348113

О П И С А Н И Е (п)348 ПЗИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51) М, Кл. С 061 1/00 Государственный комитет Совета Министров СССР оо делам изооретений и открытий(72) Авторы изобретения Г. И, Грездов и К, И. Гищак Институт кибернетики АН Украинской ССР(2) 15 Изобретение относится к области вычислительной техники,Известць аналоговые вычислительные устройства для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений, содержащие дискретно-аналоговый преобразователь и формирователь производной с подключенными к нему автоматом режимов работы и формирователями штрафных функций.Все известные устройства требуют ввода начальной информации в цифровой и аналоговый вычислительные блоки и большого количества времени при составлении программ работы.Предла асмое устройство отличается от известных тем, что оно содержит в цепи между выходом ди:кретно-аналогового преобразо. ватсля и одним из формирователей штрафной функции последовательно включенные в модель-аналог производных и согласующий коммутатор, управляющие входы которого присоединены к выходам автомата режимов работы.На чертеже приведена блок-схема гибридной вычислительной машины.Машина содержит аналоговое вычислительное устройство 1 для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений, в когорое входит дискретно-аналоговый преобразователь 2, модель-аналог 3 системы функцпй, модель-аналог 4 производных, модельквазиацалог 5 начальных условий, модельквазиацалог 6 инверторов, согласующий коммутатор 7, формирователи штрафных функций 81, 8, и 8 з формирователь производной 9 и автомат режимов работы 10.Аналоговое вычислительное устройство позволяет решать на гибридной вычислительной машине задачи вида10+(Х, Х) =О,где Х - вектор искомых переменных, аХ:= - Х Ф - заданная нелинейная функция.Модель-аналог 3 системы функций выполнена в виде нелинейного резистивного многополюсника и является функциональным пре образователем многих переменных с видомпреобразования Ф. Наличие в устройстве инвертированных Х и неинвертированных Х значений искомых переменных позволяет выполнять указанные преобразования без 25 операционных усилителей. Модель-аналог 4производных выполнен в виде многополюсника пз интегрирующих емкостей. Модели-квазианалоги 5 и 6, соответственно начальных условий и инверторов выполнены в виде линей ных резпстивных многополюсников и служат(Хо - задаваемый вектор начальных условий) и нсвязками в уравнении (2). Согласующий коммутатор 7 содержит согласующие рсзисторы и ключевые элементы. Формирователи 8 ь 2, и 8, штрафной функции выполнены в виде диодно-резистивных многополюсников и служат для формирования пары сигналов 1+ и, по входным сигналам е; в соответствии с выражениями=ъ,(5)Закон преобразованияг (ег) и Р г ("г) задается условиями работы аналогового вычислительного устройства в гибридной вычислительной машине и выбирается таким, чтобы штрафная функция(6) имела квадратичную зависимость в зоне изменения в около нуля и линейную в остальной области, Формирователь 9 производной представляет транзисторную схему, предназначенную для выработки выходного сигнала по входным сигналам + ив соответствии с выражением где /г - некоторый множитель. Содержащиеся в схеме формирователя 9 производной ключевые элементы позволяют выполнять преобразование (7) для сигналов, поступающих по различным входам. Лвтомат 10 режимов работы служит для выработки дискретных сигналов, определяющих режим работы аналогового вычислительного устройства 1 по внешним командам (например, от оператора).Аналого-дискретный преобразователь 11 предназначен для выработки выходного сигнала о по входному сигналув соответствии с вьражением и может быть выполнен, например, в виде триггсра Шмидта,Дискретно-аналоговый преобразователь 2 выполнен в виде набора управляемых генераторов линейно из геня 1 ощиеся то в сторону возрастания, то в сторону убывания.Предлагаемое устройство работает следующим образом.На входы модели-аналога 3 системы функций, модели-аналога 4 производных, моделейкьазианалогов начальных условий 5 и инверторов 6 подают"я входные сигналы аналогового вычислительного устройства 1, Лвтомат 10 режимов работы задает следующие режи 5 10 15 20 25 30 З 5 40 45 50 4мы аналогового вычислительного устройства: исходного положения, решения и останова.В режиме исходного положения решается задача, представленная системами уравнений (2) и (3). В этом режиме используются сигналы моделп-квазианалога 5 начальных условий и модели-квазианалога 6 инверторов, Модель-квазианалог 5 начальных условий вырабатывает сигналы, соответствующие невязкам в уравнении (3), а модель-квазианалог 6 инверторов - соответствующие невязка м в уравнении (2). Эти невязки поступают на входы формирователей 8, и 8 з штрафной функции, на выходах которых образуются пары сос 1 авляющих штрафных функций в соответствии с выражениями (4) и (5). Общая штрафная функция, равная сумме штрафной фучкции начальных условий и штрафной функции ипверторов, имеет единственный минимум, соответствующий решениям систем уравнений (2) и (3), Работа гибридной вычислитсльной машины в этом режиме состоит ь отыскании этого минимума, Составляющие штрафной функции поступаот на входы формирователя 9 производной, где каждая из пар составляющих штрафной функции преобразуется в соответствии с выражением (7) и полученные сигналы суммируются. Пара выходных сигналов формирователя 81 штрафной функции в этом режиме отключается по команде автомата 10 режимов работы.В режиме решения решается задача вида (1), (2). На выходах модели-аналога 3 системы функций вырабатываются текущие значения системы функций с 1), выходными сигналами модели-аналога 4 производных являются производные входных сигналов. Выходные сигналы модели-аналога 4 производных и модели-аналога 3 системы функций поступают на входы согласующего коммутатора 7, на выходе которого образуются невязки в системе дифференциальных уравнений (1), Выходные сигналы согласующегося коммутатора 7 поступают на вход формирователя 81 штрафной функции, на выходах которого образуются составляющие штрафной функции в соответствии с выражениями (4) и (5). Модель-квазианалог 6 ипверторов и формирователь 8, штрафной функции работают так же, как и в предыдущем режиме. Общая штрафная функция где , и,г - штрафные функции соответственно системам уравнений (1) и (2), имеет единственный мипимуъь Координаты минимума изменяются во времени из-за наличия в решаемой задаче системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Рабо. а гибридной вычислительной машины в в этом режиме состоит в отыскании координат эого минимума и в слс.ксш 1 иза минимумом прп изменении его координат. Составляющие штрафных функций с выходов формирователей 8, и 8, штрафных функций поступают на входы формирователязо 35 40 9 производной, где каждая из пар составляющих штрафной функции преобразуется в соответствии с выражением (7), а полученные сигналы суммируотся, в результате чего образуется производная по времени от штрафной функции (9). Поступающая от формирователя 8 штрафной функции пара сигналов в этом рскиме отключается по команде автомата 10 режимов работы.В режиме останова решается задача, представленная системой (2) и системой дифференциальных уравнений,=- О.Н Режим останова, в основном, совпадает с режимом решения. Отличие состоит лишь в псреходе с уравнения (1) на уравнение (10), -1 то осуществляется путем отключения в согласующем коммутаторе 7 модели-аналога 3 системы функций по команде автомата 10 режимов работы,Во всех режимах выход формирователя 9 производной является выходом аналогового вычислительного устройства 1.Выходной сигналаналогового вычислительного устройства 1 поступает на вход аналого-дискретного преобразователя 11, который вырабатывает выходной сигнал а в соответствии с выражением (8).Выходной сигнал аналого-дискретного преобразователя 11 поступает на вход цифрового вычислительного устройства 12, который вырабатывает серию сигналов в виде последовательности взаимно ортогональных векторов, компоненты которых могут принимать лишь два значения +1 и - 1.Выходные сигналы цифрового вычислительного устройства 12 являются управляющими сигналами дискретно-аналогового преобразо 5 1 О 15 говатсля 2, на выходах которого образуются напряжения, определяющие траекторию поиска. Полученная траектория имеет вид непрерывной ломаной линии со взаимно ортогональными прямолинейными участками.В целом работа гибридной вычислительной машины характеризуется следующим образом.При прямолинейном движении по выбранному направлению анализируется изменение штрафной функции. Если штрафная функция убывает (о = О), то движение в выбранном направлении сохраняется, если же штрафная функция возрастает (о=1), то сперва направление движения изменяется на ортогональное к предыдущему, затем производится 1,еверс в этом направлении, после чего снова переход на новое направление и т. д. до тех пор, пока штрафная функция не начнет убывать. Такой процесс поиска дает возможность быстро находить минимум штрафной функции. Вектор Хо используется для задания начальчых условий системы дифференциальных уравнений. Предмет изобретения Аналоговое вычислительное устройство, содержащее дискретно-аналоговый преобразовагель и формирователь производной с подключенными к нему автоматом режимов работы и формирователями штрафных функций, отл и ч а с щ е е с я тем, что, с целью упрощения ввода информации об исходных данных, оно содержит в цепи между выходом дискретно- аналогового преобразователя и одним из формироватслсй штрафной функции последовательно включенные модель-аналог производных и согласующий коммутатор, управляющие входы которого присоединены к выходам автомата режимов работы.348113 ор Н. Ау Техред Т. Курилк исн пография, пр. Сапунова Г5 1 1 1 1 1 1 Редактор Е. Гончар аказ 2314/5ЦИИИП оставитель Г. Со Изд. Мо 732Государственного комитетапо делам изобретений и Москва, Ж, Раушская Тираж 624овета Министров Соткрытийнаб., д. 45 1 1 1 1 1 1