Устройство для решения краевых задач

Э СОВЕТСНИХссналютивсыи СПУБЛИН 9 (И) 6 С 7/4 АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Авторское свидетельство СССУ 409239, кл . С 06 С 7 /46, 1971.2. Авторское свидетельство СССРУ 471867, кл. С 06 С 7/46, 1973(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯКРАЕВЫХ ЗАДАЧ, содержащее Й -С-сетку, блок задания граничных условий,группа выходов которого подключенак первой группе узлов Й -С-сетки,вторая группа узлов которой соединена с группой информационных входов коммутатора, выход которогоподключен к входу повторителя, выходкоторого соединен с входом блокарегистрации амплитуды, аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с первым информационнымФвходом блока регистрации, дешифра -тор, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью расширения класса решаемыхзадач, в него введены формировательпрямоугольных импульсов, счетчик,триггер, три элемента И, элемент ИЛИэлемент 2 И-ИЛИ, блок регистрациисдвига фаз, два элемента задержки,два ключа, буферный регистр и генератор опорного сигнала, выход которого соединен с входом блока задания граничных условий и первым вхо. дом блока регистрации сдвига фаз,выход которого подключен к информационному входу первого ключа, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового пре"образователя, выход которого подключен к информационному входу буферного регистра, вход запуска устройства через формирователь прямоугольных импульсов соединен с установочными входами счетчика и триггера и с первым входом элемента ИЛИ,выход которого подключен непосредственно к счетному входу триггераи управляющему входу аналого-цифрового преобразователя, а через первый блок задержки соединен с пер-.выми входами первого и второго элементов И и элемента 2 И-ИЛИ, выходкоторого подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ЗЛИ, выход повторителя подключен к второму входу блока регистрации сдвига фаз, выход блока регистрации амплитуды соединен с информационным входом второго ключа,выход которого подключен к входуаналого-цифрового преобразователя,прямой выход триггера соединен с вторым входом элемента 2 И-ИЛИ, с управляющим входом первого ключа и вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к управляющему входу буферного регистра, выход которого соединен с вторым информационным входом блока регистрации, инверсный выход триггерасоединен с третьим входом элемента2 И-ИЛИ, с управляющим входом вто 1 рого ключа и вторым входом второго элемента И, выход которого непосредственно подключен к входу запуска блока регистрации, а через второй элемент задержки соединен с четвертым входом элемента 2 И-ИЛИ и соГ 11381 Ьсчетным входом счетчика, выход переноса которого подключен к второму входу третьего элемента И, информационный выход счетчика соединен с входом дешифратора.Изобретение относится к аналого"вой вычислительной технике, предназначенной для исследования физических полей путем их моделированияна Й или К -С-сеточных областях,5и может использоваться как универсальная АВМ для решения широкогокруга краевых задач, в том числеи для решения краевых задач, описываемьх уравнением Гельмгольца. 10Известно устройство для решениякраевых задач теории поля, содержащее формирователь, сумматоры, управляемые стабилизаторы, В "сетку,интеграторы, инверторы и ограничители 13.Однако известное устройство имеет низкую точность решения,.Наиболее близким по технической. сущности к изобретению является устройство для решения краевых задач,содержащее к -С-сетку, блок задания граничных условий, группа выходов которой подключена к группецентральных узлов Й -С-сетки, группа граничных узлов которой соедине. -на с группой информационных входовкоммутатора, выход которого подключен к входу повторителя, выход которого соединен с входом блока регист-, З 0рации амплитуды, аналого-циФровойпреобразователь, вьход которого соединен с первым информационным входом блока регистрации, дешифратор,Выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 21.Цель изобретения - расширениекласса решаемых задач, в том числеобеспечение возможности решениякраевых задач, описываемых уравнением Гельмгольца,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство, содержащееФсетку блок задания граничных условий, группа. выходов которогоподключена к первой группе узлов1-С -сетки, вторая группа узлов которой соединена с группой информационных входов коммутатора, выход которого подключен к входу повторителя,выход которого соединен с входомблока регистрации амплитуды, аналого-цифровой преобразователь, выходкоторого соединен с первым информационным входом блока регистрации,дешифратор, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, введены формирователь прямоугольных импульсов, счетчик, триггер, три элемента И, элемент ИЛИ,элемент 2 И-ИЛИ, блок регистрациисдвига фаз, два элемента задержки,два ключа, буферный регистр и генератор опорного сигнала, выход которого соединен с входом .блока задания граничных условий и первым вхо-дом блока регистрации сдвига фаз,выход которого подключен к информационному входу первого ключа,выход которого соединен с информационнымвходом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к информационному входу буферного регистра, вход запуска устройства через формирователь прямоугольных импульсов соединен с установочными входами счетчика и триггера и с первым входом элементаИЛИ, выход которого подключен непосредственно к счетному входу триггера и управляющему входу аналогоцифрового преобразователя, а через первый блок задержки соединенс первыми входами первого и второго элементов И и элемента 2 И-ИЛИ,выход которого подключен к первомувходу третьего элемента И, выходкоторого соединен с вторым входом10 20 40 45 50 55 3элемента ИЛИ, выход повторителяподключен к второму входу блока регистрации сдвига фаэ, выход блокарегистрации амплитуды соединен синформационным входом второго ключа, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, прямой выход триггера соединен с вторым входом элемента2 И-ИЛИ, с управляющим входом первого ключа и вторым входом первогоэлемента И, выход которого подключен к управляющему входу буферногорегистра, вьмод которого соединенс вторым информационным входом бло-Ька регистрации, инверсный выход триггера соединен с третьим входом элемента 2 И-ИЛИ, с управляющим входом второго ключа и вторым входомвторого элемента И, выход которогонепосредственно подключен к входузапуска блока регистрации, а черезвторой элемент задержки соединенс четвертым входом элемента 2 И-ИЛИи со счетным входом счетчика, выход переноса которого подключен квторому входу третьего элемента И,информационный выход счетчика соединен с входом дешифратора.На чертеже приведена функциональная блок-схема предлагаемого устройства.Устройство содержит 1 -С-сетку 1,блок 2 задания граничных условий,коммутатор 3, повторитель 4, дешифратор 5, генератор 6 опорного сигнала, блок 7 регистрации сдвигафаз, блок 8 регистрации амплитуды,ключи 9 и 10, аналого-цифровой преобразователь 11, буферный регистр12, блок 13 регистрации, элемент14 задержки, формирователь 15 прямоугольных импульсов, элемент ИЛИ16, элемент И 17, триггер 18, элемент 2 И-ИЛИ 19, счетчик 20, элементы И 21 и 22 и элемент 23 задержки еУстройство работает следующим . образом.Процесс получения результатоврешения на сеточной ЭВН состоит из двух основных этапов. Первый -формирование граничньм условийтребуемого вида и задание их в определенные узлы 1 сетки, являющейся матричным процессором параллельного действия, а второй - измерение и регистрация результатов. При решении задач описываемых уравафо ахи нением Гельмгольца - 4 ф - = Ацдх аф где еС - мнимый коэффициент, все ем" кости, включаемые в узловые точки сеточного процессора, своими вторыми концами соединяются с линией нулевого потенциала. Для задания граничных условий в первую очередь необходимо сформировать опорный сигнал определенной частоты Ы . Частота входит в выражение искомйх функций, однако в процессе решения она не изменяется, являясь одинаковой для всех узловых точек, и ее величина определяется перед постановкой задачи, в основном исходя из соображений выбора масштабных коэффициентов. Из опорного сигнала, сформированного в генераторе 6 опорной частоты, в блоке 2 граничных условий выбирается необходимое число каналов, в которых формнруются с различным фазовым сдвигом относительно опорного сигнала граничные условия (т.е., условия конкретной задачи) . После задания граничньм условий в определенные точки 1-С-сетки заканчивается первый этап решения. При этом, решение представляет собой совокупность.гармонических сигналов во всех узловых точках сеточного процессора. Начинается второй этап решения, заключающийся в измерении для каждой узловой точки амплитуды переменного напряжения и фазового сдвига относительно опорного сигнала, а также в регистрации полученного массива измеренной информации. Поскольку цифровые измерительные устройства обладают довольно высокой стоимостью, а время измерения серийно выпускаемых аналого-цифровых преобразователей значительно меньше, чем вре мя регистрации многих регистрирующих приборов (например, печатающее устройство, перфоратор и т .п ., приборы, имеющие электромеханические узлы), то в устройстве применен двухступенчатый принцип преобразования при двухтактном режиме аналого-цифрового преобразователя. Измеряемыепараметры (амплитудное значение и фазовый сдвиг) предварительно преобразуются с помощью аналоговых преобразователей (менее сложных по исполнению, позволяющих5 11138осуществлять Ьреобразование за одинпериод и значительно менее дорогостоящих) в постоянное напряжение,а затем с помощью типового аналогоцифрового преобразователя - в цифровой код. При каждом подключенииузловой точки через коммутатор 3,управляемый дешифратором 5, к входу повторителя 4 сначала происходит преобразование в цифровой код 10Фазового сдвига и запись его буферный регистр 12, а затек - преобразование амплитудного значенияи обращение к блоку 13 регистрации,который регистрирует одновременноинФормацию с выходов буферного регистра 12 и аналого-цифрового преобразователя 11. После регистрации результатов преобразования коммутатор3 подключает к входу повторителя 4 20другую узловую точку и т .д . Процессизмерения начинается с приходом сигнала "Пуск на вход устройства. Изэтого сигнала формирователь 15 образует импульс, осуществляющий сброс 25в исходное состояние счетчика 20адреса, триггера 18 режима и запуск аналого-цифрового преобразователя 11,В исходном состоянии триггер.18 ЗОрежима выдает разрешающий уровеньна управляющий вход первого управляемого ключа 9, на третий вход элемента 2 И-ИЛИ 19 и на второй входэлемента И 21. Таким образом, к вхо- З 5ду аналого-цифрового преобразователя 11 подключен выход блока 7.По окончании преобразований в аналого-цифровом преобразователе элемент задержки 14 Формирует импульс.,который, проходя через второй элемент И 21, разрешает запись результата преобразования в буферныйрегистр 12, а также, проходя через элемент 2 И-ИЛИ 19, первый элемент И 17 и элемент ИЛИ 16, переводит триггер 18 режима в новое состояние и осуществляет новый запусканалого-цифрового преобразователя11, При этом триггер 18 режима выдает разрешающий уровень на управляющий вход второго управляемого ключа 10, на четвертый вход элемента2 И-ИЛИ 19 и на второй вход третьегоэлемента И 22. Таким образом, к входу аналого-цифрового преобразователя 11 подключен выход блока 8. Поокончании преобразований в аналого 16 6цифровом преобразователе элемент 14 задержки формирует импульс, который, проходя через. третий элемент И 22, запускает блок 13 регистрации, а по окончании регистрации информации с выходов буферного регистра 12 и аналого-цифрового преобразователя 11 элемент задержки 23 Формирует импульс . Этот импульс переводит в следующее состояние счетчик 20 адреса, а также, проходя через эле-.мент 2 И-ИЛИ 19, первый элемент И 17 и элемент ИЛИ 16, возвращает триггер 18 режима в исходное состояние и вновь запускает аналого-цифровой преобразователь 11., Затем происходит преобразование параметров следующей узловой точки и т.д. до тех пор, пока не произойдет заполнение счетчика 20 адреса, при котором на его втором выходе формируется запрещающий сигнал, поступающий на первый вход первого элемента И 17. Цикл измерения прекращается, Для проведения очередной обработки результатов решения на вход устройства необходимо подать новый сигнал "Пуск".В качестве базового образца выбрана аналогичная математическая машина УСИ, которая используется на многих предприятиях для моделирования краевых задач, описываемых уравнениями разных типов. Она имеет в своем составе й -С-сеточную моделирующую область и позволяет исследовать как стационарные, так и нестационарные Физические поля.Однако указанная машина, как и другие аналоги, не позволяет моделировать задачи, описываемые уравнением Гельмгольца.При решении на предложенном устройстве краевых задач, описываемых уравнением Гельмгольца, может быть достигнут значительный экономический, эффект, размеры которого зависят от условий конкретной решаемой задачи и увеличиваются с усложнением задачиЭтот эффект возникает в первую очередь за счет экономии времени решения, При решении этой задачи с помощью средств цифровой вычислительной техники время решения примерно на порядок больше.одписное 3 ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 1/41 Тираж ИИПИ Государственно по делам изобретен 5, Москва, Ж, Р 698о комитета СССРй и открытийушская наб., д.