Устройство для решения нелинейныхзадач теории поля

Сфтфз Сфветскиз Сфцналнстичеслнк Рфсауб лика 1)809243,(б 1) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Завалене 160579 (21) 2768010/18-24 с прис;единением, алеки НУ С 06 С 7/4 б Гэсуавдстмнныв ВОВнтфт СССР яв АФлам нм 5)меняй в етк, мфа 1Дата опубликования описания 280281;:,:;.:.;,. Аобъединения Одесский филиал Научно-производственногоАгроприбор(71) Заявитель ) 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ЗАДАЧ ТЕОРИИ ПОЛЯкоэффициенты С(О) нелинейных уравие"ний в частных производных вида поскольку коммутируемыми в известном.устройстве являются только конденса 4торы, Переменный коэффициент А(0)произвольного вида в данном устройстве не моделируется.Это ограничивает функциональныевоэможности устройства решением лишьтех задач, в которыхА(0) - А - сопяили же приводит к необходимости замены переменного коэффициента некоторым усредненным постоянным, чтоснижает точность решения нелинейныхзадач,Цель изобретения - расширениефункциональных воэможностей эа счетвозможности решения дифференциальныхуравнений с переменными коэффициента"ми произвольного вида и повьааения точности.Указанная цель достигается тем,что в устройство для решения нелинейных задач теории поля, содержащее ВСсетку, широтно импульсный модулятор,выход которого через ключ коммутации 5 Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для решения методами электрического моделирования нелинейных уравнений в частных производных, описывающих процессы переноса массы и теплаИзвестно устройство для решения нелинейных задач теории поля; содер жащее КС-сетку, ключ коммутации, широтно-импульсный модулятор, блок управляющих напряжений 11 . Наиболее близким к предлагаемомуизобретению является устройство, содержащее КС-сетку с коммутируемыми инекоммутируемыми конденсаторами,ключи коммутации конденсаторов, управляемые широтно-импульсными модуляторами, а также блок управляющих напряжений, резисторы подзаряда, инверторыи повторители напряжений узловых точек, к котором подключены резисторыподзаряда, устраняющие скачки напряжений на конденсаторах в процессе ихкоммутации 2,Однако известное устройство позволяет моделировать лишь переменные Зосоединен с одной обкладкой коммутируемого конденсатора и через инвертор - с первым входом ключа подзаряда, второй вход которого подключен к первым выводам резисторов подзаряда, выход ключа подэаряда соединен с одной обкладкой коммутируемого конднесатора, повторители напряжений, вход первого из которых подключен к одной обкладке конденсатора ВС-сетки, другие обкладки коммутируемого конденсатора и конденсатора ВС-сетки соединены с шиной нулевого потенциала, выход первого блока управляющих напряжений подключен к первому входу широтно-импульс. ного модулятора, вход второго повторителя напряжений подключен к одному вы 45 воду соответствующего резистора ВС- сетки, введены коммутируемые резисторы ключи коммутируемых резисторов, дополнительные широтно-импульсные модуляторы, коммутируемые резисторы 20 подэаряда, ключи коммутируемых резисторов подэаряда и второй блок управляющих напряжений, выход которого подключен к первым входам дополнительных широтно-импульсных модуляторов, вто рые входы которых соединены с одними выводами соответствующих резисторов ВС-сетки, другие выводы которых подключены к первым выводам первого и второго коммутируемых резисторов и к первым выходам первого и второго ключей коммутируемых резисторов соответственно, второй вывод первого коммутируемого резистора и второй выход первого ключа коммутируемого резистора соединены сс вторым входом широтно-импульсного модулятора, второй вывод второго коммутируемого резистора и второй вход второго ключа коммутируемого резистора через второй повторитель напряжений соединены 40 с одним выводом первого коммутируемого резистора подзаряда, другой вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора подэаряда и с первым выходом первого ключа Ре зистора подзаряда, второй выход которого соединен с одним выводом первого коммутируемого резистора подзаряда, второй вывод второго резистора подзаряда подключен к одному выводу второго коммутируемого резистора подэаряда и к первому входу вто-, рого ключа резистора подзаряда,второй выход которого соединен с другим выводом второго коммутируемого резистора подзаряда и через третий повторитель напряжений подключен к второму входу второго дополнительного широтно-импульсного модулятора, выход первогодополнительного широтно-импульсного модулятора соединен с уп- щ равляющими входами второго ключа коммутируемого резистора и первого ключа резистора подэаряда, выход второго дополнительного широтно-импульсного модулятора подключен к управляю- д щим входам первого ключа коммутируемого резистора и второго ключа резистора подзаряда.На чертеже представлена схемапредлагаемого устройства для решениянелинейных задач теории поляУстройство содержит резисторы 1и конденсаторы 2 ВС-сетки, коммутируемые конденсаторы 3, ключи 4 коммутации, ключи 5 подэаряда, повторители 6 напряжений, резисторы 7 псдэаряда, широтно-импульсные модулято,ры (ШИМ) 8, инверторы 9, первый блок10 Управляющих напряжений, коммутируемые резисторы 11, ключи 12 коммутируемых резисторов, коммутируемыерезисторы 13 подзаряда, ключи 14 резисторов подзаряда, дОполнительные:широтно-импульсные модуляторы 15,второй блок 1 б управляющих напряжений.Устройство работает следующим образом,Каждый резистор 1 в сочетании скоммутируемым резистором 11 и его ключом 12 образуют ШИМ - управляемоесопротивление данной узловой точкиВС-сетки. Управляющие импульсы переменной длительности вырабатываются дополнительным широтно-импульсным модулятором 15 на основании сравнениянизкочастотного напряжения узловойточки, к которой относится даное управляемое сопротивление, с высокочастотным периодическим напряжением, вырабатываемым дополнительным блоком16 управляющих напряжений. Форма этого направления определяет заксн иэменения В(Щ ШИМ - управляемого сспрстивления, а следовательно, и перемен-ный коэффициенТ А(Щ в уравнении (1)Широтно-импульсный модулятор 8 осуществляет аналогичное управление ключами 4 коммутации и ключами 5 подзаряда, обеспечивающими совместно с конденсаторами 2 и коммутируемыми конденсаторами 3, в каждой узловой точке ВС-сетки ШИМ - управляемой емкости3С(О), задающей соответствующий переменный коэффициент выражения (1), Необходимый закон изменения С(Щ определяется формой высокочастотного периодического напряжения, вырабатываемого блоком 10.Благодаря инверторам 9 ключи 4 и 5 работают в противофазе, в результате чего при появлении имйульса на выходе 8 коммутируемый конденсатор 5 подключается к узловой точке ВС-сетки, а при отсутствии импульса - через ключ подзаряда 5 - к резисторам подзаряда 7.КаждЫй коммутируемый резистор 13 подэаряда шунтирован ключом 14, управляемым синхронно с соответствующим к 3 иочом 12 коммутируемого резистора 11 ВС-сетки. При возникновении импульса коммутации.на выходе дополнительного модулятора 15 ключи 14 и 12 замыкают накоротко выводы реэис809243 Формула изобретения Устройство для решения нелинейных задач теории поля, содержащее КС- сетку, широтно-импульсный модулятор,выход которого через ключ коммутации соединен с одной обкладкой коммутируемого конденсатора и через инвертор с первым входом ключа подзаряда, вто рой вход которого подключен к первым выводам резисторов подзаряда, выход ключа подзаряда соединен с одной обкладкой коммутируемого конденсатора, повторители напряжений, вход первого из которых подключен к одной обкладке конденсатора КС-сетки, другие обкладки коммутируемого конденсатора и конденсатора КС-сетки соединены с шиной нулевого потенциала, выход первого блока управляющих напряжений подключен к первому входу широтно-импульсного модулятора, вход второго повторителя напряжений подключен к одному выводу соответствующего резистора КС-сетки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет возможности решения дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами произвольного:вида и повышения точности, оно содержит коммутируемые резисторы, ключи коммутируемых резисторов, дополнительные широтно-импульсные модуляторы, коммутируемые резисторы подзаряда, ключи коммутируемых резисторов подзаряда, и второй блок управляющих на" пряжений, выход которого подключен к первым входам дополнительных широтно- импульсных модуляторов, вторые входы которых соединены с одними выводами. соответствующих резисторов КС-сетки, другие выводы которых подключены к первым выводам первого и второго коммутируемых резисторов и к первым выходампервого и второго ключей коммутируемых резисторов соответственно, второй вывод первого коммутируемого резистора и второй выход первого коммутируемого ключа соединены со вто рым входом широтно-импульсного модуляторавторой вывод второго коммутируемого резистора и второй вход второго ключа коммутируемого резистора через второй повторитель напряжений соединены с одним выводом первого коммутируемого резистора подэаряда другой вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора подзаряда и с первым выходом ключа реэисторов 13 и 11, исключая их соответственно из цепи подэаряда и цепи КСсетки, При отсутствии импульса на выходе 15 резистор 13 включается последовательно резистору 7, а резистор11 - последовательно резистору 1,Если К, К , К и К - соответст 511венно эелйчины сопротивлений резисторов 1,11,7 и 13, то при наличии импульса на выходе 15 между узловымиточками сетки оказываются включеннымисопротивления К, а между входами клю чей 5 подзаряда емкости данной узловой точки и повторителями б напряжейий соседних точек - сопротивления КПри отсутствии импульса на выходе 15(ключи 12 и 14 разомкнуты) в указанных местах оказываются включеннымисоответственно сопротивления (В +1) " (К 73)Таким образом, в процессе подэарядакоммутируемого конденсатора 3 дан Оной узловой точки (ключ 5 замкнут,ключ 4 разомкнут) при разомкнутомсостоянии ключей 12 и 14 ток подзаряда подается через сопротивление (К+ К ) от. первой (левой на фиг,) Узловой точки через соответствующийповторитель б, От второй узловой точки сетки ток подзаряда подается через правый повторитель б также черезсопротивление величиной (К 7 + К ),подсоединенное к выходу этого повторителя,При замкнутом состоянии 12 и 14подзаряд 3 от первой и второй узловых точек осуществляется соответственно через первый и второй повторители б,через резисторы величиной КЕсли С,2 и С 3 - емкости соответственно конденсаторов 2 и 3 данной узловой точки, то при выполнении условийК = К -- ) (2)стс(К + В ) = (К + К ) - )(3)т 1и Собеспечивающих при любом положенииключей 4,5,12 и 14 тождественное измЕнение напряжений на конденсаторах 452 и 3, скачков напряжений на конденсаторах в моменты коммутации ключейне будет.Постоянное равенство напряженийна коммутируемом и некоммутируемом 50конденсаторах узловых точек КС-сеткипозволяет каждую иэ пар (12 и 14, 4и 5) ключей коммутировать независимо от другой, в соответствии с тем,к какой узловой,точке подключен низкочастотный вход широтно-импульсногомодулятора данной пары, А это позволяет с помощью блоков 10 и 16 задавать необходимые законы измененияС(П) и А(Б) = 1/К(Щ коэффициентовнелинейного уравнения (1), оТаким образом, по .сравнению с известным устройством, расширяются функциональные возможности предлагаемогоустройства и повышается точность решения нелинейных задач теории поля, 65 При этом С (1 и А (П) могут являтьсяпроизвольными функциями искомой переменной Б уравнения в частных производных (1), а моделирующие их ШИМ - управляемые емкости и сопротивлениясоответствующими произвольными функ"циями напряжений 11 в узловых точках КС-сетки,809243 оставитель И.Дубининехред А.Бабинец едактор И,Ковальч Корректор Е,Рошко Тираа 756 Пвенного комитета СССРетений и открытийЖ, Раушская, наб., д. 4/ одписно Заказ 428/62,ВНИИПИ Государст по делам иэобр 113035, Иосква, нал ППП фПатент, г, Узиород, ул, Проеткная, 4 тора подзаряда, второй выход которого соединен с одним выводом первогокоыкутируемого резистора подзаряда,второй вывод второго резистора под"заряда подключен к одному выводу второго коммутируемого резистора подэа-.ряда и к первому входу второго ключарезистора подзаряда, второй выход которого соединен с другим выводом второго коммутируемого резистора под -.заряда и через третий повторитель напряжений подключен к второму входувторого дополнительного широтно-имаульсного модулятора, выход первогодополнительного широтно-импульсного модулятора соединен с урпавляющимивходами второго ключа коммутируемогорезистора. и первого ключа резистораподзаряда, выход второго дополнительного широтно-импульсного модулятораподключен к управляюшим входам первого ключа коммутируемого резистора ивторого ключа резистора.подзаряда,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 402023, кл. 0 06 С 7/48, 19732, Авторское свидетельство СССРВ 566254 кл, 0 06 С 7/46, 1975