SU1043660A1 - Устройство дл моделировани объектов с распределенными параметрами - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ,содержащее сеточную модель из п узлов, кажда  узлова  точка которой подключена к первому входу блока сравнени , первый тактовый вход устройства через генератор функционального напр жени  соединен с вторым входом бло:ка сравнени , о т л и ч а ю щ е-ес   тем, что,, с целью повь аеии  точности и быстродействи , в него введены счетчики, элемент Ш1И-НЕ, RS-триггер и элемент 2И-Ш1И, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, выходы кото рого соединены с входом сеточной модели, выход блока сравнени  подключен к первым входам элемента 2И-Ш1И и элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым входом второго счетчика, второй тактовый вход устройства подключен к второму и третьему входам элемента 2И-ИЛИ и второму входу второi го счетчика, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, W R-вход которого подключен к пер вому тактовому входу устройства, выход RS-триггера соединен с чет-. вертым входом элемента 2И-ШШ, § второй вход элемента ИЛИ-НЕ и п тый вход элемента 2И-ИЛИ объединены и  вл ютс  входом устройства . 42 оэ О) л

Description

Изобретение относитс  к аналоговой и гибридной вычислительной технике и предназначено дл  решени  нелине.йных уравнений в частных производных на сеточных модел х .

Дл  решени  нелинейных Зс1дач теории пол  эффективно используютс  автоматизированные К-сетки, построенные на цифроуправл емых проводимост х, которые включаютс  в состав гибридной вычислительной системы ClJ..

Однако,  вл  сь довольно сложными устройствами, гибридные системы характеризуютс  сравнительно низким быстродействием при решении нелинейных нестационарных задач . Это объ сн етс  тем, что на каждом временном шаге между цифровой и аналоговой част ми системы происходит многократный (по числу итераций) двухсторонний обмен информацией. Эквивалентное быстродействие также снижаетс  по причине последовательного во времени выполнени  всех операций вычислительного процесса (опроса и измерени  потенциала узловых точек, пересчета и перезадани  параметров сетки) за исключением параллельного решени  на сетке уравнений в частных производных.

Наиболее близким к изобретению техническим решением  вл етс  устройство дл  моделировани  объектов с распределенными параметрами, содержащее сеточную модель, построенную на широтно-импульсных управл емых проводимост х, схему управлени  параметрами сетки, состо щую из генератора функционального Напр жени , схемы сравнени , блока управлени , причем входы дифференциального усилител  через соответствующие входные резисторы соединены с шиной питаю цего напр жени  и через конденсаторы с шиной нулевого потенциала,, выход генератора функционального напр жени  содинён с первым входом блока сравнени , второй вход которого соединен с узловыми точками сеточной модели ,- выход блока сравнени  подключен к, управл ющему входу первого, упрёшл емого резистора, соединенного с ШИНОЙ нулевого потенциала и первым входом дифференциального услител , второй вход которого через второй управл емый резистор соединен с шиной нулевого потенциала, выход дифференциального усилител  через генератор пр моугольньох импу сов соединен с входом, сеточной модли и управл ющим входом второго управл емого резистора, первый вход дифференциального усилител  соединен с шиной нулевого потенциала че

рез третий управл емый резистор, управл ющий вход которого соединен с входом устройства.

Устройство позвол ет автоматизировать процесс набора параметров сет ки и осуществить их изьюнение по требуемой однозначной нелинейной , зависимости g ,(V,) непосредственно в процессе решени  нелинейных задач одновременно во всех област х

0 моделировани . В отличие от других устройств характер моделируемой нелинейности на всю однородную область задаетс  функциональным генератором развертывающего напр жени .

5 Параллельный принцип учета нелинейности , положенный в основу функционировани  указанного устройства, делает его наиболее быстродействующим по сравнению с другими средствами вычислительной техники, примен емыми дл  решени  нелинейных задач теории пол  2.

Однако известное устройство характеризуетс  наличием дополнительной методической погрешности, обусловленной заменой в сетке проводимостей непрерывного действи  импульсно-управл емыми.

Цель изобретени  - повышение точности и быстродействи  устройства .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  моделировани  объектов с распределенны- ми параметрами, содержащее сеточною модель из п узлов, кажда  узлова  точка которой подключена к первому входу блока сравнени , первый так товый вход устройства через генератор функционального напр жени  соединен с вторым входом блока сравнени , введены счетчики, элемент ИЛИ-НЕ, RS-триггер и элемент 2И-ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, выходы которого соединены с входом сеточной модели, выгсод блока сравнени  подключен к первым входам элементов 2И-ИЛИ и ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым входом, второго счетчика, второй тактовый вход устройства подключен к второму и третьему входам элемента 2И-Ш1И и второму входу второго счет чика, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, R-вход которого подключен к первому тактовому входу устройства, выход RS-триггера соединен с четвертым входом элемента 2И-ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ-НЕ и п тый вход элемента 2И-ИЛИ объединены и  вл ютс  входом устройства.

На фиг. 1 изображена структурна  схема предлагаемого устройства , 65. на фиг. 2 - временна  диаграмма

работы устройства; на фиг. 3 - заданна  нелинейна  зависимость.

Устройство содерзкит сеточную модель 1, каждый узел которой состоит из цифро-управл емых резисторов 2. Схема управлени  параметрами сеточной модели 3 состоит из . генератор 4 функционального напр жени , блока 5 сравнени  (компар тора), счетчика 6,. работающего в фазоимпульсном режиме, элемента ШШ- НЕ 7, RS-триггера 8, элелента . 2И-ИЛИ 9, счетчика 10, а такке тактовыевходы 11 и 12 и &ход 13 устройства.

Генератор 4 используетс  дл  формирован}1  с периодом Т развертывающего напр жени  U(t), форма которого определ ет характер моделируемой нелинейности gCVo) (фиг.З В качестве блока 4 может быть использован последовательно соединенный генератор пилообразного напр жени , синхронизированный сигналом , подаваемым на .тактовый вход

11устройства и блок нелинейности, например диодный, функциональный преобразователь (не показаны).

Перед началом работы устройства счетчик 10 сбрасываетс  в нульпутем подачи на его вход 14 импульса сброса RQ. .

Работа устройства начинаетс  с подготовительного периода, в котором осуществл етс  запись начального- значени  узловой проводимости в счетчик 10. Дл  этого с входа 13 устройства на п тый вход элемента 2И-ИЛИ подаетс  пр моугольный импульс, относительна  длитель НС(Ч

ность которого у пропорциональна начальному значению узловой проводимости. Одновременнона третий вход элемента 2И-ИЛИ с входа

12устройства с частотой f подаютс  тактовые импульсы. Таким образом , с выхода элемента 2И-ИЛИ 9

на счетный вход счетчика 10 поступает число тактовых импульсов N

ныч пропорциональное длительности входного импульса т.е. начальному значению узловой проводимости . В результате этого, входной параметр -jp преобразуетс  в цифровой код ( , запоминаемый на триг ге.рах (не показаны) счетчика 10, информационные выходы которого соединены с управл ющими входами цифроуправл емых резисторов 2 сеточной модели 1. Поэтому в конце подготовительного периода начальное значение узловых проводимостей сеточной модели пропорционально входному параметру j- .

В первый период работы устройст ва задача решаетс  при заданных начальных значени х узловых проводимостей . g . Результат решени  в этот период в виде потенциала узловой точки DO на блоке 5 сравниваетс  с развертывающим напр жением U,,(t), формируемым генератором 4. В результате этого, на выходе блока 5(компаратора) по вл етс  импульс, относительна  длительность которого f определ етс  величиной потенциала UQ, а также формой резвертывающего напр жени  li(t) и характеризует значе- . ние узловой проводимости, при котором будет решатьс  задача в следующем периоде решени . Дл  запоминани  нового значени  узловой

проводимости на счетный вход счетчика 10 необходимо подать число импульсов пропорционально разности между новым N , и начальным

значени ми узловой проводимости. Дл  получени  этих импульсов в уст ройстве используетс  элемент 2И-ИЛИ 9. На первый вход элемента 2И-ИЛИ 9 с блока 5 поступает импульс длительностью Т j Т, на четвертый вход этого элемента с выхода RS-триггера 8 поступает им- пульс длительностью Т - Т (l-j)T. Формирование указанного импульса осуществл етс  следующим образом.

В подготовительный период задним фронтом входного импульса через элемент ИЛИ-НЕ 7 счетчик 6 сбрасываетс  в ноль, запомина  тем самым момент окончани  действи  входного импульса Т„(з,ц. При емкости, счетчика , равной числу тактовьах импульсов за период Т, его заполнение происходит через врем  Т. Поэтому

в первом рабочем периоде, следующем за подготовительным, на выходе счетчика 6 по вл етс  импульс, смещенный относительно момента квантовани  на врем  Этот импульс

поступает на S-вход триггера 8 и переводит его в состо ние 1, В момент квантовани  с входа 11 устройства на К.-вход этого триггера поступает импульс, который переводит его в состо ние О. Таким образом , на пр мом выходе триггера формируетс  импульс, длительность которого равна Т - Т (1 - уц ) -Т (фиг. 2).

На второй вход элемента 2Н-Ш1И .

9 с входа 12 устройства подаютс  тактовые импульсы. В результате воздействи  тактовых импульсов и импульсов длительностью Т и (Т-Тц) на выходе его по вл етс  число импульсов uN, пропорциональное

разности Тцо,ц, т.е.. приращение узловой проводимости в пер.вом периоде решени  задачи в соответствии с заданной нелинейной зависимое

тью g .t(Uo) (фиг. 3). В результате подачи этих импульсов на счетный вход счетчика 10 в него записываетс  новое значение узловой проводимости Nj. Это значение также . запоминаетс  в счетчике 6 путем сброса его в ноль задним фронтом выходного импульса блока 5 в момент сравнени  напр жени  UQ и U , смещенного относительно нулевых импульсов на apeivbi Т , пропорциональное значению проводимости в этот период решени  задачи, В последующие периоды описанный цикл работы повтор етс , в результате чего параметры сетки на Кс1ждом временном шаге корректируютс .

Таким образом, в предлагаемом устройстве изменение параметров сеточной модели происходит автоматически непосредственно в процессе решени  задачи -параллельно во всей области моделировани . При этом в отличие от известных структур гибридных систем типа R-сетка-ЦВМ после каждо1 о шага итерации нет необходимости осуществл ть последовательный опрос всех узловых точек, преобразовывать информацию о потенциалах узлов в цифровой код и вводить в цифровую

0 машину, производить обратную передачу информации о новых значени х узловой проводимости из ЦВМ в сеточный процессор с целью их перезадани . Исключение указанных операций вычислительного процесса значительно повышает быстродействие и информационную прЬизводительность предлагаемого устройства по .сравнению с известными.

(3) (2) Г/; 11 /J f2

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ, содержащее сеточную модель из η узлов, каждая узловая точка которой подключена к первому входу блока сравнения, первый тактовый вход устройства через генератор функционального напряжения соединен с вторым входом бло- ;ка сравнения, о т л и ч а ю щ еес я тем, что,, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены счетчики, элемент ИЛИ-НЕ, RS-триггер и элемент 2И-ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, выходы кото* рого соединены с входом сеточной модели, выход блока сравнения подключен к первым входам элемента 2И-ИЛИ и элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым входом второго счетчика, второй тактовый вход устройства подключен к второму и третьему входам элемента 2И-ИЛИ и второму входу второ- _Q го счетчика, выход которого сое- $ динен с S-входом RS-триггера, R-вход которого подключен к пер ·— вому тактовому входу устройства, выход RS-триггера соединен с чет-, вертым входом элемента 2И-ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ-НЕ и пятый вход элемента 2И-ИЛИ объединены и являются входом устройства.

   OT’TiS оь Λ