Устройство для решения краевых задач теории поля

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК Ю П 1) МЮО 06 С 7/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 544305/18-246.01830.07.84. Вюл, Р 2,П, Арсеньева и М.енинградское отдердена Ленина проеого и научно-исслтитута Гидропроек81333 (088 с 8)(46) 3 72) А (71) Л ного о тельск го инс (53) б (56) 1 Р 51702,К лирова теплоо с, 383 М.Вайнерление Всееоюзктно-изыскаедовательскот им.с.я.жука льство СССР8, 1974,ическое модепроцессоверги я СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТ(54)(57) УСТРОИСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯКРАЕВЫХ ЗАДАЧ ТЕОРИИ ПОЛЯ, содержащее Р -сетку, о основных накопительных конденсаторов, инвертор, выходкоторого подключен к информационно.му входу блока регистрации, первыйкоммутатор, блок задания граничныхусловий и блок задания начальныхусловий, выходы которых соединены ссоответствующими узлами Р-сетки, иблок управления, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышениябыстродействия, в него введены дополнительный накопительный конденсатор, два ключа, операционный усилитель и второй коммутатор, а блокуправления содержит три ключа, триисточника постоянного напряжения,три одновибратора, счетчик, интегратор, блок сравнения, переменный резистор и генератор прямоугольныхимпульсов, выход которого подключенк информационному входу первого ключа блока управления, выход первогоисточника постоянного напряженияподключен к информационному входувторого ключа блока управления,первый выход второго ключа блокауправления соединен с входами блоков задания граничных и начальныхусловий, выход второго источника постоянного напряжения подключен кинформационному входу третьего ключа блока управления, выход третьегоключа блока управления соединен синформационным входом интегратора,выход которого подключен к первомувходу блока сравнения, выход третьего источника постоянного напряже-,ния соединен с первым выводом переменного резистора, средний выводкоторого подключен к второму входублока сравнения,. выход которого соединен с управляющими входами второго коммутатора и первого ключа блока управления, выход первого ключаблока управления подключен к информационному входу счетчика, к управляющему входу первого коммутатораи к входам первого, второго и третьего одновибраторов, выходы которых соединены соответственно с управ ляющими входами первого ключа, блока регистрации и второго ключа, выход которого подключен к первому информационному входу первого ключа и к входу инвертора, второй выход второго ключа блока управления соединен с входами обнуления интегратора и счет чика, второй выход переменного резис тора и второй информационный вход первого ключа подключены к шине ну" левого потенциала, первая группа выходов второго коммутатора подключе" на к группе информационных входов первого коммутатора, выход которого соединен с первым выводом дополнительного накопительного конденсатора с информационным входом второго ключа и с входом операционного усилйтеля, выход которого подключен к первым выводам д основных накопитель ных конденсаторов и к входу инвертора, центральные узлы й -сетки соединены с второй группой информационных входов второго коммутатора, и выходов которого подключены к вторым вы1105910 водам одноименных основных вако-пительных конденсаторов, входысброса и запуска устройства соединены с управляющими входами второго и третьего ключей блока управления,Изобретение относится к аналоговой, ционному входу первого ключа блока вычислительной технике и предназначе- управления, выход первого источника но для решения нестационарных крае- постоянного напряжения подключен к вых задач теории поля, например задач информационному входу второго ключа теплопроводности. 5 блока управления, первый выход втоИзвестно УстРойство ДлЯ РешениЯрого ключа блока управления соединен граничных задач теории поля, содер- со входами блоков задания гРаничных жащее К -сетку, блок задания гранич- и начальных условий, выход второго ных условий и блок задания начальных источника постоянного напряжения условий, операционный усилитель и 1 О подключен к информационному входу блок регистрации 11. третьего ключа блока управления, выНедостатком этого устройства явля- ход третьего ключа блока управления ется низкое быстродействие, так как соединен с информационным входом индля съема результатов требуется про- тегратора, выход которого подключен изводить большое число повторений к первому входу блока сравнения, вырешения с регистрацией искомой функ- ход третьего источника постоянного ции в одном узле Р -сетки за один напряжения соединен с первым вывоповтор, дом переменного резистора, среднийНаиболее близким по технической вывод которого подключен ко второму сущности к изобретению является Уст- входу блока сравнения, выход котоРоройство для решения краевых задач 20 го соединен с управляющими входами теории поля, содержащее Р -сетку, второго коммутатора и первого ключа и основных накопительных конденсато" блока управления, выход первого клюров, инвертор, выход которого под- ча блока управления подключен к инключен к инФормационному входу блока формационному входу счетчика, регистрации, первый коммутатор, блок 25 управляющему входу первого коммутазадания граничных условий и блок тора и к входам первого, второго и задания начальных условий, выходы третьего одновибраторов, выходы кото- которых соединены с соответствующими рых соединены соответственно с УпРав- узлами Р -сетки, и блок управления 2, ляющими входами первого ключа блокаНедостатком этого устройства так- Зорегистрации и второго ключа, выход же является низкое быстродействие. которого подключен к первому информа"Целью изобретения является повы- ционному входу первого ключа и ко шение быстродействия устройства для входу инвертора, второй выход второ- решения краевых задач теории поля. го ключа блока управления соединенПоставленная цель достигается со входами обнуления интегРатоРа и тем, что в устройство для решения счетчика, второй выход переменного рекраевых задач теории поля, содержа- зистора и второй информационный вход щее Р -сетку, и основных накопитель- первого ключа подключены к шине нуленых конденсаторов, инвертор, выход вого потенциала, первая группа выходов которого подключен к информационно- второго коммутатораподключена кгрупму входу блока регистрации, первый пе информационных входов ервогокомкоммутатор, блок задания граничных мутатора, выход которогосоединен с условий и блок задания начальных ус- первым выводом дополнительного накопиловий, выходы которых соединены с со- тельного конденсатора, с информацион" ответствующими узлами К -сетки, и ным входом второго ключа и со входом блок управления, введены дополнитель операционного усилителя, выход котоный накопительный конденсатор, два рого подключен к первым выводам и . ключа, операционный усилитель и вто- основных накопительных конденсаторов рой коммутатор, а блок управления и ко входу инвертора, центральные содержит три ключа, три источника узлы Р -сетки соединены со второй постоянного напряжения, три одновиб огруппой информационных входов второратора, счетчик, интегратор, блок го коммутатора,выходов которого подсравнения, переменный резистор и ключены ко вторым выводам одноименных генератор прямоугольных импульсов, .основных накопительных конденсаторов, выход которого подключен к информа" входы сброса и запуска устройствасоединены с .управляющими входами второго и третьего ключей блока управления.На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока управления; на фиг. 3 - временная диаграмма, поясняющая работу устройства.Устройство содержит й -сетку 1, основные накопительные конденсаторы 2, блок 3 задания граничных условий, блок 4 задания начальных условий, блок 5 управления, операционный усилитель б, коммутатор 7, инвертор 8, блок 9 регистрации, коммутатор 10, ключ 11, дополнительный накопительный конденсатор 12, ключ 13.Блок 5 управления содержит ключи 14-16, источники постоянного напряжения 17-19, одновибраторы 20-22, счетчик 23, интегратор 24, блок 25 сравнения, переменный резистор 26,генератор 27 прямоугольных импульсов.Пуск устройства осуществляется подачей управляющего сигнала на ключи 14, 15 блока 5 управления, При этом напряжение от источника 17 поступает на входы блоков 3, 4, обеспечивая задание граничных и начальных условий на Р -сетке 1, Напряжение от источника 18 поступает на вход интегратора 24, вследствие чего на его выходе формруется линейно нарастающее напряжение (аналог машинного времени), крутизна которого прямопропорциональна величине входного напряжения интегратора 24, Этим обеспечивается выбор необходимого масштаба времени модели. Линейно нарастающее напряжение с выхода интегратора 24 поступает на первый вход блока 25 сравнения, на второй вход которого с выхода делителя переменного резистора 26 подано посто". янное напряжения Е 4, величина которого выбирается таким образом, чтобы момент равенства сравниваемых напряжений соответствовал моменту иэмерения в выбранном масштабе времени.При равенстве указанных напряжений на выходе схемы сравнения формируется перепад напряжения, поступающий на управляющий вход коммутатора 10, обеспечивая отключение от узлов Й -сетки основных накопительных конденсаторов 2, выполняющих, таким образом, роль запоминающих элементов. Одновременно с этим перепадом напряжения открывается ключ 16, через который с выхода генератора 27 на входы одновибраторов 22, 20, 21, а также на вход счетчика 23 начииа" ют поступать импульсы прямоугольной формы. Этими импульсами управйяется коммутатор 7, осуществляя последовательное во времени подключение конденсаторов 2 в цепь обратной связигде операционного усилителя б считывания параллельно дополнительному кон"денсатору 12, одной из функций которого является обеспечение замкнутойцепи отрицательной обратной связиоперационного усилителя б,Величина емкости конденсаторов 2в общем случае в различных узлахсетки различна. Следствием этого является зависимость считываемого на пряжения от величины емкости этихконденсатбров. Для устранения этойзависимости считывание производитсяпо двухтактной схеме.В первом такте подачей управляю щего сигнала с шестого выхода блока 5 управления (выход одновибратора22) размыкается ключ 13, Длительность этого импульса такова, что разомкнутое состояние ключа 13 поддерживается в течение всего процессасчитывания (см. временную диаграммуна фиг. 3, где индексы иллюстрируются напряжением соответствующей нумерации элементов на фиг, 1 и 2) . Одновременно с этим управляющим импульсом с четвертого выхода блока 5 управления узловой конденсатор включается в цепь отрицательной обратнойсвязи операционного усилителя б параллельно дополнительному конденсаЗ 0 тору 12. Выходное напряжение операционного усилителя при этом равнбС2 1 гЭ 5- выходное напряжение операционного усилителя б;О 2 в .напряжение на узловом конденсаторе 2;С 2,С 2 в емкости ОснОвного и допол нительного накопительныхконденсаторов соответственно.Во втором такте задним Фронтом.импульса генератора 27 запускаютсяодиовибраторы 20 и 21. Сформированный по длительности импульс с выхода одновибратора 20 поступает на,управляющий вход ключа 11, вызываяего срабатывание и переключение одной иэ.обкладок конденсатора 12 с 50 выхода операционного усилителя б на об-щую (нулевую) шину модели. Дополнитель-.ный накопительный конденсатор 12 приэтом полностью разряжается. Благодарядействию отрицательной обратной свя зи зард с этОГО конденсатор полностью переходит на узловой конденсатор 2, включенный в цепь обратнойсвязи. Суммарный заряд на конденсаторе 2 во втором такте равен2 12 2 12Ъгде 6 иО, - заряды на конденсаторах 2 6512и 12 соответственно;Р11 " напряжение на конденсаторе 2;9а: - =-о М2Ь-с,=25Выходное напряжение операционногоусилителя при этом соответствует выражению (3) .Это напряжение после инвертирова"ния поступает на вход блока 9 регист рации, который запускается импульсомс выхода одновибратора 21. Соотношение длительностей управляющих импульсов.показано на временной диаграмме.Задержка запуска блока 9, осуществля 15емая одновибратором 21, необходимадля учета времени срабатывания ключа11,После того, как будут произведенысчитывание и регистрация напряжений 20всех накопительных конденсаторов,подключенных ко входу коммутатора(этому моменту соответствует определенное значение показаний счетчика 23) оператором производится возврат системы в исходное положение путем управляющего сигнала с ключей 14, 15 блока 5 управления, вследствие чего Формируются сигналй сброса интегратора и счетчика, После этого может быть произведен повторный запуск модели для измерения значений искомой переменной в следующий момент времени, Для этого должно быть установлено новое значение напряжения ЕТаким образом, достаточно простыми средствами за один цикл измерения производится съем результатов в большом количестве узлов В -сетки, чем достигается значительное повышение общего быстродействия модели.Использование изобретения позволяет в несколько десятков раз уменьшить время съема результатов решения нестационарных краевых задач теории поля и тем самым повысить общее быстродействие сеточной модели.