DE2248170A1 - Verfahren zur besseren ausnutzung elektronischer digitalrechner bei begrenzter elektrischer leistung - Google Patents

Verfahren zur besseren ausnutzung elektronischer digitalrechner bei begrenzter elektrischer leistung

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Description

  • Beschreibung der Erfindung Titel: Verfahren zur besseren Ausnutzung elektronischer Digitalrechner bei begrenzter elektrischer Leistung.
  • Anwendungs- Digitalrechner, insbesondere in Raumfahrzeugen.
  • gebiet: Zweck: Die Leistungsfähigkeit ton Digitalrechnern in Raumfahrzeugen wird durch die zur Verfügung stehende elektrische Leistung begrenzt. Mittel zur Verringerung des Leistungsverbrauchs sind die Abschaltung inaktiver Baugruppen und die Verwendung von speichern und Schaltkreisen mit möglichst niedriger Ruheleistung.
  • Die Folge hiervon ist, daß die vom Rechner aufgenommene elektrische Leistung P mit der Rechenaktivität in weiten Grenzen schwankt. z.B. nach der Bezeichnung P = P + K # A # f.
  • Dabei ist A die Rechenbelastung, die durch die Zahl der in einer Taktperiode t f I/f ihren Zustand wechselden Schaltkreise bestimmt wird. Die Konstante K wird bestimmt durch die in einem 8chaltkrois bei einem Zustandswechsel umgesetzte Energie.
  • Im Raumfahrzeug werden i.a. eine größere Zahl von Rechnern und anderen Geräten silber das Bordnetz von einem Energiewandler gespeist. Die Leistungsaufnahme dieser gemeinsam gespeisten Geräte muß in zudem Augenblick kleiner sein als die verfügbare Leisung. Im anderen Fall kommt es zu Einbrüchen der Versorgungsspannung und als Folge davon zur Fehifunktionen der gespeisten Geräte.
  • Eine möglichst gute Ausnutzung der Rechner, des Energiewandlers und etwaiger Energiespeicher erreicht man durch eine möglichst große Gleichmäßigkeit der Rechenaktivität sowie durch Energiespelcher zum ausgleich von Leistungsspitzen.
  • Stand der Die Spitzenleistung der gespeisten Geräte wird so Technik: festgelegt, daß ihre Summe die verfUgbare Leistung nicht übersteigt.
  • Die Aktivitätsspitzen der einzelnen Geräte werden durch konstruktive und programmtechnische Maßnahmen abgebaut. Konstruktive Maßnahmen sind: 1a) Die gegenseitige Sperrung von Baugruppen mit hoher Leistungsaufnanie.
  • 1b) Der Betrieb mit herabgesetster Taktfrequenz. Hierdurch wird die Bearbeitung von aufeinander folgenden Rechnerschritten 8owie von direkt aufeinander folgenden Rechnerzagriffen über einen größeren Zeitraum verteilt.
  • lc) Energiespeicherung in Kondensatoren.
  • 1d) Energiespeicherung in Akkumulatoren.
  • 2 ) Durch geeigneten Programmaufbau kann vermieden werden, daß Zustände mit großem Leistungsbedarf dicht aufeinanderfolgen.
  • Kritik: Zu 1a, ib und 2 Diesen Maßnahmen ist der Nachteil gemeinsam, daß sie die Rechen- und Reaktionsgeschwindigkeit vorbeugen ständig soweit herabsetzen, wie es nur in dem aehr seltenen ungUnstigsten Fall notwendig ist.
  • Zu 2 Die sichere Wirksamkeit von prograimtechnischen Maßnehmen ist bei Rechnern mit stark ausgebauter Programmunterbrechnungsstruktur schwer zu übersehen.
  • Zu 1c Durch Energiespeicherung in Kondensatoren können nur kurzzeitige Leistungsspitzen ausgeglichen werden (/us - Bereich).
  • Zu id Akkumulatoren haben nur eine geringe Zuverlässigkeit.
  • Zu ic und 1d Akkumulatoren und Kondensatoren zur Energiespeicherung erhöhen den Gewichtsaufwand erheblich.
  • Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch konstruktive Mittel die Rechen- und Reaktionsgeschwindigkeit in Jedem Augenblick nur soweit herabzusetzen, daß die verfügbare elektrische Leistung gerade noch nicht überschritten wird. Randbedingungen sind "möglichst kleiner Gewichtsaufwand" und möglichst geringe Beeinträchtigung der Zuverlassigkeit".
  • Lösung: Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Frequenz f des Arbeitstaktes automatisch so verstellt wird, daß die verfügbare elektrische Leistung nicht überschritten wird.
  • Weitere Aus- Die automatische Verstellung der Arbeitstaktfrequenz f gestaltung: erfolgt im geschlossenen Regelkreis.
  • Verfahren I (Bild 1) Bei dem Verfahren I wird die vom einzelnen Rechner aufgenommene elektrische Leistung begrenzt.
  • Regelgröße ist die vom Rechner (= Regelstrecke) aufgenommene elektrische Leistung, bzw. bei der üblichen Versorgung mit Konstantspannung der vom Rechner aufgenommene Strom I.
  • Die Regelstrecke habe die Eigenschaft, daß die Regelgröße I sowohl bei Vergrößerung der Taktfrequenz f wie auch bei Vergrößerung der Rechenbelastung Az monoton ansteigt, z.B. nach der Bezeichnung Ix = Io + K x Az x f.
  • Die Stellgröße y wird von einem Regler durch Vergleich der Regelgröße Ix mit der Führungsgröße 1w ( Sollwert für Strombegrenzung) erzeugt. Bei positiver Regelabweichung Iw I in ist die Stellgrtiße Null.
  • Der Rechner arbeitet dann mit seiner maximalen Taktfrequenz f = foo Bei negativer Regelabweichung ist die Stellgröße positiv (0#y#1), und die Taktfrquenz wird verkleinert (f#f0), z.B. nach der Bezeichnung f = f0 (1-y).
  • Durch eine integral wirkende Übertragungsfunktion des Reglers kann die bleibende Regelabweichung völlig beseitigt werden.
  • Verfahren II (Bild 2) Bei dem Verfahren II wird die von mehreren Geräten gemeinsam aufgenommene elektrische Leistung begrenzt.
  • Regelgröße ist hier die von einer Gruppe von Geräten, z.B. von mehreren Rechnern aufgenommene elektrische Leistung. Hierdurch erreicht man einen Ausgleich zwischen Geräten mit hoher und niedriger Aktivität.
  • Wird diese Gruppe auf alle Verbraucher erweitert, so ist die Regelgröße die von der Energiequelle abgegebenr Gesamtleistung.
  • Die Stellgröße wird denjenigen Geräten zugeführt, bei denen eine Beeinflussung der Leistungsaufnahme über die Taktfrequenz möglich ist, z.B. allen angeschlossenen Digitalrechnern. Durch die Einführung von elektrischen Netzwerken in den Signalweg der Stellgrößen kann für die einzelnen Geräte ein verschiedenes Regelverhalten realisiert werden, z.B. derart, daß im Begrenzungsfall die Taktfrequenz verschieden stark vermindert wird oder daß ein Rechner dadurch privelegiert wird, daß bei ihm die Verminderung der Taktfrequenz nur mit großer Zeitkonstante wirksam wird.
  • Anwendung auf digitale Schaltungen mit getaktet er Versorgungs samiung Die z.Zt. bekannten Schaltkreise mit niedrigem Ruheleistungsverbrauch (Komplementär-MOS-Technik) haben leider eine wesentlich geringere Schaitgeschwindigkeit als die verbreiteten Schaltkreisfamilien in Bipolar-Technik (z.B. , ECL).
  • Umgekehrt haben die letzteren einen hohen Ruhelei stungsverbrauch. Durch die Kombination von schnellen Schaltkreisen" und 11Taktung der Versorgungsspannung'1 ist es möglich, einen Rechner zu bauen, dessen Rechengeschwindigkeit und Reaktionszeit über die Pausenzeit des Versorgungstaktes für den Jeweiligen Anwendungsbereich optimal eingestellt werden kann. Insbesondere können dabei höhere Rechengeschwindigkeiten und kleinere Reaktionszeiten erreicht werden, als mit Komplementär-MOS-Schaltkreisen.
  • Der Arbeitstakt muß für die beschriebene Arbeitsweise Jeweils innerhalb eines Versorgungstaktes liegen. Begrenzt man die Leistungsaufnahme über eine automatische gemeinsame Verstellung der Pausenzeit des,Arbeita- und Versorgungstaktes, so erhält man die größtmögliche Rechen- und Reaktionsgeschwindigkeit.
  • An Stelle eines Arbeitstaktes kann auch eine Gruppe von Arbeitstakten innerhalb eine Versorgungstaktes liegen. In diesem Fall wird die Pausenseit zwischen den Arbeitstakt-Gruppen verstellt.
  • Erzielbare Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen Vorteiles insbesondere darin, 1. daß injedemAugenblick die bei der jeweils verfugbaren elektrischen Leistung größtmögliche Leistungsfähigkeit der Digitalrechner erreicht wird, und 2. daß in Folge des gleichmäßigen Leistungsflusses der Energiewandler sowie etwaige Energiespeicher kleiner dimensioniert werden kßnnen.

Claims (1)

  1. PatentansprUche
    Oberbegriff: W Verfahren zur besseren Ausnutzung elektronischer Digitalrechner bei begrenster elektrischer Leistung, insbesondere für Rechner in Raumfahrzeugen.
    Xennzeichnender Dadurch gekennzeichnet, daß im Rechner die Teil: Frequenz des Arbeitstaktes automatisch so verstellt wird, daß die aufgenommene elektrische Leistung einen gewählten Spitzenwert nicht übersteigt.
    Nebenanspruch: 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Frequenz des Arbeitstaktes die Pausenseit der getakteten Versorgungsspannung verstellt wird.
    Oberbegriff des 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 1. Unteranspruchs: dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung der Taktfrequenz in einem geschlossenen Regelkreis erfolgt.
    Oberbegriff des 4. Verfahren nach Anspruch 3, 2. Unteranspruchs: dadurch gekennzeichnet, daß die Regelgröße die von einem Gerät aufgenommene elektrische Leistung ist.
    Oberbegriff des * 5. Verfahren nach Anspruch 3, 3. Unteranspruchs: dadurch gekennzeichnet, daß die Regelgröße die von einer Gruppe von Geräten aufgenommene elektrische Leistung ist.
DE19722248170 1972-09-30 1972-09-30 Verfahren zur besseren ausnutzung elektronischer digitalrechner bei begrenzter elektrischer leistung Pending DE2248170A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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