SU785869A1 - Электронна клавишна вычислительна машина - Google Patents

Description

(54) ЭЛЕКТРОННАЯ КЛАВИШНАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МЙМИНА

1

Изобретение относитс  к областивычислительной техники и может быть использовано при йнженерно-техничес них и других расчетах.

Известны ЭКВМ, содержащие арифме тическое устройство с сумматором, операционными регистрами, регистром зап той, устройством знаков, устройством пам ти, устройством управлени  операци ми, устройством управлени  индикацией, блок индикации, блок клавиатуры и блок питани  Ц.

Недостатком известной ЭКВМ  вл етс  ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  ЭКВМ, содержаща  блок клавиатуры, блок арифметических устройств, блок пам ти, блок знаков, устройство управлени  индикацией, блок индикации, блок накоплени  операндов и результатов вычислений, блок управлени , блок синхронизации и блок питани  с соответствующими взаимосв з ми .

Недостатком прототипа  вл ютс  ограниченные возможности вычислений, исключающие расчет линейных дифференциальных уравнений и синтез передаточных функций линейных динамических систем.

Целью изобретени   вл етс  расширение класса решаемых задач, что

5 позволит производить расчеты линейных дифференциальных уравнений с посто нными коэффициентами любого пор дка и синтезировать передаточные функции линейных динамических систем.

Эта цель достигаетс  тем, что в ЭКВМ, содержсодую блок клавиатуры, блок записи чисел, блок хране.ни  знаков, буферный накопитель, блок

5 управлени , пам ть, арифметический блок, причем первый и второй выходы блока клавиатуЕ4л соединены соответственно с первьп ш входами блока записи чисел и блока управлени , выход которого соединен с управл ющими входами блока записи чисел, буферного накопител , пам ти, блока хранени  знака и арифметического блока, выход блока записи чисел соединен с

25 первым информационным входом буферного накопител , первый выход арифметического блока соединен с информационным входом пам ти, введены блок вычислени  масштаба, блок возведени 

30 в степень, блок умножени  на маси1табные коэффициенты, блок вычислени  .коэффициентов, дешифратор дискретности , дешифратор значений функции и светодиодна  матрица. Выход блока записи чи-сел соединен с первыми входами блока вычислени  масштаба и блока умножени  на масштабные коэффициенты выход которого через блок вычислени ; коэффициентов соединен со вторым информационным входом буферного накопител , выход которого соединен с первым входом арифметического блока, второй вход которого соединен с выходом блока хранени  знаков. Второй выход арифметического блока, сигнальные выходы блока вычислени  масштаба блока возведени  в степень, блока умножени  на масштабные коэффициенты и буферного накопител  соединены с соответствующим входом блока управлени  , выход которого соединен с управл гацими входами дешифратора дискретности и дешифратора значений функции, информационные входы которых соединены с соответствующими выходами пам ти, а выходы - соответственно со входами столбцов и строк светодиодной матрицы. Информационный выход блока вычислени  масштаба соединен со входом блока возведени  в степень, выход которого соединен с информационным входом бло.ка умножени  на масштабные коэффициенты.

Функциональна  схема ЭКВМ приведена на Лиг.; график переходной функции и ее дискретные значени , рассчитанные при правильно выбранном масштабе- - на фиг.2; графики и расчетные дискретные значени  переходной -апериодической и колебательной функции - на фиг.З; таблица св зи и перерегулировани  переходной функции и коэффициентов передаточной функции - на фиг. 4, зависимость между коэффициентом передаточной Функции второго пор дка и перерегулированием переходной функции - на фиг. 5 график переходной функции и расчетные ее значени  при различных масштабах - на Лиг.6.

Блок 1 клавиатуры соединен со входом блока 2 записи чисел и входом 3 блока управлени  4. Второй вход 5 блока 2 записи чисел подключен к . выходу блока управлени  4, а выходы ко входу блока вычислени  масштаба 6, входу блока 7 умножени  на масштабные коэффициенты и входу буферного накопител  8. Вход блока 6 вычислени  масштаба подключен к выходу блока управлени  4, а выход - к входу блока 9 возведени  в степень, второй вход которого соединен с выходом блока управлени  4, а выход - с входом блока управлени  и входом блока 7. Блок 7 подключен к входам блока управлени  4 и входу блока 10 вычислени  коэффициентов , второй вход которого подключен к выходу блока .

управлени  4, а выходы соединены с входом блока хранени  знаков 11 и входом буферного накопител  8, подключенного к выходу блока управлени  4 и входу арифметического блока 12, соединенного с выходом блока хранеНИН знаков 11, входом пам ти 1 и входом блока управлени  4. Блок хранени  знаков 11 соединен с выходом блока управлени  4. Пам ть 13 соедииена с выходом блока управлени  4

и входами дешифратора дискретности 14 и дешифратора значений функции 15, вторые входы которых подключены к выходу блока управлени  4, а выходы к входам светодиодной матрицы 16.

Дл  вычислени  переходной функции инейной динамической системы,описаной линейными дифференциальными уравени ми (передаточной функцией)любого

.

пор дка вида (p)-. .p:;

i aip4a,2pS--n3inp

установлена закономерна  св зь между коэффициентами передаточной функции и значени ми переходной . функции в отдельных ее точках с дискретностью , выражающа с  следующим образом:

,

де Vi - дискретные значени  переходной функции

К - коэффициенты, рассчитываемые по формулам

V iKj -K- a -ctj+b .

-- a r VS- r- i-A- i-2V- -i

Л-- масштаб времени, рассчитанный дл  апериодической переходной функции по формуле MQ: О,/ с и дл  колебательной переходной функции

по формуле

. -

М t 2qi Viaa) Вычислени  в предложенном устройстве осуществл ютс  следуюгцим образом.

С блока питани  при включении выключател  питани  подаютс  все необходимые питающие напр жени  на блоки ЭКВМ и при нажатии на блоке клавиатуры кнопки Сброс через блок управлени  4 выдаетс  команда, привод ща  блоки ЭКВМ в исходное состо ние . Блок управлени  служит дл  выработки последовательности команд, необходимой дл  выполнени  каждой операции и представл ет собой регистры , состо ние которых мен етс  по. специальной программе, .обеспечивающей выполнение операций. Пор док изменений состо ни  регистров определ етс  внутренними и внешними св  з ми и зависит от алгоритма операци Блок управлени  вырабатывает сигнал управлени  работой блоков ЭКВМ. В блоке клавиатуры 1 на цифровых клавишах производитс  последователь ный набор коэффициентов линейнь1х ди ференциаильных уравнени  О и Ъ и вспомогательных чисел 0,5,1 и 2, которые при нажатии операционных клавиша -, - , 0,5,1 и 2 записываютс в регистрах блока записи чисел. Вычисление апериодической перехо ной функции осуществл етс  следующи образом. Нажатием на блоке клавиату ры 1 операционных клавиш Масштаб MQ и Вычисление -по команде из блока управлени  4 производитс  запись из блока 2 записи чисел в блок вычислени  масштаба значени  коэффициента а и операнда 0,5, в блок 7 всех значений коэффициентов, а в блок В значение операнда 1. , В блоке вычислени  масштаба по формуле Mq - вычисл етс  масштаб времени. Конец операции вычисле ни  масштаба сообщаетс  в блок 4 управлени , с которого выдаетс  команда в блок 9 возведени  в степень где масштаб последовательно возво-. дитс  в степень /А , ( и эти значени  записываютс  в регистрах блока. Окончание вычислений из блока 9 возведени  в степень передаетс  в блок 4 управлени , с которого вьадаетс  команда начала счета в блок 7. В блоке 7 вычисл ютс  коэффициенты AI и В, по Лормулам л,--Ала- и , которые записываютс  в регистрах блока 10 вычислени  коэффициентов. Конец операции масштабировани  коэАфициентов вьодаетс  в.блок 4 управлени , с которого поступает команда начала вычислени  в блок 10 вычислени  коэффициентов и последовательно вычисл ютс  коэффициенты по формулам i-SN- 2 a. /V .. ,N-K..,...(.. Значени  вычисленных коэффициентов записываютс  в блок 8, а знаки каждого коэффициента - в регистры блока 11. Окончание вычислени  коэффициентов выдаетс  в блok 4 управлени  который формирует команду выдачи операндов и результатов вычислений и знаков из блока 8 и блока 11 в арифметический блок 12, где производитс  вычисление по Формуле -1-к. Полученные значени  (1)ункции Vj записываютс  в регистры пам ти 13. Окончание вычислени  передаетс  в блок 4 управлени , который Формирует команды передачи значений функции в дешифратор дискретности и дешифратор значений функций, в которых происходит преобразование значений функций и их номера дискретности в управл ющие напр жени , подаваемь е на соответствующие входы светодиодной матрицы 16. Диоды матрицы высвечивают граЛ)ик переходной функции. Вычисление колебательной переходной функции в ЭКВМ осуществл етс  следующим образом. В блоке клавиатуры 1 на цифровых клавишах производитс  последовательный набор коэффициентов передаточной функции q,-, и вспомогательных чисел 0,5,1 и 2, коToptJG при нажатии операционных клавиш 01 , Ъ 0,5,1 и 2 записываютс  в регистрах блока 2 записи чисел. При нажатии операционных клавши Вычисление и Масштаб МК происходит запись коэффициентов Л, 1ft в блок 7, а коэффициентов 4,05. и операндов 1 и 2 в блок б вычислени  масштаба, где производитс  вычисление масштаба по формуле Ч ( ± 2 2аа/ 0(4 Остальные операции по вычислению значений функции и индикации ее на светодиодной матрице совпадают с вычислени ми апериодической переходной функции. Дл  оценки характеристик переходной функции достаточно рассчитать двадцать дискретных значений , следовательно, необходимо вз ть i 20, При этом дешифратор дискретности должен иметь двадцать выходов, а матрица - двадцать столбцов светодиодов . Точность определени  переходной функции должна быть не хуже 5% (установившийс  режим 0,05), следовательно , при максимальном перерегупировании , равном 1, необходимо име-i i ), а сорок значений функции светодиодна  матрица должна иметь 40 строк светодиодов. Решение линейных дифференциальных уравнений дл  определени  переходной ункции линейной динамической систеы указанным способом приводитс  первые, поэтому приведем его докаательство . Дл  передаточной функции вида «,,.1 - -I «a,, . оэффициенты К,- получаютс  путем оследовательных преобразований ,tp)f-Li-w(p), v(p),-vj,(p)j. ,4t) -- -f-tt-iM- -iP. примененных дл  установившегос  ре жима N--°r. K,--K,a,,, 4 4°r4«a V. - . i-N-,.(,. Докажем, что существует масштаб вр мени М , при применении которого к коэффициентам передаточной функции Oi и Ъ коэффициенты дадут диск тные значени  переходной Лункции 4J 1 (,фиг.2) . К передаточной функции /J (р) п мениг искусственный масштаб времен и получим передаточную функцию 1-1-Ьд В,р - ---+В „р ,р-,,рЧ... где/А --AAa,,-,j ,-; А„ ,, .Ъ ; в,.,-- w. Ьз,---) ,, коэффициенты которой равны к,.-в,, ,,,, ,,--к,-v;,A,г., Ц .Л-%-г2 - Известно ,что форма кривой пере ной функции не зависит от искусст венного масштаба времени, т.е.фор кривой переходной функции, соотве твующа  передаточной функции N3y(p) будет такой же, что и форма криво переходной функции, соответствующ переходной функции У р .Однако величины коэффициентов завис  от масштаба времени. Запишем коэффициенты виде -Я,-В„ : ,.-(, ., 1 а Сравнива  эти коэффициенты с коэффициентами передаточной функц апериодического звена Мд (р) - .-,K.2.-X.2.Ai и т.д. с ко фициентами колебательного звена TT JTAIF , Кг Ai - Ki Аг , .--Кг-К.. видим, что коэффициенты , рас считанные дл  передаточной функци WH (р) f состо т из коэффициенто передаточной функцииЧ(/о( (р) и ) (р) других коэффициентов-добавок. Отс следует вывод, что форму кривой п реходной функции, имеющей передаточную функцию W,, (р) , можно получить из формы переходной функции, имеющей передаточную функцию J(/oi (р) .(р), измен   ее соответствующими добавками . Но поскольку коэффициенты А и получены из коэффициентов н t)j применением одного и того же масштабировани , постольку можно теперь масштаб времени определить по передаточной функции (/Q (р) дл  апериодической переходной функции и по передаточной функции Wjt (р) дл  колебательной переходной функции. Остановимс  на определении масштаба времени, когда переходна  функци  апериодическа . При правильно выбранном масштабе времени коэффициенты должны быть меньше 1 и, следовательно, на коэффициент Д передаточной функции (/о((р) необходиМО наложить -то же условие А.) 1. Это условие выполн етс  при различных масштабах времени, значит на коэффициенты К накладываетс  лишь требование , чтобы при посто нном-интервале i 1 они давали экспоненту. Так как форма экспоненты одинакова, убедимс , что коэффициенты К дают экспоненты на одном из масштабов. Наиболее удобным дл  расчетов  вл етс  масштаб времени, при котором Ak-i 0,5. В этом случае К 0,5 p(-Q,7i)- есть экспонента. Рассчитанные значени  переходной Функции (обозначенные точками) при Л 0,5 лежат на точном ее графике (обозначенном сплошной линией) и представлены на фИг.З. Таким образом, если переходна  функци  - апериодическа , масштаб времени выбирают равным MO -g-. Дл  определени  масштаба времени по коэффициентам передаточной функции Уц (р) найдем св зь между коэффициентами А-1 и AT.- Поскольку форма кривой переходной функции не зависит от масштаба времени, дл  ее характеристики достаточно назвать какой-нибудь один параметр, не св занный со временем, например перерегулирование ta или один из коэффициентов А или Следовательно, между коэффициентами А-у и Ag должна существовать св зь, т.е. один из них должен выражатьс  через другой и, в свою очередь,, перерегулирование, должно выражатьс  через один из этих коэффициентов. Эта св зь + Д2 1 подсказана первым столбцом таблицы, приведенной на фиг.4, из которой следует , что достаточно назвать один из ее параметров, чтобы форма переходной функции системы, имеющей передаточную функцию WK(P) была определена . На фиг.5 по данным таблицы построена зависимость -Vi-lAi), которой следует, что эта зависимость  вл етс  линейной и что коэффициенты А

и / , св занные равенством

-, + V

1, обеспечивают получение формы кривой переходной функции во всем возможном диапазоне перерегулирова ,ни  .

Реша  уравнение .

.получим масштаб времени

М -- 17 2с( Vfe)-al

дл  расчета колебательной переходно функции. На фиг.З представлены дискретные значени  функции - при

выбранных коэффициентах A-j . (обозначены трчками, удовлетвор ющих равенству A-J+ . 1 которые лежат на точном графике этой переходной функции (обозначенной сплошной линией).

В качестве заключительного примера на фиг.6 приведены точна  Форма кривой переходной функции {сплошна  лини ), соответствующа  передаточной функции

-( -«-олер о,о45р

Ч(р)-U-1 ,05р-Ю,,ЪУ7р

и дискретные функции , рассчита , ные при различных масштабах времени При масштабе времени М 0,667, рассчитанном по формуле при AI+ А2.

М С(. 1,

передаточна  функци  принимает вид

О,02р I407p+0,,1p

а коэффициент К принимает значени  ,2, ,14; К, -0,058,К 0,021; kf 0,018} К(, 0,0007, т.е. точки дискретной функции об разуют график переходной функции

v(-t)Предложенна  ЭКВМ позвол ет производить расчеты линейных дифференциальных уравнений любого пор дка, записанных в виде операторного изображени  Лапласа-Карсона и производить анализ и синтез передаточных функций в процессе проектировани  и испытани  линейных динамических систем .

Claims (2)

1.Патент Франции № 2292286,

5 кл.С 06 F 15/02, опублик. 1976,

2.Авторское свидетельство СССР № 432507, кл,С 06 F 15/02, 1974 (прототип),

фу2.5