Устройство для задания граничных условий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЭО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 506874, кл. С 06 6 7/48, 1974.2, Авторское свидетельство СССР У 399873, кл. С 06 С 7/60, 1971 (прототип) .(54) (57) устРойство для ЗАДАНИЯ ГРАНИЧНЫХ УСЛ 0 ВИй, содержащее токозадающий резистор, первый дифференциальный усилитель, повторитель, вход которого является выходом устройства, и первый переменный резистор, подвижный контакт которого соединен с инвертирующим входом первого дифференциального усилителя, о т л и ч а ю щ е - е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй переменный резистор, второй дифференциаль ный усилитель, четыре масштабных резистора и источник эталонного напряия, выход которого подключен к пер.,80113748 4 (51) 6 06 6 7/48фтъз;,.ЕТЕНИЯ,У вому выводу второго переменного резистора, подвижный контакт которого соединен с неинвертирующим входом первого дифференциального усилителя, выход которого подключен к первому выводу первого масштабного резистора и к первому выводу токозадающего резистора, второй вывод которого через повторитель соединен с первыми вывода ми первого переменного резистора и второго масштабного резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу третьего масштабного резистора и к инвертирующему входу второго дифференциального усилителя, выход которого соединен с вторыми выводами пер- Я вого переменного резистора и третьего масштабного резистора, второй вывод первого масштабного резистора подключен к неинвертирующему входу второго дифференциального усилителя и к первому выводу четвертого масштабного резИстора, второй вывод ко- фф торого соединен с шиной нулевого по- ф тенциала, которая подключена к второ- О му выводу второго переменного резис- ю,) тора. Вь1 1137Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для задания граничных условий на электрических моделях при реше,нии краевых задач математической физики5Известно устройство для заданиятоков, содержащее К-С-сетку, диод,блок масштабирования и суммированиятоков, выполненный в виде магазинарезисторов, коммутатор и генераторы Я,Данное устройство характеризуетсясложностью конструкции и недостаточной точностью задания граничных условий5Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для задания граничных условий, содержащее токозадающий резистор, первый дифференциальный усилитель, повторитель, вход которогоявляется выходом устройства, и первыйпеременный резистор, подвижный контакт которого соединен с инвертирующим входом первого дифференциальногоусилителя, Кроме того, это устройство содержит два незаземленных источника питания 12).Недостатком известного устройстваявляется то что в случае задания30граничных условий 11 рода необходимос помощью элемента коммутации разрывать цепь обратной связи, в которуювключен повторитель, что снижает точность задания граничных условий.Цель изобретения - упрощение устройства и повышение точности.Поставленная цель достигается тем,что в устройство, содержащее токозадающий резистор, первый дифференциальный усилитель, повторитель, вход ко 40торого является выходом устройства,и первый переменный резистор, подвижный контакт которого соединен синвертирующим входом первого дифференциального усилителя, введены второйпеременный резистор, второй дифференциальный усилитель, четыре масштабныхрезистора и источник эталонного напряжения, выход которого подключен кпервому выводу второго переменногорезистора, подвижный контакт которого соединен с неинвертирующим входомпервого дифференциального усилителя,выход которого подключен к первомувыводу первого масштабного резистораи к первому выводу токозадающего резистора, второй вывод которого черезповторитель соединен с первыми выво 489 2дами первого переменного резистора и второго масштабного резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу третьего масштабного резистора и к инвертирующему входу второго дифференциального усилителя, выход которого соединен с вторыми выводами пер.вого переменного резистора и третьего масштабного резистора, второй вывод первого масштабного резистораподключен к неинвертирующему входувторого дифференциального усилителяи к первому выводу четвертого масштабного резистора, второй вывод кото.рого соединен с шиной нулевого потенциала, которая подключена к второмувыводу второго переменного резистора,На чертеже показано предлагаемоеустройство.Устройство содержит источник 1эталонного напряжения, переменныйрезистор 2, дифференциальные усилители 3 и 4, переменный резистор 5,повторитель 6, токозадающий резистор7, масштабные резисторы 8-11,Устройство работает следующим образом.На вход устройства подается эталонное напряжение О с вьжода источника 1, равное 100% граничных условий. На неинвертирующий вход дифференциального усилителя 3 с потенциометри"ческого вывода переменного резистора2 подается напряжение, пропорциональное величине задаваемых граничныхусловий. На выходе дифференциальногоусилителя 3 устанавливается напряжение такой величины, чтобы напряженияна дифференциальных входах усилителя были равны. Напряжение на инвертирующий вход дифференциального усилителя 3 подается с отвода средней точки) переменного резистора 5. Повторитель б выполняет роль развязывающегоэлемента, необходимого для того,чтобы ток с выхода устройства весьпоступал в узловую точку границы моделируемой области и не ответвлялсяв резисторы 5 и 8. Дифференциальныйусилитель 4 с включенными на его вхо.де резисторами 8-11, выполняющийроль раэностной схемы, на выходе вырабатывает напряжение пропорциональ.)ное величине выходного тока канала,Резистор 7 устанавливает зависимостьмежду управляющим напряжением и выходным током при задании граничныхусловий 11 рода, Инвертирующий вход3 11374усилителя 3 является входом отрицательной обратной связи. Очевидно,при соединении средней точки резистора 5 с выходом повторителя 6 образуется последовательная отрицательнаяобратная связь по напряжению и навыходе усилителя 3 устанавливаетсятакое напряжение,чтобы напряжениена выходе канала устройства было равно входному, а при соединении средней точки резистора 5 с выходом усилителя 4 образуется последовательнаяотрицательная обратная связь по току. При этом на выходе усилителя 3устанавливается напряжение такой величины, чтобы задаваемый каналом вузловую точку границы моделируемойобласти ток был пропорционален напряжению на неинвертирующем входеусилителя 3, т.е, пропорционаленвеличине задаваемых граничных условий11 рода. Промежуточные положениясредней точки переменного резистора2 позволяют устанавливать различнуюглубину или соотношения отрицательной обратной связи по току или напряжению, что соответствует заданию граничных условий Брода.Напишем выражение для напряженияна входе усилителя 3 исходя из усло 130вия, что коэффициент усиления Ко усилителя 3 достаточно велик (К -со ), авходные токи 1достаточно малы(1 -ф О) и при этом фазовые сдвигиВхусилителя в рабочей полосе частототсутствуют:ОВх з+ = "вх-,1где О- напряжение на выходе повВых 6торителя 6;О , - напряжение на выходе усилителя 4;К - коэффициент передачи делителя, образованного резистором 5 со стороны выхода повторителя 6.Перепишем выражение (1) в следующем виде, заменив ОВ. на ОВВ+ Овыхб К Овх + О х (1 К) - 0,(2)Найдем выражение для напряжения на выходе повторителя 6 на основе уравнений, записанных по закону Кирхгофа:550ВЫх б В 4- Юых 4 вХ 4"- О.9+ .ОВ1аьх 4 "Выхэ р +1 о 11вых 4 выйх ъаР рР Вых 6 рВ 8(3) Подставим выражение (3) для 0ВыхФв выражение (2); Р 1Выкб Эха вьйъ РР1 О И Р 9О - (1-К) = 0ВЫкб Рю8 но ОВьх е = Овых 6 Твых Р 7 где 1 В х - выходной ток канала,тогда Овыхб К - Овхю+ Овыхб89 1(хх + -- (-к) =о.Р 8 Р 1 Р При выполнении условия11 940 Ь имеем следующее выражение: Но так как напряжение на выходе повторителя 6 равно напряжению на выходе канала устройства, а напряжение на входе .усилителя Э равно напряжению, пропорциональному величине задаваемых граничных условий, то имеемВЬХ"ВХ 4 1 ВЬ 1 к РУ(1-К) - О. 14)(4) по 1 получимвы- Й (1Тогда выходное сопротивление каналаравно Изменяя коэффициент К от 0 до 1,можно получить как частные случаи источники задания граничных условий 1,11, 111 рода. Из выражений (4) и (5)видноэ что при КОрх 0 ц 1 фЙ = О. Это соответствует граничныхным условиям 1 рода. При К = 0 О =Р 1 1Й.= Оо . Это соответ 9 ЬХф ВЫХствует граничным условиям 11 рода.При 0 с К с 1 Йь изменяется от аодо О, получаем граничные условияП 1 рода,Величина резистора Й выбираетсяисходя из величин базовых токов и напряжений канала. Отметим, что предлагаемым универсальным каналом можно задавать не только граничные условия 1, 11 и 111 рода, но и мощности внутренних распределенных источников (задаются в виде токов), а также начальные условия,Реализация изобретения позволяетполучить значительный экономический5 эффект за счет снижения объема аппаратуры сеточной аналоговой вычислительной машины, которая включает всебя набор каналов для задания граничных условий 1 рода и набор каналовб для задания граничных условий 11 родаСокращение вдвое аппаратуры заданияграничных условий при применении универсального канала дает следующуюэкономию,15 За базовый об сект можно принятьканалы задания начальных и граничных условий (КНГУ) аналого-цифровоговычислительного комплекса "Сатурн",Стоимость одного канала аналого-циф 20 рового вычислительного комплекса"Сатурн" составляет в среднем200 руб ориентировочная стоимостьодного канала, реализованного в видедвух микросборок, составит 60 руб.2 При числе узловых точек сеточной модели 2048 ожидаемый экономический эффект составит3 = (200-160 ) х 2048,= 80 000 руб.на одну сеточную модель, а при серийном выпуске машин экономическийэффект может быть весьма существенным.Составитель Э. РыбинТехред Т.Фанта Коррект ктор М, Цитк ирохман Заказ 0526/ 710 Под дарственного ком П "Патент",илиад жгород Проектная, А Тираж ВНИИПИ Гос по делам 13035, Моск