Устройство для решения краевых задач теории поля Советский патент 1982 года по МПК G06G7/48 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ КРАЕВЫХ ЗАДАЧ Изобретение относится к аналоговой и гибридной вычислительной технике и предназначено для решения кр евых задач теории поля. Известно устройство для решения краевых задач теории поля, содержащее RC-сетку, блоки задания начальных и граничных условий, блок управ ления р. Недостатком данного устройства является невозможность решения краевых задач, описывающих поля с подвижным распределенным источником энергии. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее источник,питания, блок управления, RC-сетку с блоками задания начальных и граничных условий, стабилизатор тока, бло задержки, коммутатор, блок индикации 2 . Недостатком известного устройств является невозможность решения краТЕОРИИ ПОЛЯ евых задач, описывающих поля с подвижным распределенным источником энергии. Цель изобретения - расширение класса решаемых задач за счет возможности решения краевых задач теории поля, описывающих физические поля с подвижным источником энергии. Поставленная цель достигается, за счет того, что в устройстве для решения краевых задач теории поля, содер)хащее источник питания, блок управления, первый выход которого соединен с первым входом RC-сетки, блоки задания начальных и граничных условий, выходы которых соединены с соответствующими входами RC-сетки, стабилизатор тока, первый коммутатор, 6.ЛОК индикации, дополнительно введены регулятор потенциала, второй коммутатор и формирователь временных интервалов, причем выход источника питания подключен к входу регулятора потенциала, выход которого соединен с входом стабилизатора тока, выходы которого подключены к первой группе входов первого коммутатора, вторая группа входов первого коммутатора соединена с первой группой выходов формирователя временных интервалов, вторая группа выходов которого подключена к первой группе входов второго коммутатора, вторая группа входов кото рого соединена с группой информационных, выходов RC-сетки, группа информационных входов которой подключена к выходам первого коммутатора, выход второго коммутатора соединен с управляющим входом регулятора потенциала и с первым входом блока индикации, второй вход которого соединен с выходом RC-сетки, второй выход блока управления соединен с управляющими входами формирователя временных интервалов, блоков задания начальных и граничных условий, блоком индикации.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - блок-схема блока формирования временных интервалов; на фиг. 3 блок управления .

Устройство для решения краевых задач теории поля содержит электрическую RC-сетку 1, блок 2 задания граничных условий, блок 3 задания начальных условий, блок k управления, стабилизатор 5 тока, коммутационно-наборную панель 6, коммутатор 7 формирователь 8 временных интервалов, коммутатор 9 напряжения, регулятор 10 потенциала моделируемого поля, источник 11 питания, блок 12 индикации.

Блок 8 формирования временных интервалов ( фиг. 2) содержит стабилизированный кварцем генератор 13 импульсов, делитель 1 частоты, элемент И 15, линейку 16 двоично-десятичных счетчиков импульсов, блок 17 дешифраторов двоично-десятичного кода в десятичный, коммутационно-наборную панель 18, блок 19 элементов И и блок 20 RC-триггеров с элементом ИЛИ по устанрвочному входу каждого триггера.

Блок k управления (фиг.З содержит генератор 21 импульсов, делитель 22 частоты, линейку 23 двоично-десятичных счетчиков импульсов, блок 2k дешифратор двоично-десятимного кода в десятичный, коммутационно-наборную панель 25, первый 2б и второй 27 элементы И,Р$-триггер 28, первый 29 и второй 30 формирователи.

Блок + управления формирует периодически повторяющуюся временную программу решения и подготовки в виде следующих во времени друг за другом (по разным каналам) прямоугольных импульсов подготовки TI и решения Т, Импульс tr производит включение разрядников узловых точек RC-сетки 1, подготавливая тем самым

5 модель к решению задачи. Прямоугольный импульс Мксек своим передним фронтом-производит включение в работу блоков 2, 3 и 8, определяя тем самым начало решения задачи

0 и синхронизирует работу измерительного устройства 12.

Стабилизатор 5 тока моделирует исполнительное устройство, т.е. подвижный (или неподвижныйj источник тепла (холода). Он состоит из набора Р управляемых напряжением источников стабильного тока, максимальный ток которых регулируется перед началом решения задачи.

Коммутатор 7 состоит из m субблоков.

Устройство работает следующим образом.

Блок k управления вырабатывая прямоугольный импульс времени решения С , производит с его помощью подключение к RC-сетке блоков задания граничных 2 и начальных 3 условий, которые задают в ее узлы начальные и граничные условия, известные из исходных данных задачи. Кроме того, импульс Т с выхода блока k управления своим передним фронтом запускает также в работу блок 8 формирования временных интервалов. И с Этого момента блок 8 вырабатывая управляющие импульсы-в соответствии с заложенной в него программой, подает их на управляющие входы первого субблока коммутатора 7 на входы другого субблока коммутатора 7 и т.д., осуществляя тем самым скачкообразное перемещение соответствующих элементарных участков источника тепла ( электронного луча 5 с заданной скоростью по заданной траектории. Предварительно на коммутационно-наборной панели 6 осуществляют набор задачи, подключая с помощью

шнуровой коммутации или с помощью автоматического устройства ввода данных необходимые управляющие источники тока стабилизатора 5 тока к соответствующим входам коммутатора При этом один и тот же источник ток в зависимости от решаемой задачи может быть подключен ко многим субблокам коммутатора 7, так как его подключение к RC-сетке осуществляется в различные моменты времени. Таким образом, на устройстве осуществляют управление температурным поле с помощью дискретного (скачкообразного) перемещения источника тепла. Причем узлы модели, в которых может пребывать элемент источника, предопределены заранее, и переход от одного узла сетки к другому может осуществляться только скачком. Степенями свободы такого подвижного управления служит время и очередность пребывания источника в кахдом из допустимых узлов модели, причем в каждый момент времени ,r данный источник может находиться в одном и только в одном из возможных узлов РС7сетки, а максимальная мощность элемента управляемого источника сохраняется в течение всего переходного процесса постоянной.

Управляющие импульсы напряжения заданной длительности поступают также с формирователя 8 на управляющие входы коммутатора 9, так что конец импульса на входе предыдущего субблока коммутатора 9 соответствует началу импульса с формирователя 8 на управляющем входе последующего субблока коммутатора 9. Таким образом осуществляется последовательная коммутация узловых точек по траектории движения соответствующего датчика потенциала моделируемого -поля. Причем согласно условию задачи коммутация узловых точек здесь происходит синхронно с подачей тока с узлы RC-сетки и опережает последнюю по фазе на один или несколько узловых точек. Длительность импульсов, поступающих на управляющий вход коммутатора 9, с формирователя

8оУ1ределяет время измерения напряжения в каждом узле RC-сетки, что соответствует времени пребывания датчика потенциала на соответствующем элементарном участке объекта.

Напряжение с выхода коммутатора

9поступает с одной стороны на вход

блока индикации, а с другой - на вход регулятора потенциала моделируемого поля 10, напряжение с выхода которого поступает на входы управляемых источников стабильного тока стабилизатора 5 тока. Таким образом начинается регулирование температурного поля на поверхности металла в соответствии с заложенным

в регулятор 10 законом управления (релейный, пропорциональный, пропорционально-интегральный и т.д..А Поле объекта регулирования постепенно начинает выравниваться по всему объекту. При этом за время решения Г , подача тока в узлы RC-сетки по траектории движения источника циклически повторяется в соответствии со сканированием электронного луча до тех

пор, пока температура во всех точках поля не достигнет заданной. На этом переходной процесс заканчивается. После окончания импульса Т в течение времени f происходит приведение схемы в исходное состояние, а затем с приходом импульса t с блока k управления процесс решения задачи повторяется.

Предлагаемое устройство благодаря

наличию новых элементов и связей между ними позволяет решать краевые задачи, описывающие физические поля с подвижным источником энергии.

35

Формула изобретения

Устройство для решения краевых задач теории поля, содержащее источник питания, блок управления, первый выход которого соединен с первым входом RC-сетки, блоки задания начальных и граничных условий, выходы которых соединены с соответствующими входами. RC-сетки стабилизатор тока, первый коммутатор, блок индикации, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет возможности решения краевых задач теории поля, описывающих физические поля с подвижным источником энергии, введены регулятор потенциала, второй коммутатор и формирователь временных интервалов, причем выход источника питания подключен к входу регулятора потенциала, выход которого соединен с входом стабилизатора тока, выходы которого подключены к первой группе

входов первого коммутатора, вторая группа входов первого коммутатора соединена с первой группой выходов формирователя временных интервалов, вторая группа выходов которого подключена к первой группе входов второго коммутатора, вторая группа входов которого соединена с группой информационных выходов RC-сетки, группа информационных входов которой под ключена к выходам первого коммутатора , выход второго коммутатора соединен с управляющим входом регулятора потенциала и с первым входом блока индикации, второй вход которого соединен с выходом RC-сетки, второй выход блока управления соединен с управляющими входами формирователя временных интервалов, блоком задания начальных и граничных условий, блоком индикации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Николаев Н. С. Козлов Э. С., Полгородник Н. П. Аналоговая математическая машина УСМ-1 для решения краевых задач уравнений математической физики. М., Машгиз, 19б2, с.59.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2913818/18-2t,

кл. G Об G , 1980 (прототип).

rm

(Г

-W

г)в

J-J.