Устройство для решения обратных задач теории поля

30 Изобретение относится к аналоговой и гибридной вычислительной технике и может быть использовано длярешения обратных .задач теплопроводности, газовой динамики и других 5задач, описываемых уравнениями математической физики параболическоготипа.Изеестно устройство для. решенияобратных задач, содержащее функциональный преобразователь, усилительпостоянного тока, управляемый источник тока и КС-сетку Щ ,Однако это устройство являетсяпо своей структуре замкнутой системой управления и характеризуетсяналичием систематической динамической ошибки, что обусловливает значительную погрешность при решении обратных задач, 20Наиболее близким к изобретениюявляется устройство для решенияобратных задач, построенное по принципу самонастраивающейся системыуправления с эталонной моделью, содержащее сеточную модель, управляемые источники тока, блок памяти, выполненный на конденсаторах, коммутатор, делитель напряжения, блокР.сравнения, интегратор и источникэталонного напряжения 23,Недостатком такого устройства является низкая точность ре 1 шения, повышение которой связано с большими аппаратурными затратами, Действительно, в прототипе искомая функция воспроизводится в виде кусочно-постоянной функции, состоящей из конечногочисла участков аппроксимации, Приэтом в устройстве каждому участку 40аппроксимации должен соответствовать свой запоминающий конденсатор,Для повышения точности решения эасчет увеличения числа участков аппроксимации в прототипе необходимоприменение большого числа конденсаторов в блоке памяти, что влечетза собой увеличение числа аналоговых ключей в коммутаторе, схем управления этими ключами, а следовательно, к снижению надежности уст- .ройства и увеличению стоимости, Кроме того, увеличивается инструмен-тальная погрешность: параллельноевключение большого числа аналоговыхключей с конечным сопротивлениемв закрытом состоянии, увеличениевремени хранения и уменьшение времени записи информации для каждого конденсатора из блока памяти - все это приводит к искажению решения,Цель изобретения - повышение точности решения и упрощение устройства.Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее блок памяти, КС-сетку, преобразователь код - напряжение, выход которого подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с центральным узлом КС-сетки, введен блок задания участков аппроксимации, выполненный в виде генератора тактовых импульсов, счетчик, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь и преобразователь напряжения в число импульсов, содержащий нуль-орган, интегратор, блок сравнения, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, мультивибратор и демультиплексор, первый выход которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, группа выходов которого соединена с группой информационных входов блока памяти и с группой входов цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к граничному узлу КС-сетки, выход дифференциального усилителя соединен с первым входом блока сравнения и с входом нуль-органа, выход ко.орого подключен к информационному входу интегратора, к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ и куправляющему входу демультиплексора,выход интегратора соединен с вторымвходом блока сравнения, выход которого подключен к второму входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с входом мультивибратора., выход которого подключенк информационному входу демулъти"плексора, второй выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, группа установочныхвходов которого подключена к группевыходов блока памяти, выход генератора тактовых импульсов соединен свходом сброса интегратора, с входамизаписи-чтения блока памяти и со счетным входом счетчика, группа выходовкоторого подключена к группе адресных входов блока памяти и к группевходов преобразователя код - напряжение,1164748 10 15 25 20 30 35 40 50 На фиг. 1 представлена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - временныедиаграммы, поясняюшие работу устройства.Устройство содержит КС-сетку 1,преобразователь 2 код - напряжение,дифференциальный усилитель 3, преобразователь. 4 напряжение - числоимпульсов, реверсивный счетчик 5,блок 6 памяти, цифроаналоговый прЕрбразователь 7, блок задания участков аппроксимации, выполненный в виде генератора 8 тактовых импульсов,и счетчик 9, Преобразователь, 4 напряжение - число импульсов содержитнуль-орган 1 О, интегратор 11, блок12 сравнения, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ-НЕ 13, мультивибратор 14 и де-мультиплексор 15.Устройство работает следующимобразом,.В соответствии с выбранным блоком 6 памяти каждый период решенияразбивается на интервалы импульсами генератора 8. Число интервалов(участков аппроксимации) равно числу ячеек блока 6, длительность интервала - периоду генератора 8, Импульсы генератора 8, поступая навход счетчика 9, последовательноформируют на его выходах коды адресов ячеек памяти,при этом одновременно служат как командой разрешениясчитывания информации из блока 6 поэтому адресу, так и сигналом сброса ийтегратора 11, В интервалахмежду импульсами генератора 8, благодаря тому, что выход последнегоподключен к инверсному входу разрешения записи, блок 6 работает в режиме записи информации, поступающейна информационные входы, Информация с выходов блока 6 поступает на.установочные входы реверсивногосчетчика 5, выходы которого соединены с входами цифроаналоговогопреобразователя 7,Ток с выхода преобразователя поступает в граничную узловую точку сеточной модели 1. Напряжение внутренней точки сеточной модели сравнивается с напряжением преобразователя 2 при помощи дифференциального усилителя 3. Разность (напряжение ошибки) поступает на вход преобразователя 4 напряжение - число импульсов. Преобразователь работает следующим образом. Напряжение ошибки поступает на первый вход блока 12, на второй вход которого с выхода интегратора 11 подается пилообразное напряжение того же знакаПериод пилы равен периоду генератора 8. В этом случае, когда напряжение ошибки имеет положительный знак, на выходе блока 12. появляется импульс, длительность которого пропорциональна величине напряжения ошибки, если же его знак отрицателен, то величина напряжения ошибки будет пропорциональна длительности интервала между импульсами, Для того, чтобы импульс управления на входе мультивибратора былпропорционален абсолютному значению величины ошибки, необходимо при отрицательном знаке напряжения ошибки инвертировать импульсы с выхода бло-ка 12. Это достигается включением логического элемента ИСКЛЮЧАКЩЕЕ ИЛИ-НЕ 13, один вход которого соединен с выходом блока 12, а втордй с выходом нуль-органа 10. Импульсы, длительность которых пропорциональна абсолютной величине напряжения ошибки, с выхода логического элемента 13 поступают на вход мультивибратора 14, который с приходом каждого импульса запускается и начинает генерировать импульсы собственной частоты. Число импульсов мультивибратора 14 пропорционально длительности каждого импульса с выхода логического элемента 13, а следовательно, пропорционально величине напряжения ошибки. Импульсы мультивибратора 14 поступают на вход демультиплексора 15,откуда в зависимости от знака напряжения ошибки поступают либо на суммирующий, либо на вычитающий вход реверсивного счетчика 5, в котором уже находится информация о величине напряжения ошибки в соответствующий момент времени предЫдущего периода решения. С выхода реверсивного счетчика измененный (скорректированный) код поступает на информационные входы блока 6, на вход разрешения записи которого подается импульс записи с выхода генератора 8, 55 а на адресные входы - адрес соответствующей ячейки памяти. Таким образом, за один период решения в ячейках блока 6 накапливается информация, 1164748которая позволяет в следующем периоде решения уменьшить ошибку между фактическим изменением напряжения в контрольной точке сеточной модели и необходимым законом, задаваемым преобразователем, После некоторого числа циклов работы в ячейках блока 6 сформируется код, который обеспечит требуемый закон изменения искомого параметра. Если на выходе преобразователя 7 формируется ток, то таким образом можно определить граничные условия второго рода - граничный тепловой поток. Для определения граничных . условий первого рода на вьщоде преобразователя 7 должно формироваться соответствующее напряжение,Устройство может быть реализовано на современной микроэлектронной базе. Интегратор, дифференциальный усилитель, нуль-орган - на микросхемах(м/с) серии К 140, блок 12 - на м/сК 554 СА 2, блок 6, реверсивный счетчик,счетчик, генератор, мультивибратор,демультиплексор, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ-НЕ - на микросхемах серии К 155,цифроаналоговый преобразователь на,м/с К 252 ПА 1.10 Внедрение предлагаемого устройства обеспечит по сравнению с прототипом более высокую точность решения,а возможность длительного храненияинформации в ОЗУ позволит использо вать устройство для решения задачв режиме реального времени, сопрягая его непосредственно с исследуемым объектом, Кроме того, будучивыполнено на дискретных элементах 20 устройство более технологично в исполнении и просто в настройке.