Сеточный интегратор для решения нелинейных задач

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4 С 0667 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯИ(7) Институт проблем коосвоения недр АН СССР(54) СЕТОЧНЫЙ ИНТЕГРАТОР ДЛЯНЕЛИНЕЙНЫХ ЗАДАЧ(57) Изобретение относится квой вычислительной технике, пначено для решения нелинейных 801352512 А 2 ренциальных уравнении и является усовершенствованием изобретения по авт.св. Р 890410. Целью изобретения является повышение быстродействия, Устройство содержит К-сетку 1, конденсаторы 2 и 3, ключ 4, триггер. Шьктта 5,диодный ключ 6, эмиттерный повторитель 7, генератор 8 напряжения, источник 1 О постоянного напряжения, переменный резистор 9, группу усилительных полевых транзисторов 11,группу светодиодов 12. К-сетка 1 содержит резисторы 13 и 14 и нелинейныеэлементы 15. Устройство позволяет повысить быстродействие при съеме информации за счет непосредственной визуализации процесса решения задачи.Изобретение относится к аналоговойи вычислительной технике, предназначено для решения нелинейных дифференциальных уравнений и является усовершенсфгвованием изобретения по авт.св,У 89041 О,На чертеже схематично .представлено предлагаемое устройство. 10 Устройство содержит К-сетку 1, конденсаторы 2 и 3, ключ 4, триггер Шмитта 5, диодный ключ 6, эмиттерный повторитель 7, генератор 8 напряжения, переменный резистор 9, источник 10 постоянного напряжения, группу усилительных полевых транзисторов 11, группу светодиодов 12. К-сетка содержит резисторы 13 и 14 и нелинейные элементы 15. 15 20 30 О, если П си,3П 0 если 11, БЗа счет наличия в схеме конденсатора 2 и 3 ключа 4 емкость, включенная в узловую точку К-сетки, равна 55 Устройство работает следующим образом.При решении прямых, обратных и инверсных задач теплопроводности для25 учета зависимости теплофизических свойств , С,от температуры емкости Р-сетки в процессе решения должны изменяться по определенным зависимостям в функции потенциалов узловых точек 11, В данном интеграторе это достигается за счет периодического подключения параллельно конденсатору 2 дополнительного конденсатора 3. Для этого в схеме применен ключ 4, в качестве которого может быть З 5 использован транзисторный интегральньй прерыватель, полевой транзистор, оптико-электронный ключ и т.д. Сигнал управления на управляющий вход ключа 4 поступает с выхода триггераБмитта 5, выполняющего в схеме роль широтно-импульсного модулятора, Он производит сравнение потенциала узловой точки К-сетки с периодическим напряжением специальной формы П , вырабатываемым генератором 6 йапряжения. Схема настроена так, что с выхода триггера Шмитта 5 на ключ 4 поступают прямоугольные импульсы П, амплитуда которых равна50где С и СТТ Т 4 емкости конденсаторов 2 и 3 соответственно; относительная длительность прямоугольных импульсов;период следования импульсов;время, в течение которого ключевой элемент 4 замкнут (при этом Б11 макс)Параметрзависит от уровня потенциала П а также от формы напряжения д . Соответствующим выбором формы этого напряжения можно воспроизвести любой вид зависимости С = .= Г(11 ), следовательно, смоделировать требуемую нелинейность в решаемом уравнении. Для формирования напряжения Б (7) используется единый для9всей модели генератор 6 напряжения. Он может быть построен либо на дискретном, либо на аналоговом принципе. В последнем случае в качестве него может быть использован операционныйусилитель, во входной цепи которого или в обратной связи включено нелинейное или управляемое сопротивление с требуемой вольт-амперной характеристикой, причем на вход этого усилителя должно подаваться развертывающее пилообразное напряжение с периодом Т.В -й момент размыкания ключа 4 на конденсаторе 3 остается напряжение Б ., равное в этот момент напряжению с, фБ, = Б, на конденсаторе 2. В течение интервала времени, когда ключ 4 разомкнут, напряжение Бс = Б 0 изменяется, поэтому в следующий (+1)-й момент. замыкания ключа сначала происходит скачок напряжения, вызванный выравниванием напряжений на обкладках конденсаторов 2 и 3, а затем начинается их совместный заряд (разряд). Для исключения скачка в интеграторе используются эмиттерный повторитель 7 и диодный ключ 8. Эмиттерный повторитель 7 с высокоомным входом необходимы в схеме для исключения влияния зарядной цепи, состоящей из конденсатора 3, генератора и триггера Шмитта 5, на работу интегратора. Поскольку коэффициент усиления эмиттерного повторителя всегда меньше единицы, то при размыкании ключа 4 диодный ключ 8 автоматически запирается и наоборот.1352512 Формула изобретения Составитель В, Рыбин Редактор М. Андрушенко Техред Л.Олийнык Корректор С. ШекмарЗаказ 5568/50 Тираж 671 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва,.Ж 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4 Таким образом, диодный ключ 8 работает в противофазе с ключом 4.При замыкании ключа 4 конденсаторы 2 и 3 включаются параллельно,вследствие чего суммарная емкость,подключенная к узловой точке К-сетки,равна С,"-С,+С . При размыкании ключево-,го элемента 4 Се = С однако приэтом конденсатор 3 продолжает заряжаться, но уже не непосредственно отузловой точки, а через диодный ключ 6выходным напряжением эмиттерного повторителя 7. В результате этого напряжения на обкладках конденсаторов 2 15и 3 всегда равны независимо от того,в каком состоянии ключ 4 находится:замкнутом или разомкнутом. При этомисключается скачок напряжения в мо-,мент замыкания ключа 4. 20При решении задач хрупкого разрушения горных пород интегратор работает следующим образом.При изменении потенциала узла Апроисходит изменение величины сопро-: 25тивления нелинейных элементов 10,чтов свою очередь приводит к изменениюпостоянной времени заряда емкостей вблизлежащих узлах В, С, О, Е. В качестве нелинейных элементов могут 30быть применены, например, двуханодные стабилитроны или динисторы, сопротивления которых изменяются по известным нелинейным законам в функцииизменения потенциала узла А.Устройство, осуществляющее индикацию и отображение моделируемого процесса на экране, работает следущимобразом.В процессе решения задачи происходит изменение потенциалов в узлахсетки (А, В, С, О, Е,), что позволяет изменить потенциалы затворов со.ответствующих усилительных полевыхтранзисторов 11. Это в свою очередь 45приводит к изменению величины токаистока, а следовательно, и к измене-,нию яркости свечения светодиодов 12Положением средней точки переменногорезистора 1 О осуществляется выбор рабочей точки всех полевых транзисторов 11,Информация, полученная при помощиустройства индикации, регистрируетсякино-фото-телеаппаратурой, что позволяет осуществлять одновременную регистрацию во всех узлах КС-сетки скорости распространения и формы области хрупкого разрушения массива горнойпороды.Предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет уменьшитьзатраты времени на регистрацию решения задачи и обеспечивает возможностьотображения моделируемого процесса,на демонстрационный экран. Сеточный интегратор для решения нелинейных задач по авт. св. У 890410, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены источник постоянного напряжения, переменный резистор, группа усилительных полевых транзисторов и группа светодиодов, катоды которых подключены к выходу отрицательной по" лярности сигнала источника постоянного напряжения, выход положительной полярности сигнала которого соединен с истоками усилительных полевых транзисторов группы и с подвижным контактом переменного резистора, крайний вывод которого соединен с граничным . узлом К-сетки, группа центральных узлов которой подключена к затворам соответствующих усилительных полевых транзисторов группы, стоки которых соединены с катодами соответствующих светодиодов группы, второй вывод переменного резистора подключен к шине нулевого потенциала.