Устройство для моделирования объектов с распределенными параметрами

Изобретение относится к аналоговой и гибридной вычислительной технике и предназначено для решения нелинейных уравнений в частных производных на сеточных моделях.Для решения нелинейных задач теории поля эффективно используют" ся автоматизированные К-сетки, построенные на цифроуправляемых проводимостях, которые включаются в состав гибридной вычислительной системы 1,1.Однако, являясь довольно сложными устройствами, гибридные системы характеризуются сравнительно низким быстродействием при решении нелинейных нестационарных задач. Это объясняется тем, что на каждом временном шаге между цифровой и аналоговой частями системы происходит многократный (по числу итераций) двухсторонний обмен информацией. Эквивалентное быстродействие также снижается по причине последовательного во времени выполнения всех операций вычислительного процесса опроса и измерения потенциала узловых точек, пересчета и перезадания параметров сетки) за исключением параллельного решения на сетке уравнений в частных производных.Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для моделирования объектов с распределенными параметрами, содержащее сеточную модель, построенную на широтно-импульсных управляемых проводимостях, схему управления параметрами сетки, состоящую из генератора функционального напряжения, схемы сравнения, блока управления, причем входы дифференциального усилителя через соответствующие входные резисторы соединены с шиной питающего напряжения и через конденсаторы с шиной нулевого потенциала, выход генератора функционального напряжения сое динЕн с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с узловыми точками сеточной модели, выход блока сравнения подключен к управляющему входу первого, управляемого резистора, соединенного с шиной нулевого потенциала и первым входом дифференциального уси. лителя, второй вход которого через второй управляемый резистор соединен с шивой нулевого потенциала, выход дифференциального усилителя через генератор прямоугольных импуль сов соединен свходом сеточной модели и управляющим входом второго управляемого резистора, первый вход дифференциального усилителя соединен с шиной нулевого потенциала череэ третий управляемый резистор, управляющий вход которого соединен с входом устройства.Устройство позволяет автоматизировать процесс набора параметров сет ки и осуществить их изменение потребуемой однозначной нелинейной, зависимости ,Чв) непосредственно в процессе решения нелинейных эадач одновременно во всех областях10моделирования. В отличие от другихустройств характер моделируемойнелинейности на всю однородную область задается функциональным генератором развертывающего напряжения, 15 Параллельный принцип учета нелинейности, положенный в основу функционирования указанного устройства,делает его наиболее быстродействующим по сравнению с другими средства ми вычислительной техники, применяемыми для решения нелинейных задач теории поля 1,2 ).Однако известное устройствохарактеризуется наличием дополнительной методической погрешности,обусловленной заменой в сетке проводимостей непрерывного действияимпульсно-упраъляемыми.Цель изобретения - повышениеточности и быстродействия устройстУказанная цель достигаетсятем, что в устройство для моделирования объектов с распределенными параметрами, содержащее сеточную З 5 модель из п узлов, каждая узловаяточка которой подключена к первому входу блока сравнения, первый тактовый вход устройства через генератор функционального напряжения 40 соединен с вторым входом блока сравнения, введены счетчики, элементИЛИ-НЕ, ВБ-триггер и элемент2 И-ИЛИ, выход которого подключенк счетному входу первого счетчика, 45 выходы которого соединены с входомсеточной модели, выход блока сравнения подключен к первым входамэлементов 2 И-ИЛИ и ИЛИ-НЕ, выходкоторого соединен с первым входом.второго счетчика, второй тактовыйвход устройства подключен к второму и третьему входам элемента2 И-ИЛИ и второму входу второго счетчика, выход которого соединен сБ-входом ЙБ-триггера, К-вход кото рого подключен к перво у тактовому входу устройства, выход КБ-триггера соединен с четвертым входомэлемента 2 И-ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ-НЕ и пятый вход элемен та 2 И-ИЛИ объединены и являютсявходом устройства.На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма65работы устройства; на фиг. 3 - заданная нелинейная зависимость.Устройство содержит сеточнуюмодель 1, каждый узел которой состоит из цифро-управляемых резисторов 2. Схема управления параметрами сеточной модели 3 состоит иэ. генератора 4 функционального напряжения, блока 5 сравнения (компаратора), счетчика 6, работающегов фазоимпульсном режиме, элемента ИЛИ-НЕ 7, КБ-триггера 8, элемента. 2 И-ИЛЙ 9, счетчика 10, а такке тактовые входы 11 и 12 и вход13 устройства,Генератор 4 используется дляформирования с периодом Т развертывающего напряжения Бф(С), формакоторого определяет характер моделируемой нелинейности д(ур) (фиг,3).В качестве блока 4 может быть использован последовательно соединенный генератор пилообразного напряжения, синхронизированный сигналом, подаваемым на .тактовый вход11 устройства и блок нелинейности,например диодный, функциональныйпреобразователь (не показаны).Перед началом работы устройствасчетчик 10 сбрасывается в нульпутем подачи наего вход 14 импульсасброса Ко.Работа устройства начинаетсяс подготовительного периода, в котором осуществляется запись начального значения узловой проводимостив счетчик 10. Для этого с входа13 устройства на пятый вход эле-мента 2 И-ИЛИ подается нрямоугольный импульс, относительная длительТнрцность которого г= пропорциональна начальному значению узловойпроводимостиОдновременно на третий вход элемента 2 И-ИЛИ с входа12 устройства с частотой Е подаются тактовые импульсы. Таким образом, с выхода элемента 2 И-ИЛИ 9на счетный вход счетчика 10 поступает число тактовых импульсов Мнсчфпропорциональное длительностивходного импульса Т , т.е, начальному значению узловой проводимости, В результате этого, входнойпараметр г преобразуется в цифровой код Инр,ц, запоминаемый на триг герах (не показаны) счетчика 10,информационные выходы которого соединены с управляющими входами цифроуправляемых резисторов 2 сеточной модели 1, Поэтому в концеподготовительного периода начальное значение узловых проводимостейсеточной модели пропорциональновходному параметрунВ первый период работы устройства задача решается при заданныхначальных значениях узловых прово-.40 5 10 15 20 25 30 35 45 50 55 60 65 димостей:ц . Результат решения в этот перПод в виде потенциала узловой точки Ор на блоке 5 сравнивается с развертывающим.напряжением 11(С), формируемым генератором 4, В результате этого, на выходе блока 5(компаратора) появляется импульс, относительная длительность которого г определяется величиной потенциала Од, а также формой резвертывающего напряжения фС) и характеризует значение узловой проводимости, при котором будет решаться задача в сле- дующем периоде решения. Для запоминания нового значения узловой проводимости на счетный вход счетчика 10 необходимо подать число импульсов пропорционально разности между новым Хи начальным Ир,ц значениями узловой проводимости. Для получения этих импульсов в уст ройстве используется элемент 2 И-ИЛИ 9. На первый вход элемента 2 И-ИЛИ 9 с блока 5 поступает импульс длительностью Т = у Т, на четвертый вход этого элемента с выхода КЯ-триггера 8 поступает импульс длительностью Т - Т ц =(1-р)Т. Формирование указанного импульса осуществляется следующим образом.В подготовительный период задним фронтом входного импульса через элемент ИЛИ-НЕ 7 счетчик 6 сбрасывает-, ся в ноль, запоминая тем самым момент окончания действия входного импульса Т , При емкости: счетчика, равной числу тактовых импульсов за период Т, его заполнение происходит через время Т. Поэтому в первом рабочем периоде, следующем за подготовительным, на выходе счетчика 6 появляется импульс,смещенный относительно момента квантования на время Тдч. Этот импульспоступает на 5-вход триггера 8 ипереводит его в состояние "1". Вмомент квантования с входа 11 устройства на К-вход этого триггерапоступает импульс, который переводит его в состояние "ОфТаким об"разом, на прямом выходетриггераформируется импульс, длительиостькоторого равна Т - Т = (1 - гн ) Т(фиг. 2),На второй вход элемента 2 И-Ю 1 И .9 с входа 12 устройства подаютсятактовые импульсы, В результатевоздеиствия тактовых импульсов иимпульсов длительностью Т и (Т-Тн)на выходе его появляется число импульсов ЬХ , пропорциональноеразности Т 1- Тнач т.е приращениеузловой проводимости в перлом периоде решения задачи в соответствии с заданной нелинейной зависимостью д = г(0,) (фиг. 3). В результате подачи этих импульсов на счетный вход счетчика 10 в него записывается новое .значение узловой про. водимости Ы, Это значение также запоминается в счетчике б путем сброса его в ноль задним фронтом выходного импульса блока 5 в момент сравнения напряжения Оо и Оф смещенного относительно нулевых импульсов на вреья Т., пропорциональное значению проводимости в этот период решения задачи. В последуницие периоды описанный цикл Работы повторяется, в РЕзультате чего параметры сетки на каждом временном шаге корректируются.Таким образом, в предлагаемом устройстве изменение параметров сеточной модели происходит автоматически непосредственно в процессе решения задачи параллельно во всей области моделирования, При этом в отличие от известных структур гибридных систем типа Й-сетка-ЦВИ после каждого шага итерации нет необходимости осуществлять последовательный опрос всех узловых точек, преобразовввать информацию о потенциалах узлов в цифровой код и вводить в цифровую 1 О машину, производить обратную передачу инфюрмации о новых значениях узловой проводимости из ЦВИ в сеточный процессор с целью их пере- задания. Исключение указанных опе раций вычислительного процессазначительно повышает быстродействие и информационную производитель ность предлагаемого устройства по ,сравнению с известными.1043660 Ра внии Тираж Филиал г,Ужгород,ул,Проектная,4