. Целью изобретения является упрощение устройства и увеличение диапа зона изменения эквивалентной емкост Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для решения нелинейных задач теории поля, содер жащее сеточную модель, каждая узловая точка которой соединена с инфор мационным входом первого ключа коммутации, выход которого подключен к первой обкладке накопительного конденсатора, вторая обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциа ла, повторитель напряжения, выход источника напряжения через широтноимпульсный модулятор подключен к управляющему входу первого ключа коммутации, выход широтно-импульсного модулятора через инвертор соединен с управляющим входом второго клюма коммутации, выход первого ключа коммутации соединен с входом повторителя напряжения, выход которого подключен к информационному входу второго ключа коммутации, выход которого соединен с соответству ющей узловой точкой сеточной модели выход повторителя напряжения являет ся выходом устройства. На чертен е представлена структур ная схема устройства для решения нелинейных задач теории поля. Устройство содержит резисторы 1 и накопительные конденсаторы 2, сос тавляющие вместе RC-сетку (сеточную модель), первый 3 и второй i ключи коммутации, повторитель напряжения S, инвертор б, широтно-импульсный модулятор 7 (ШИМ) и источник напряжения 8. Устройство для решения нелинейных задач теории поля работает следующим образом. fa вход модулятора 7 поступает управляющее напряжение, закон изменения которого определяет величину эквивалентной емкости узловой точки

жа f (Uuftp )

(1)

экв -ур Широтно-импульсный модулятор 7 вырабатывает импульсы, длительность которых Т является функцией напряжения управления, при этом вид функциональной зависимости i-(U) задает(3)

)

(Lljjf,p

где диапазон изменения скважности

-;(Uc,np)o-i

Увеличение диапазона изменения эквивалентной емкости в узловой томся, исходя из вида решаемого нелинейного дифференциального уравнения в частных производных. Импульсы с выхода ШИМ 7 подаются на управляющий вход первого ключа 3 непосредственно и через инвертор 6 - на управляющий вход ключа k. При наличии импульсов ключ коммутации 3 замкнут, ключ коммутации - разомкнут, и наоборот. При отсутствии импульсов напряжение с конденсатора 2, подключенного к узловой точке через повторитель напряжения 5. обладающий большим входным сопротивлением, подается в узловую точку сеточной модели. Так как повторитель напряжения 5 представляет собой источник напряжения постоянного тока с нулевым выходным сопротивлением, напряжение в узловой точке при отсутствии импульсов остается неизменным и не зависит от процессов, происходящих в соседних узловых точках. Напряжение в i-ой узловой точке при одинаковых резисторах 1 и нулевых начальных условиях описывается следующим образом Ui(nT).i (пТ)+Щ., (пТ) {1.е-ЖМГн), где i - номер узловой точки; и сопротивление и емкость резистора и конденсатора сеточной модели; и;(пТ),иг-| (nT)(Ut+i (пТ) - напряжет. ние в -ой, {i-1),(1+1) узловых точках; У-, /,, 1 ЛУ|1Р 1 . i(,f коэффициент заполнения импульсов, ,2,,... - число периодов; Т - период следования; Р - постоянный коэффициент, характеризующий, соотношение резисторов R г подключенных к 1-ой узловой точке. Эквивалентная емкость в i-ой узловой точке

ке сеточной модели позволяет применить один конденсатор взамен набора конденсаторов, число которых зависит от максимальной величины номинального значения конденсатора, установленного в схеме устройства, и от типа решаемой задачи.

Формула изобретения

Устройство для решения нелинейных задач теории поля, содержащее сеточную модель,каждая узловая точка которой соединена с информационным входом первого ключа коммутации, выход которого подключен к первой обкладке накопительного конденсатора, вторая обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала, повторитель напряжения, выход источника напряжения через широтно-импульсный модулятор подключен к управляющему входу первого ключа коммутации, выход широтно-импульсного модулятора через инвертор соединен с управляю1цим входом второго ключа коммутации, отличающееся тем, что, с целью упрощения устрой(Ства, в нем выход первого ключа коммутации соединен с входом повторителя напряжения, выход которого подключен к информационному входу второго ключа коммутации, которого соединен с соответствующей узловой точкой сеточной модели, выход повторителя напряжения является выходом устройства.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР (f 3.58701, кл. G 06 G , 1971.

2.Авторское свидетельство СССР

ff 56625, кл. G 06 G , 1975 (прототип).

iVT

I

I