Устройство для математического моделирования

3623 2 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУЗависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 30,111.1971 ( 1640196/18-24) СоЮз Советских Содиалистических Республикиоритет Комитет по делам зобретений и открытийОпубликовано 13.Х 1.1972. Бюллетеньза 197 Дата опубликования описания 21.111,1973ДК 681,335(088. при Сввете Министров СССР. В, Синько Институт автомати аявитель УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИ ФУНКЦИЙИзобретение относится к разделу вычислительной техники - устройствам математического моделирования.Известны устройства сложения, умножения, вычитания, функционального преобразования аналоговых сигналов, в которых для представления информации используются непрерывные электрические сигналы постоянного тока. Область применения таких устройств ограничена невысокой точностью вычислений. 10Целью изобретения является повышение точности работы устройства при выполнении математических операций с аналоговыми сигналами, соизмеримой с точностью цифрового способа вычислений, 15Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит и структурно одинаковых вычислительных блоков, моделирующих математические операции.На фиг. 1 представлена принципиальная структурная схема устройства; на фиг. 2 - 5 частные случаи, реализующие соответственно операции сложения, вычитания, умножения и функционального преобразования.На схеме (фиг, 1) представлены: 1 - вход ной преобразователь позиционных сигналов У 1 и У в совокупности остаточных представлений (Ут, ) т=1,2и и /т, ) т=1,2 и по модулям (тт) т=1, 2, , и; 2 - выходной преобразователь совокупности остаточных пред ставлении на выходе схемы в позиционное представление УУстройство содержит также и блоков 3, обозначенных на фиг. 1 ть т 2, , т. Число блоков и равно числу модулей (т 1)т=1,2, ,и в системе остаточных классов. Количество модулей и их величина выбираются из соображений обеспечения необходимой точности вычислений. Определяющий возможную точность вычислений числовой диапазон, внутри которого выполняется вычислительная операция, равен произведению модулей. Принцип работы всех блоков одинаков.На фиг. 2 представлена структурная схема блока сложения, в состав которой входят: 4 - операционный усилитель постоянного тока (УПТ); 5 - элемент сравнения напряжений; б - дополнительный операционный усилитель. Выход УПТ 4 связан со входами элемента сравнения и дополнительного УПТ, а выход элемента сравнения соединен со вторым входом дополнительного УПТ. В элементе сравнения осу ществляется сравнение Е/,ы,ю с 1/,сВходные и выходной сигналы каждого блока представляют собой электрические напряжения постоянного тока, которые могут принимать дискретные значения из целочисленного ряда, заключенного в пределах от 0 до (т; - 1).3Операция суммирования по модулю т, может быть описана следующими выражениями: если Ус, + Ус, (У то У,ь -- Ус, + Ус, ,если У), + У;, )У, то У, = У, ++А, - У .,5 10 15 20 Эти выражения описывают все возможныеслучаи соотношений между входными и выходными напряжениями,Блок сложения моделирует уравнение:Увыхч =Ы, +А, - УвыхчНа фиг. 3 представлена стру)ктурная схемаблока вычитания, в состав которой входят:7 в элемент сравнения напряжений; 8 в операционный усилитель постоянного тока. Входные напряжения поступают одновременно наэлементы 7 и 8 блока вычитания. Выход элемента 7 соединен с третьим входом элемента 8.Операция вычитания по модулю т, можетбыть описана следующими выражениями:если Ы,)У то У,ы. =Ы, - Уесли Ы,(У то У =Ы, +У, - Уесли Ус, = СЛ то У, = О,25 30 35 40 45 50 где Уг Е/с, - входные напряжения, моделирующие остаточные представления вычитаемых сигналов по модулю тживых, - выходное напряжение, моделирующее остаточное представление результата вычитания по модулю тУ - напряжение, моделирующее модуль т, блока . Блок вычитания моделирует уравнение:Увых = Ум, - Ус, + УвыхчНа фиг. 4 представлена структурная схема блока, моделирующего уравнениеУ - Ус,Ус, =1- )(У .)- О ) ф - (У, - У (той т) ) .В состав схемы входят: 9 - узел сложения;10, 11 - узлы вычитания; 12, 13 - узлы квадратирования.Блок умножения (фиг. 4) реализует модулярное умножение по модулю т;. Все узлы этого блока выполняют соответствующие операции по модулю т,: узел 9 осуществляет модулярное сложение входных напряжений, а узлы 10, 11 - модулярное вычитание входных напряжений. 55 60 б 5 где У с У , - входные напряжения, моделирующие остаточные представления складываемых сигналов по модулю т У,х, - выходное напряжение, моделирующее остаточное представление результатов суммирования по модулю т У. - напряжение, моделирующее модуль т; блока . 4Принцип построения узлов 12, 13 следующий: они осуществляют операцию возведения в квадрат напряжений, поступающих на их входы с выходов узлов 9 и 10.,Структура узлов 12, 13 одинакова и состоит из элемента преобразования постоянного напряжения в код и логической схемы, на входе которой образуются квадраты входных напряжений,На фиг. 5 представлена схема блока, реализующего аналоговое функциональное преобразование, в состав которой входят: задающий узел 14, результирующие узлы 15 от 1 до 1 т, - 1); диодные ключи (У,= 1, 2, , а 1 б и (У) =1,2, , п 17; переключатели Кг " Ки - 1 18, схема ИЛИ 19.На схемы Уг Угв,подаются выходные напряжения узлов 1 т; - 1, соответствующие значения ординат на графике набранной функциональной зависимости,На схемы У , У 1 подаются с узла 14 напряжения, равные 1, 2, , т; - 1 единицам напряжения. Так как на вторых входах схем 11 "., г 1, щ - 1 и /гь, с.г л, - 1, сигнал тслы отсутствуют, то и на их выходах сигналов нет.При подаче входного напряжения равного, например, т; - 8, схема У. в открывается и выходной сигнал этой схемы поступает на схему Уг,в 1, в. Теперь на обоих входах Уг, в, в есть сигналы, а следовательно, появляется сигнал и на выходе Угп,.в, Этот сигнал проходит через схему ИЛИ на выход блока функционального преобразователя.Очевидно, что точность работы функционального преобразователя, а аналогично и описанных выше блоков сложения, вычитания и умножения по каждому отдельному каналу невелика и определяется величиной модуля, Точность работы всего устройства может быть достаточно высокой, так как она зависит от величины, равной произведению всех модулей, Учитывая произвольный характер выбора числа модулей и только требование их взаимной простоты, можно получить точность вычислений, соизмеримую с точностью цифровых устройств. Предмет изобретения1. Устройство для математического моделирования функций, содержащее преобразователь позиционных сигналов в совокупность остаточных представлений и преобразователь совокупности остаточных представлений в позитивные сигналы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, оно содержит вычислительные блоки, моделирующие математические операции, входы которых подключены к выходам преобразователя позиционных сигналов в совокупностьостаточных представлений, а выходы - ко входам преобразователя совокупности остаточных представлений в позиционные сигналы.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью выполнения операций суммирования, каждый вычислительный блок выполнен в виде двух последовательно соединенных операционных усилителей, выход одного из которых дополнительно соединен со входом другого через элемент сравнения. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем,что, с целью выполнения функциональных преобразований, каждый вычислительный блок выполнен в виде двух групп диодных ключей, входы ключей первой из которых подключены к соответствующему выходу задающего узла, а их выходы соединены со входами соответствующих ключей второй группы, каждый из которых через переключатель 10 соединен с соответствующим результирующимузлом и входом схемы ИЛИ.362312игСоставитель Т. Озерова дактор Б. Капкина Текред Т, Миронова Корректор А. Степан аказ 427/1 Изд. М 19 Тираж 404 Подписное ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Ж, Раушская иаб., д, 4/5Типография, пр, Сапунова,