Устройство для моделирования многомерных диффузионных процессов

(23)ПриоритетО 06 0 7/48 3 Ъвударвтвснкык квмнтвт СССР ао авлам извбрвтвни и етврытнйОпубликовано 07, 05. 82,Бюллетень .%1 7 Дата опубликования описания 07.05.82К, И. Диденко, К. Г. Карнаух, О, П. Кочур и В. Ф. Луценко Специальное конструкторское бюро систем автоматического управления(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ МНОГОМЕРНЫХ ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ Изобретение относится к выцислительной технике и может быть ис" пользовано при моделировании диффузионных процессов.Известно устройство для моделирования многомерных диффузионных прс цессов, содержащее генераторь 1 случайных последовательностей , блок формирования шага, счетчик. Формирователь траектории точки в нем осуществляется путем интегрирования по каждой координате импульсов, посту лающих с генераторов случайных последовательностей, причем длительность этих импульсов соответствует текущему значению коэффициента диффузии, Счетчик в этом устройстве служит для Формирования координаты точкиНаиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство для моделирования многомерных дифшузионных процессов, содержащее генераторы случайных поале 2довательностей, блок формирования шага, блок управления, формирователькоординат, Формирование траекторииточки в этом устройстве осуществляется при ве блуждении в случайном направлении, определяемом сигналами, поступающими от генераторовслучайных последовательностей. Блуждание точки выполняется шагами, длительность которых зависит от коэффициента диффузии, при этом код состояния каждой координаты изменяетсяна единицу после окончания шага 21.Известные. устройства не позволяют оперативно изменять режимы формирования траектории точки, а такжеуправлять направлением движения в процессе формирования траектории, чтоограничивает их функциональные возможности. Формирование координатыточки в них осуществляется счетчиком только при наличии стохастического воздействия (диффузионнойсоставляющей). В то же время, примоделировании процесов, протекающих в реальных обьектах, в процессе формирования координаты точки и ее траектории необходимо учитывать воздействие дополнительных стационарных составляющих (составляющих сноса )Невозможность формирования координаты и траектории точки под . воздействием составляющих сноса ограничивает область применения известных устройств, а также приводит к снижению точности процесса моделирования.Цель изобретения - расширение Функциональных возможностей устройства.Указанвя .цель достигается тем, .что в устройство для моделирования многомерных диффузионных процессов, содержащее генератор случайных чисел, блок управления, информационный и первый управляющий входы которого являются соответственно первым и вторым входами устройства, блок Формирования шага, выход которого соединен со входом генератора случайных чисел, а пеовый выход блока управления соеди нен с первым входом блока формирования шага, второй вход которого подключен к информационному входу блока управления, и формирователи координат, дополнительного введены дешифратор, элементы ИЛИ, регистр сдвига и блок инверсии знака, причем первый выход генератора случайных чисел соединен с первым входом дешифратора, один выход которого .соединен с первым входом регистра сдвига, выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И 11 И, вторые входы которых подключены соответственно к другим выходам дешифратора, а выходы элементов ИЛИ соединены соответственно с первыми входами Формирователей координат, выходы которых являются соответственно выходами устройства , второй выход генератора случайных чисел соединен с первым входом блока инверсии знака, выход которого соединен со вторыми входами всех формирователей координат, третьи входы которых подключены к информационному входу блока управления, второйвыход которого соединен с его первым выходом и подключен к четвертым входам формирователей координат, третий выход блока управления соединен со вторым вхо5 1 О1520 динен со вторым входом регистра суммы, второй выход которого соединен с первыми входами обоих элемен 25 тов сравнения, вторые входы которых Подключены к первому выходу регистра исходных данных, второй выходкоторого соединен со вторым входомсумматора, второй выход которого соединен с третьими входами обоих элементов сравнения, выход первого элемента сравнения соединен с третьим входом регистра суммы, а выход второго элемента сравнения соединен со счетным входом счетчика, третийвход которого соедиНен со входом регистра исходных данных, а выход счет чика является выходом формирователя координатыБлок управления содержит формирователь импульсов, четыре элемента И,.генератор тактовых импульсови регистр режимов, вход которого является информационным входом блока,первый и второй выходы регистра режимов соединены соответственно спервыми входами первого и второгоэлементов И, вторые входы которыхподключены соответственно к первомуи второму выходам генератора тактовыхимпульсов, третий выход которогосоединен с первыми входами третьегои четвертого элементов И, второйвход третьего элемента И являетсявторым управляющим входом блока управления, первый и второй входы генератора тактовых импульсов и второй вход четвертого элемента И яв 30 35 40 45 50 55 дом блока инверсии знака, четвертый выход блока управления связан со вторым входом регистра сдвига, а пятый выход подключен ко второму входу дешифратора , причем выход блока формирования шага соединен со вторым управляющим входом блока управления.формирователь координаты содержит регистр суммы, сумматор, ре гистр исходных данных, первый и второй элементы сравнения и счетчик, причем разрешающий , знаковый, инФормационный и управляющий входысчетчика являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами формирователя, а управляющий вход счетчика связан с первым входом регистра суммы, первый выход которого соединен с первым входом сум-.матора, первый выход которого соеляются первым управляющим входомблока управления, третий выход регистра режимов соединен со входомформирователя импульсов , причемвыход первого элемента И является 5первым и вторым выходами блока,выход второго элемента И являетсявторым выходом блока, выходы третьего и четвертого элементов И являются третьим выходом блока, выход 10Формирователя является цетвертыивыходом блока, а третий , цетвертыйи пятый выходы регистра Режимов являются пятым выходом блока управления. 15Блок инверсии знака содержитэлемент 2 И-ИЛИ-НЕ, элемент НЕ и триггер, причем первый вход элемента2 И-ИЛИ-НЕ является первым входомблока, второй вход элемента 2 И-ИЛИНЕ подключен к выходу триггера, инверсный выход которого соединен стретьим входом элемента 2 И-ИЛИ-НЕпервый вход которого через элементНЕ соединен со своим четвертым входом, выход элемента 2 И-ИЛИ-НЕ является выходом блока, а вход триггера является вторым входом блокаинверсии знака.На фиг. 1 приведена структурная 30схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема формирователя координаты; на Фиг. 3 - структурная схемаблока управления; на фиг, 4 - структурная схема блока инверсии знака.Устройство содержит блок 1 формирования шага, генератор 2 случайныхчисел, дешифратор 3, элементы ИЛИ 4-6,регистр 7 сдвига, блок 8 управления,блок 9 инверсии знака, Формировате. ли 10 координаты. Блок 1 формирования шага осуществ. ляет формирование шага, длительность которого пропорциональна коэф 45 фициенту диффузии. Генератор 1 случай ной последовательности вырабатывает случайную последовательность двоицных сигналов для формирования траекторииточки, движущейся в случайном направ.лении, Дешифратор 3 совместно с эле 50 ментами ИЛИ 4-6 и регистром 7 сдвига в зависимости от режима работы устройства обеспечивает последовательную равновероятную выборку координат. Блок 8 управления организует работу устройства в процессе формирования траектории точки. Блок 9 инверсии знака позволяет оперативно изменять направление движения точки на противоположное. Формирователи 10, 10, 105 координаты осуществляют формирование координат точки при ее дви жении в пространстве,Структурная схема формирователя 10 координаты (фиг. 2 ) содержит регистр 11 суммы, сумматор 12, регистр 13 исходных данных, первый элемент 14 сравнения, второй элемент 15 сравнения, счетчик 15.Структурная схема блока 8 управления (фиг. 3) содержит формирователь 17 импульсов, элементы И 18-21, генератор 22 тактовых импульсов, регистр 23 .режимов.Блок 1 формирования шага содержит регистр, соединенный с информационным входом устройства, и последовательно с ним включенные сумматор и регистр суммы, причем выход регистра суммы соединен со вторым входом сумматора.Структурная схема блока 9 инверсии знака (Фиг. 4) содержит элемент 2 И-ИЛИ-НЕ 24, элемент НЕ 25, триг" гер 26.Формирование траектории точки осуществляется при моделировании диф фузионного процесса путем блуждания точкив исследуемой подобласти. При этом коды координат точки изменяются под воздействием диффузионной составляющей, составляющих сноса по каждой координате или при одновременном воздействии этих составляющих.Под воздействием диФфузионной сос. тавляющей точка двигается стохастически, движение осуществляется шагами.Каждый шаг состоит из микрошагов, колицество которых в шаге пропорционально коэффициенту диффузии, Направление движения точки в течение одного шага определяется выбранными координатой и знаком направления движения. Количество координат, участвующих в формировании траектории точки, может быть от одной до трех и зависит от вида задания исследуемой подобласти.Под воздействием составляющей сноса осуществляется смещение точки в направлении, определяемом величиной и знаком составляющих сноса по каждой координате. Составляющая сноса - это стационар ная велицина, постоянная в пределах исследуемой подобласти, причем она по абсолютной величине не превышает ве7 92668личину диффузионно 1 составляющей идля каждой координаты может иметьразлицное значение как по величине,таки по знаку.Устройство работает следующим обра-зом.Перед началом формирования траектории точки в устройство с информационного входа заносятся исходные данные:в блок 1 формирования шага - код коэффи.циента диффузии, в Формирователи 10,10, 10 координаты - коды начальных. значений координат точки и коды составляющих сноса (соответственно в счетчик 16 и регистр 13), в блок 8 управ 15ления - режим работы устройстваПосле занесения исходных данных сигналом, поступаЮщим на управляющий входосуществляется запуск устройства.В процессе формирования траектории оточки под воздействием диффузионнойсоставляющей по управляющему сигналуот блока 8 управления блок 1 Формирования шага осуществляет формированиедлительности шага путем суммирования щна каждом микрошаге кода коэффициента диффузии до переполйения разрядной сетки блока 1 формирования шага.Сигнал переполнения указывает на оконцание шага.По этому сигналу генера- зотор 2 случайных чисел вырабатываетновое случайное двоичное число, указывающее направление движения точки икод номера координаты. Сигнал направления движения точки через блок 9 инверсии знака поступает в блоки формирования координат 10, 10, 10,первой,второй и третьей координаты соответственно,Код номера координаты поступает надешифратор 3. Дешифратор 3 по управляющим сигналам от блока 8 управленияв зависимости от режима работы устройства преобразует код номера координаты в единичный позиционный сигналвыбора координаты,При одномерном блуждании дешифратор 3 выбирает только первую координату, при этом соответствующий сигнал через элемент ИЛИ 4 поступает на счетчик 16 (фиг, 2 ) Формирователя координаты 1 О . В этом случае по сигналу от блока 8 управления, поступающему на четвертый вход формирователя координаты 10, состояние счетчика 16 Формирователя координаты на каждом микрошаге изменяется на единицу в зависимости от знака направления движения точки, поступающегочерез второй вход от блока 9 инверсии знака. При положительном знакенаправления движения точки код состояния счетчика 16 увеличивается, приотрицательном - уменьшается. Черезвыход код координаты формирователя 10выдается на выход устройства для использования,Формирование траектории точки подвум координатам осуществляется следующим образом,Дешифратор 3, управляемый блоком8 управления , настраивается на такой режим работы, при котором анализируется один разряд кода номеракоординаты от генератора.2 случайных чисел, При этом в зависимостиот состояния этого разряда дешифратором 3 выбирается первая или втораякоордината и формирование траектории точки в течение шага осуществляется выбранным Формирователем 10или 10 координаты аналогично описанному выше,При формировании траектории точки в трехмерном пространстве дешифратор 3 анализирует два разряда кода номера координаты, поступающего от генератора 2 случайных ци" сел. Двум анализируемым разрядам на выходе дешифратора 3 могут соответствовать четыре позиционных сигнала. Три из них .однозначно определяют первую, вторую и третью координаты. При появлении на выходе де шифратора 3 четвертого позиционного сигнала осуществляется пооцеред" ная выборка координат. В этом случае четвертый позиционный сигнал поступает на трехразрядный регистр 7 сдвига, клапанируемый выход каждого разряда которого подключен к соответствующим элементам ИЛИ 4-6, причем один из разрядов регистра 7 сдвига находится в единичном состоянии, в которое он был установлен сиг налом с блока 8 управления по зане- сении в него режима работы устройства. При этом четвертым позиционным сигналом с выхода дешифратора 3 осуществляется сдвиг на один разряд содержимого регистра 7 сдвига, и на том выходе регистра сдвига, разряд которого находится в единичном состоянии, Формируется сигнал, который через один из элементов ЙЛИ 4-6 подключает для работы соответствующий Фор992668 мирователь 10 , 10 или 10 коордианаты.При необходимости изменить .направ" ление движения точки на противоположное, например при выходе ее на отража.З ющую границу, на управляющий вход уст ройства поступает сигнал признака инверсииПо этому сигналу блок 8 управ. ления Формирует соответствующий сигнал, по которому в блоке 9 инверсии знака производится инверсия знака направления движения точки, Инверс.ное движение точки осуществляется до поступления от блока 1 формирования шага в блок 8 управления сигнала окой-Ю чания шага, по которому в блоке 8 управления вырабатывается сигнал сбро. са инверсии, поступающий затем в блок 9 инверсии знака.Формирование траектории точки под 20 воздействием составляющей сноса осуществляется следующим образом.В течение выполнения каждого микро. шага на сумматоре 12 осуществляется суммирование кода составляющей23 сноса, хранящегося в регистре 13, с содержимым регистра 11 суммы с последующей перезаписью суммы в регистр 11 суммы. Если на выходе сумматора 12 абсолютная величина кода суммы превышает величину дискреты изменения состояния счетцика 16, то на выходе второй схемы 15 сравнения Формируется сигнал, по которому состо" яние счетчика 16 изменяется на 35 единицу. Сигнал с выхода второй схемы 15 сравнения на изменение состоя. ния счетчика 16 вырабатывается в результате анализа второй схемой 15 сравнения знаковых разрядов регис- "6 ров 11 и 13 й сумматора 12. Например, при. положительных значениях кодов. хранящихся в регистрах 11 .и 13, и от-рицательном значении знакового раз-:. ряда на выходе сумматора 12 на выходе 4% второй схемы 15 сравнения формируетСя сигнал, по которому состояние счет чика 16 увеличивается на единицу. При отрицательных значениях кодов в регистрах 11 и 13 и положитель- Я ном значении знакового разряда на выходе сумматора 12 сигналом с выхода второй схемы 15 сравнения состояние счетчика 16 умвньшается на единицу, Одновременно первая схема 14 Ы сравнения анализирует знаковые разряды регистров 11 и 13 и сумматора 12 и формирует на выходе сигнал, по кото 4 1 О рому знаковый разряд регистра 11 суммы устанавливается в состояние, соответсвующее состоянию знакового раз" ряда слагаемого , большего по абсолютной величине.Это необходимо для обеспечения согласованного формиро-. вания траектории на границе двух подобластей,.имеющих противоположные значения знаковых разрядов ко" дов составляющих сноса,Формирование траектории точки при одновременном воздействии диффузионной составляющей и составляющей сноса осуществляется аналогично спи" санному выше.Блок 8 управления в соответствии со схемой, приведенной на фиг. 3, работает следующим образом.При занесении исходных данных через информационный вход в регистр 23 заносится режим работы устройства, определяющий вид задания исследуе. мой подобласти, а также наличие диффузионной составляющей и составляющей сноса. При этом на пятом выходе блока управления формируются сигналы.1 М, 2 М, 3 М, определяющие соответственно, одномерность, двумерность или трехмерность пространства при формировании траектории точки. Кроме того, при Формировании сигнала 3 М Формирователь 1 вырабатывает сигнал, который через четвертый выход блока управления поступает в регистр 7 сдвига и устанавливает его в исходное состояние (заносит единицу, например, в первый разряд) . По сигналу "Пуск", поступающему на управляющий вход блока 8 управления,запускается генератор 22 тактовых импульсов, вырабатывающий синх росигналы , по которым осуществляется выполнение микрошагов. Эти синхросигналы поступают на клапаны 18 и 19 и на их выходах Формируются сигналы ДС, СС, которые через второй выход блока управления поступаЬт на Формирователи 1 О, 10, 10 ;координаты для управления их работой в процессе формирования координат точки. ОДновременно сигнал ДС через первый выход поступает на блок 1 Формирования шага, по этому сигналу на каждом микрошаге в блоке формирования шага осуществляется сум мирование кода коэффициента.диффузии.11 9266При необходимости изменения нап равления движения на противоположное на управляющий вход блока 8 управления подается сигнал признака инверсии (ПИ), При, этом на выходе клапана 21 формируется сигнал установки инверсии (УИ), который через третий выход поступает на блок 9 инверсии знака и изменяет знак направления движения точки на противопо ложный. По .окончании шага в блоке 1 формирования шага вырабатывается сигнал Окй, который через вход блока 8 управления подается на вход клапана 20 и по синхросигналу от ге нератора 22 на его выходе формируется сигнал сброса инверсии СИ).Сигнал СИ подается на блок 9 инверсии знака для снятия инверсии движения точки, 2 аПри необходимости остановить процесс Формирования траектории точки на управляющий вход блока 8 управления подается сигнал "Стоп", по которому осуществляется останов гене ратора 2 тактовых импульсов . При этом прекращается Формирование синхросигналов и траектории точки до поступления сигнала."Пуск".36Таким образом, выполнение устройства в соответствии с изобретением позволяет при наличии одного ге нератора случайной последовательности, дешифратора, элементов ИЛИ и реч35 гистра сдвига осуществлять формирование траектории точки по одной, двум или трем координатам в зависимости от режима функционирования устройства, что повышает коэффициент использования оборудования и расширяет его Функциональные возможности. Введение в устройство блока инверсии знака позволяет оперативно управлять направлением движения точки в процессе формирования траектории, что также расширяет.Функ циональные возможйости устройства.Наличие в нем формирователей ко В ординаты позволяет осуществлять Формирование траектории точки под воздействием диффузионной или стационарной составляющих или при одновременном воздействии обеих составля ющих, что, в свою очередь, расширяет функциональные возможности устрой ства формирования траектории точки для моделирования многомерныхдиффузионных процессов.Формула изобретения1, Устройство для моделированиямногомерных диффузионных процессов,содержащее генератор случайных чисел, блок управления, информационныйи первый управляющий входы которогоявляются соответственно первым и .вторым входами устройства, блок формирования шага, выход которого соединен с входом генератора случайныхчисел, а первый выход блока управления соединен с первым входом блокаформирования шага, второй вход которого подключен к информационному вхо"ду блока управления, и Формирователикоординаты, о,т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности учета воздействиядополнительных стационарных составляющих диффузионного процесса, в него дополнительно введены дешифратор, элементы ИЛИ, регистр сдвига иблок инверсии знака, причем первыйвыход генератора случайных чисел соединен с первым входом дешифратора,один выход которого соединен с первым входом регистра сдвига, выходыкоторого соединены соответственнос первыми входами элементов ИЛИ,вторые входы которых подключены соответственно к другим .выходам дешифратора, а выходы элементов ИЛИсоединены соответственно с первымивходами формирователей координаты,выходы которых являются соответственно выходами устройства, второй выход генератора случайных чисел соединен с первым входом блока инверсии знака, выход которого соединенс вторыми входами формирователей координаты , третьи входы которыхподключены к информационному входублока управления, второй выход которого объединен с его первым выходом и подключен к четвертым входамФормирователей координаты третийвыход блока управления соединенс вторым входом блока инверсии знака, четвертый выход блока управления связан с вторым входом регистра сдвига, а пятый выход подключенк второму входу дешифратора, причем выход блока формирования шагасоединен с вторым управляющим входом блока управления,2, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что формирователь координаты содержит регистр суммы, сумматор, регистр исходных данных, первый и второй элементы сравнения и счетчик, гричем разреша ющий , знаковый , информационный и управляющий входы счетчика являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами форми О рователя, а управляющий вход счетчика связан с первым входом регистра .суммы, первый выход которого соединен с первым входом сумматора, первый выход которого соединен с вторым 5 входом регистра суммы, второй выход которого соединен с первыми входами элементов сравнения, вторые входы которых подключены к первому выходу регистра исходных данных, второй вы ход которого соединен с вторым входом сумматооа, второй выход которого соединен с третьими входами элементов сравнения, выход первого элемента сравнения соединен с третьим 25 входом регистра суммы, а выход второго элемента сравнения соединен со счетным входом счетчика, информационный вход которого соединен с входом регистра исходных данных, а выход щ счетчика является выходом формирователя координаты.. 3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управ ления содержит формирователь импульсов, четыре элемента И, генератор тактовых импульсов, и регистр режимов, вход которого является информационным входом блока, первый и второй выходы регистра режимов соедине ны соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам генератрра тактовых импульсов, третий выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, второй вход третьего элемента И является вторым управляю щим вкодом блока управления, первый и второй входы генератора тактовых импульсов и второй вход четвер-. того элемента И являются первым управ ллющим входом блока управления, тре тий выход регистра режимов соедийен с входом .Формирователя импульсов, причем выход первого элемента И является первым выходом блока управления, выход второго элемента И яв" ляется вторым выходом блока управления, выходы третьего и четвертого элементов И являются третьим выходом блока управления, выход формирователя импульсов является четвер тым выходом блока, а третий, четвертый и. пятый выходы регистра режимов являются пятым выходом блока управления.4. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок инверсии знака содержит элемент 2 И-ИЛИ-НЕ, элемент НЕ и триггер ,причем первый вход элемента 2 И-ИЛИ-НЕ является пеовым входом блока, второй вход элемента 2 И-ИЛИ-НЕ подкпючен к выходу триг. гера, инверсный выход которого соединен с третьим входом элемента 2 И-ИЛИ-НЕ, первый вход которого через элемент НЕ соединен со своим четвертым входом, выход элемента 2 И-ИЛИ-НЕ является выходом блока, а вход триггера является вторым входом блока инверсии знака.Источники информации принятые во внимание-при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР У 458839, кл. 6 9 6 С 7/48, 1973.2. Авторское свидетельство СССР У 377808, кл. С 06 О 7/48, 1971 прототип).