SU1429139A1 - Аналого-цифрова вычислительна система - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  моделировани  непрерывно- дискретных процессов и систем управлени  в-реальном и ускоренном масштабах времени. Целью изобретени   вл етс  повьшение быстродействи  и расширение класса решаемых задач эа счет решени  нелинейных дифференциальных уравнений. Аналого-цифрова  вычислительна  система содержит ЦВМ, блок пам ти верхнего уровн , селектор адреса верхнего уровн , блоки обмена информацией верхнего уровн , блоки моделировани  дифференциальных урав- нений блок св зи, соединени  Исход- на  задача сводитс  к определению значений у, f X|,k, ..., x-.,if х,,х„, где у - функци  качества исследуемого объекта, X j, х, 1,2,.,., п, X „ - переменные состо ни , получаемые при моделировании динамических процессов, заданных, дифференциальны- { ми уравнени ми вида х., а „ х. + :.., + +...+ а,„х + Ц + ф,; ..., х„-« ,+ ... + + ... + + + bvfl при известных начальных ус (Л с лови х х-(0), где Ф нейные функции, а .. 6 ил. 1 i., нели - коэффициенты. ю со со со

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  моделировани  непрерывно- дискретных процессов и систем управ- лени  в реальном и ускоренном масштабах времени.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  и расширени  класса решаемых задач за счет решени  нелиней- ных дифференциальных уравнений. : На фиг. 1 и 2 показан пример реализации аналого-цифровой вычислительной системы; на фиг. 3 - блок-схема блока I интегрировани ; на фиг. 4 блок-схема I второго блока пам ти; на фиг. 5 и 6 - I блок-схемы алгоритма функционировани  i аналого-цифровой вычислительной сис- i темы.

; Система содержит ЦВМ 1, блок 2 па- м ти верхнего уровн , селектор 3 ад- 1 рёса верхнего уровн , блоки 4 обмена, информацией верхнего уровн , блоки 5 моделировани  дифференциальных уравнений , блок 6 св зи, соединени  7-9. .Каждый блок 5 моделировани  дифференциальных уравнений содержит блок 10 управлени , соединени  11-13 адреса , первый блок 14 пам ти, блок 15 обмена информацией, селектор 16, второй блок 17 пам ти, блок 18 интегрировани , таймер 19, блок 20 прерываний , блоки 21 и 22 коммутации, блоки 23 вычислени  нелинейных функций.

Блок 18 интегрировани  с.одержит ЦАП 24 и 25, m умножающих ЦАП (УДАЛ) 26, сумматоры 27 и 28, интегратор 29, блоки 30 и 31 ключей, АЦП 32, блок 33 контрол  и управлени , в который вход т регистр 34 и коммутаторы 35 и 36, соединени  37 и 38.

Второй блок 17 пам ти содержит запоминающее устройство 39, мультиплексоры 40-42, дешифраторы 43 и 44, арбитр 45 шин, шинные формирователи 46 и 47.

Исходна  задача сводитс  к определению значений

у f(x,x,, ..., X;, X,, ..., х„,х)

(1)

у - функци  качества исследуемого объекта,X ., i. 1,2,..,

.

х. - переменные состо ни , получаемые при моделировании динамических процессов,за 5

данных дифференциальными уравнени ми вида

х., а,,х,+...+а.х.+ ...,+ Ф,;

i ,-г.,;

х. а,. х, + .. .+а ;;Х,

X

. , + ...+а Х.+ ...+а „х„+Ь„+ф„;

.J

t2)

при известных начальных услови х

х-(0), причем Ф, Х f. - нелиней J

ные функции, а,-; - коэффициенты. Система работает следующим образом .

ь

25

20 .

5 0

5

о

5

В исходном состо нии регистр 34 блока 33 обнул етс  и на первом и втором входах регистра 34 формируетс  код 01, в соответствии с которым все интеграторы 29 аналоговых  чеек устанавливаютс  в режим Исходное положение. Исходное состо ние остальных блоков произвольное.

На этапе подготовки загружаетс  в ЦВМ 1 составленна  пользователем программа определени  у. в соответствии с (1), ввод тс  значени  коэффициентов Ь. и а - и описани  функций f в уравнени х (2). Программными средствами автоматизации программировани  аналоговой части задачи по коэффициентам Ь.и а;- уравнений (2) по известной методике определени  коэффициентов передач интеграторов 29 и сумматоров 28 рассчитываютс  kj и kj, дл  УЦАП 26, определ ютс  коды узловых точек аппроксимации нелинейных функций f, вычисл ютс  массивы кодов управлени  теми коэффициентами УЦАП 26, которые измен ютс  в функции времени либо в зависимости от значений х., определ ютс  коды управлени  блоками 6 автоматической св зи модулей и блоками 21 и 22 коммутации.

Под управлением операционной системы ЦВМ 1 производитс  загрузка через блоки 4 и 15 в блок 14 программы управлени  блоками 5, а также пользовательских подпрограмм, реализующих логические зависимости. В блок 14 передаютс  коды рассчитанных на ЦВМ 1 коэффициентов, коды узлов точек нелинейньпс функций, коды управлени  блоками 21 и 22,

Работа программ управлени  блоками 5-происходит по инициативе программы ЦВМ 1, обеспечива  набор схемы моделировани  с помощью блоков 6, 21 г к 22, установку коэффициентов в УЦАП 26, задание режима работы в процессе решени  задачи интегратором 29 каждого из блоков 18 интегрировани . Установка коэффициентов УЦАЛ 26 и начапь-10 ных условий интеграторов 29 через ЦАП 24 по шине 12 производитс  с помощью селектора 16. В процессе установки значений коэффициентов k.. на

15

на схема моделировани  в блоках 18 с помощью блоков 21, 22, 6 и yUATI; установлены необходимые начальные услови  интеграторов 29; занесены необходимые функциональные згвиснмос- ти в блоки 23 вычислени  нелинейных функций.

При поступлении сигнала Пуск по инициативе программы ЦВМ 1 начинаетс  решение уравнений (2). При этом запускаютс  все блоки 10, в регистры 34 занос тс  коды индивидуального управлени  интеграторами 29, которые перевод тс  в строго определенный режим работы (Исходное положенче, Пуск, Останов).

В таймер 19 предварительно эаночени  с помощью АЦП 32, вход которого 20 ситс  число, соответствующее необхокоммутатором 36 подключен к выходу

сумматора 28. При этом управление

коммутаторами 35 и 36 осуществл етс 

с третьего и четвертого выходов ре-.

гистра 34, информаци  в который поступает с блока 10 управлени .

Таким образом, с помощью блока 33

устран етс  погрешность, вносима 

внешними соединительными цеп ми, так

как контроль коэффициентов k осуществл етс  непосредственно на выходе

сумматора 28. С помощью блока 30 кгаочей входы сз мматоров 28 аналоговой

УЦАП 26 коммутатор 35 подключает к входу соответствующего УЦАП 26 опорные напр жени  и„ . После записи значени  коэффициента k j. в УЦАП 26 осуществл етс  контроль записанного знадимому временному интервалу, по истечении которого на выходе таймера 19 возникает сигнал, поступающий на вход блока 20 прерываний. Блок 10 произво- 25 дит обработку прерывани  и приступает к дальнейшему выполнению прерваннс-п программы. При необходимости в соответствии с программой блока 10 с выходного регистра таймера 19 считываетс  текущее врем , которое заноситс  в фиксированную  чейку блока 17 и посто нно там обновл етс  с заданной дискретностью.

30

Под управлением блока 10 осущестзначени  а

в

 чейки подключаютс  к выходам УЦАЛ 26 или к нулевой шине, причем управление 35 л етс  последовательный пуск АЦП 32 каждым ключом осуществл етс  от блока всех блоков 18 интегрировани  К вхо- 10, что позвол ет параллельно мен ть дам АЦП 32 предварительно через коммутатор 36 подключаютс  координаты X J или X j. .По сигналу Конец преобразовани  или согласно программе, введенной в микропроцессор, пронсхо- дит считыв-ание преобразованной информации и запись ее в соответствующие  чей15и пам ти второго блока 1 пам ти. Врем  обращени  к АЦП 32 выЧ

принимает значение

процессе решени , если О либо 1.

40

Воспроизведение нелинейных функций ф- уравнений (2) обеспечиваетс  блсгками 23, подключение выходов которых к входам сумматора 27 производитс  блоком 31 ключей. Подача на вход блоков 23 переменных х. в составе . 45 блока 5 производитс  первым блоком 21 бираетс  таким образом, чтобы он не

15

димому временному интервалу, по истечении которого на выходе таймера 19 возникает сигнал, поступающий на вход блока 20 прерываний. Блок 10 произво- 5 дит обработку прерывани  и приступает к дальнейшему выполнению прерваннс-п программы. При необходимости в соответствии с программой блока 10 с выходного регистра таймера 19 считываетс  текущее врем , которое заноситс  в фиксированную  чейку блока 17 и посто нно там обновл етс  с заданной дискретностью.

Под управлением блока 10 осущест0

5 л етс  последовательный пуск АЦП 32 всех блоков 18 интегрировани  К вхо- дам АЦП 32 предварительно через коммутатор 36 подключаютс  координаты X J или X j. .По сигналу Конец преобразовани  или согласно программе, введенной в микропроцессор, пронсхо- дит считыв-ание преобразованной информации и запись ее в соответствующие  чей15и пам ти второго блока 1 пам ти. Врем  обращени  к АЦП 32 вы35

40

45

коммутации, а переменных с других блоков 5 через блок 22. Задание адресов и кодо в управлени  блоков 21 и 22 производитс  блоками 10 управлени  с помощью селектора 16,

После проведен 1  этапа подготовки к решению уравнений (2) в блок 2 занесена программа решени  уравнений (2), в блоки 14 занесены соответству- ющие пользовательские программы, дл  блоков 5 проведена установка кона УЦАП 26 и их корректировка с помощью блока 33; набраэффициентов kj.

простаивал , что достигаетс  распараллеливанием вычислительного процесса и обслуживанием каждым блоком 10 ограниченного количества АЦП 32, Таким образомS в определенных  чейках блока 17 ккформади  о необходи - мых координатах Xj,, xi посто нно обновл етс  с дискретностью t

+ t

о

где t

tnp

(

- врем  преобразова

нн  АЦП 32; tjj - врем  обращени  к АЦП 32.

По мере необходимости ЦВМ 1 обращаетс  к  чейкам блока 17, где нахо5 . 1А

ц тс  текущие значени  времени и переменных X ; ИХ;, необходимые дл  расчета функций (1). I В соответствии с программой, за- Поженной в блок 10, осуществл етс  Изменение значени  коэффициентов по 1заранее рассчитанным функциональным |зависимост м определенных коэфс ици- нтов k,- и k. во времени, что поз- .вол ет получить i j функциональных зависимостей. Управл   работой |блока ключей, а также устанавлива  |значение коэффициентов k . и k;, рав- |ными нулю или рассчитанному значению |возможно изменение схемы моделирона- |ни  во времени.

: Решение,на предлагаемой системе :уравнений вида (1) и (2) по сн етс  Iблок-схемой алгоритма (фиг.5). I На этапе начального диалога поль- Iзователь составл ет с помощью стан- j дартных средств операционной системы ;ЦВМ 1 программу дл  вычислени  и оценки значений функции качества исследуемого объекта в соответствии с конкретным видом вьфажени  (1). С клавиатуры диспле  ЦВМ 1 ввод тс   конкретные числовые значени  коэффициентов а.. , bj, вход щих в уравне- ни  (2), и начальные значени  переменных х(0). В случае использовани  стандартных функций Ф пользователь указывает только конкретный вид функции и требуемую погрещность аппроксимации . В случае использовани  нестандартных функций пользователь задает координаты узловых точек аппроксимации . Далее пользователь указьгоает в  вном виде разделение вычислитель- ной нагрузки между блоками 5 при ре- шении сис-темы (2) .

Claims (1)

1. На этапе начальной подготовки ЦВМ 1 производит численное интегрирование системы уравнений (2), определ   при этом максимальные значени  переменных и производных. Затем в соответствии с известньтми методиками рас- считьшаютс  масштабы переменных, масштаб времени и значени  коэффициен- тов, устанавливаемых с помощью ЦАП 24 и 25 и УЦАП 26. Таким образом формируетс  схема моделировани , котора  может быть отображена с помощью внешних устройств ЦВМ 1. Формула изобретени 

   Аналого-цифрова  вычислительна  система, содержаща  М блоков интегри

   5

   0 5 О д

   5

   396

   ровани  (М - количество неизвестных в системе уравнений), блок управлени , вход-выход которого соединен с информационным входом-выходом первого блока пам ти, входы адреса и записи-считывани  которого соединены с первым и вторым выходами блока управлени  соответственно, отличающа - с   тем, что, с целью повьш1ени  быстродействи  и расширени  класса решаемых задач за счет решени  нелинейных дифференциальных уравнений, в нее дополнительно введены блок вычислени , блок пам ти верхнего уровн , К блоков обмана информацией верхнего уровн  (К - количество систем уравнений по М уравнений в каждой системе), селектор адреса верхнего уровн , блок св зи и К блоков моделировани  дифференциальных уравнений, каждый из которых содержит блок обмена информацией, селектор , второй блок пам ти, таймер,, блок прерываний, первый и второй блоки коммутации, Е блоков вычислени  нелинейных функций (Е - количество нелинейных функций), информационные входы которых соединены с Е выходами первого блока коммутации, вход синхронизации которого соединен с выходом селектора, входами синхронизации Е блоков вычислени  нелинейных функций , второго блока коммутации,М блоков интегрировани  и таймера, информационный вход-выход которого соединен с входом-выходом блока управлени , первым информационным входом- выходом второго блока пам ти, с первыми информационными входами И блоков интегрировани , Е блоков вычислени  нелинейных функций, управл ющими входами первого и второго блоков коммутации и информационным входом-выходом блока обмена информацией, вход адреса которого соединен с первым выходом блока управлени , первым информационным входом селектора и первым входом адреса второго блока пам ти, первый вход записи-считьгоа- ни  которого соединен с вторым выходом блока управлени  и управл ющими входами селектора и блока обмена информацией, информационный вход-выход которого соединен с информационным входом-выходом блока обмена информацией верхнего уровн , информационный вход-выход, вход записи-считывани  и вход адреса которого соединены с одноименными входами блока

   пам ти верхнего уровн , (К-1) блоками обмена информацией верхнего уровн , вторыми одноименными входами второго блока пам ти и  вл ютс  одноименными входами блока вычислени , первый и второй информационные входы селектора адреса верхнего уровн  соединены с входами записи-считывани  и адреса блока вычислени , а выход соединен с входом задани  режима блока св зи, информационный вход-выход которого соединен с информационным входом-выходом устройства, а выход блока св зи соединен с первым информационным входом второго блока коммутации всех К блоков моделировани  дифференциальных уравнений, информационный выход второго блока коммутации соединен с первым информационным входом первого блока коммутации

   и вторыми информационными входами .М бло-ков интегрировани ,информационный вход-выход блока интегрировани  соединен с информационными входами-выходами М-1 блоков интегрировани ,

   вторым информационным входом первого блока коммутации и информационным вход ом блока св зи, выходы Е блоков вычислени  нелинейных функций соединены с группой информационных входов

   второго блока коммутации, информационный вход блока прерываний соединен с выходом таймера, а выход - с входом синхронизации блока управлени .

   Фиг.1

   L Ji J

   --g- TT- nTCZ.

   Htl

   M

   B/sSxamfS

   :БК

   фи9.2

   .e

   3

   / ЛыхоЗ I I ехмы I / mtSopa I

   fta.S

   Пусн

   SflOHoS

   2ff.32

   дыполнение t/rtpoff/fflfoaim программы

   Нет

   С атоглй ffoffHtue cSffo- 1ювЭ2и19$ MOffu П и/и/т

   Пусн., 0/10ff00 32

   Д .

   Считывание даннь/ц из

   П б

   6/fOH 2

   Вычислени  В coomSefTtC/7ffft/U C(f)

   H Oeo. odi//f/f5 Hem

   Подготобни параметров

   Вывод

   f7fO6

   С

   /{онец