Модель для исследования систем с распределенными параметрами

-т.1 и а и о тОП ИСАН ИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВе ОВСКОМУ СВИДВЯЛЬСУВУ И 1), 445048 Союз Советских Социалистицеских Республик(51) ЛА Кл.и ое ем заявки -с присоеди2) Приоритет сударственный наинтетсвета Мнннстрав СССРвв делан нзебретеннйн втнрытнйОпубликовано 30 09. 74 Бюллетень36 (45) Дата опубликования описаиия 15. 12. 2 Автор изобретен ВЛ.Прокофьеварьковский ордена Ленинанститут имени В.И,Ленина литехничес Заявител СЛ:ЩОВАНИЯ СИСТЕМ С РАСПР ПАРМ ЕТРИО54) МОДЕЛЬ ДЛЯ Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и предназначено для решения прямых и обратных задач теории поля с произвольными краевыми условиями, а также задач оптимального управления системами с распреде ленными параметрами. 11(1 следние задачи так же, как и задачи теории поля, описываются диФФеренциальны ми уравнениями в частных производных, однако являются более сложными й на обычных моделях решены быть не могут.Известны устройства, содержа щие модель-сетку, усилители постоянного тока, лйнейные и нелинейные резисторы, которые позволяют решать задачи теории поля в линейной и нелинейной постановке.Основными недостатками извест ных устройств являются необходимость ручного набора параметров модели, невозможность изменения их в процессе решения, сложность согласования работы модели с ЭЦВМ при создании гибрилных вычислителЙ 2ных систем (ЫВС); вследствие чего сужается область применения моделей-аналогов.Цель изобретения - построение модели-сетки с регулируемыми в Функции внешнего управляющего напряжения и самого решения параметрами, применение которой позволит расширить область применения моделей-аналогов при одновременном уменьшении трудоемкости подготовки задачи к решению и автоматизации процесса набора параметров модели при использовании ее в составе ГВС.Достигается это тем, что каждый узел модели-сетки, построенной на МОИ-транзисторах, содержит дополнительный МОП-транзистор и широтно-импульсный модулятор, вход которого соединен с выходом соответствующего усилителя постоянного тока, а выход подключен через диоды к шине нулевого потенциала и к затворам МОП-транзисторов, причем исток дополнительного ЫОП-транзистора соединен со входоц усилителя постоянного тока 1 с со.ороцутакже через нелинеИный р 8 зисторподключена узловая точка моделисОтки.Йа фиг.приведена Функцио=- НаЛЬНаЯ СХеца ПР 8 ДЛаГаЕМОф Моделина фиг. 2-электрическая схема Од=- ного узлового элемента модели=сетки и устройства управления ее парацет ами.сновной частью модели является модель-сетка 1, позволяющаямоделировать область решаемой задачи и предназначенная для интег зрирования дифференциальных уравнении в частных производных. Для автоцатического управления йарацетраци сетки 1 В функции внешнегосигнала управления или самого реше 20ния модель содержит устройство 2.Сетку также дополняют блоки 3-10.Блок 3 предназначен для зада=ния начальных условий, а блок Ф -задания в граничные точки сетки 1потенциалов и токов, соответствуюЩИХ ГраНИЧНЫМ УСЛОВЙЯМ. В СЛУЧаерешения прямых задач известные гра.ничнце условия форми 1 У 10 тся непосредственнО В блоке .е. с помощью из:З 0ничных условий. При решении обратных и с 1 пряженных задач а также здач управления граничне условияявляются ис 1 соццмЙ и формируются Впроцессе решения задачи с помощью зэлектронных блоков, находящихсяв аналоговом ВычислительнОМ устройстве 5. При этом электронные блокиВ ЗаВИСИМОСТИ От ПОСТЗНОЦКИ ЗНДаЧИсоединяются по схеме изВЕСТНыХ Устройств для решения Обратных и сап=ряженных задач а также зад,ч управления,В Оощец случае устройствО 5предназначено для Выполнения раз=-. 45операций Вычисления производныхХНРаЕСТЕРИСТИК ПОЛЯ таКИХ Ка 1 С ТЕРцическое удлинение тела. градиентыи скорости нарастания тецперату 1, 50взаимные перемещения отде 11 ьных деталей терцические напря 1 есен 11 я, эквипотенциальные линии поля и т.д. Сэтой целью оно содержит усилителипостоянного тока интеграторы, суц- яматоры, цножительно-делительныеустройства, элеценты сравнения ограничители нелинейные щжобразО патели, генераторц Функции.Сйнхронизируюшее устройство б,выполняя роль датчика Врецени;предназначено для синхрониэаийи работ 11 всех блоков и Устройств моде =ли 4Автоматический коцмутатор 7,автоматическое измерительное устройство 8 и цифра-печатающее устройство предназначены соответственно для сбора, изцерения и регистрации решения задачи. Для визуального наблюдения за процессом решения,а также ручного замера получаемыхрезультатов модель содержит индикатор 10 нестационарного режима.Основной особенностью моделисетки 1 является то, что в нейфункции узловых резйсторов выполниют МОП-транзисторы, работающие включевом режице и для этого управляецые по затвору широтно-импульсным модулированным сигналоц 0",вцрабатцваеццм устройствоц 2.Сетка состоит из трехкоординатных элементов, в каждый из которыхвходит по два МОП-транзистора П,истоки которых соединены междусобой, образуя узловую точку модели-сетки. Между узловой точкой инулевыц потенциалом включен узловой конденсатор 12,Управление параметрами Моделиосуществляется по завору выходнымсигналоц устрсйствз 2, каждый эле 111 ент которого сц, фиг, 2) предСТВВЛЯЕТ СОООЙ ПОСЛЕДОВатЕЛЬНО СОелиненнце Усилитель 13 постоянноготока и широтно-импульсный Модулятор 14, зацкнутые отрицательной обратной сязью", в цепи которой включей дополнительный ЯОЦ=транзистор15. Управление работой 12 П-транзисторов 11 и 15 осуществляется иодулятороц 1 ч, выходное напряжениекоторого представляет собой модулированный по ширин 8 ицпульснцйсигнал, ампгитуда которого изменяется От нуля до ь 1 аксиыально-допустицого для данного типа транзисторов напряжения затвор-исток, Олементы 13,1 е 1,15 схемы вместе совходным резйстооом 16 и усредняющимконденсатороц 11 представляют собойсхецу преобразования входного напряжейия О . , подаваемого на зажиц 1 В, В йроъодицость .1.р, перехода сток=исток Ь 1011-тра 11 з 1 стора 15.Действительно, в любой интервалВремени среднее значение тока протекающего через транзистор 15, равно входному току, протекающецу через резистор 16. При зтоц среднеезначение проводимости переходасток-исток транзистора 15 определяется Входным напряжениец О,.,подаваеьац на зажим ЗВ, и равногде Е - опорное напряжение, подаваемое на вхаднозажим 19 са знаком противополо.нщ напряжению г /р. фПоскольку УОП-транзисторы 11 управляются тем же импульсным нап-=яжением, чзо и 10 П-транзисторы ьо5, то среднее значение их проводимостей также равно у-,; . Естественно, что при этом велчины внутенних проводимостей транзисторов,1 и 15 в замкнутом состоянии должны быть равны. Последнее может быть достигнуто .ибо за счет тща: - тельного отбора транзисторов цо ключевым параметрам, лиоо за счет включения последовательна с н 1 м 1. и параллельно им дополнительных резисторов для выравнивания Внутренних щ)оводимастей транзисторов в разомкнутом и замкнутом состоянии./Ц процессе решения залаи потенциалы узловых точек модели- сетки и, следовательно, истоков МОП-трайзисторов 11 изменяются в широких пределах, однако работа= способность схемй сохраняется Во всех случаях, когда выполняетсяУсловие: О - О МОгде Ц - на 11 рякение, при катаромтранзистор входит в на-сыщение;О, , в , максимально допустимоенапряжение узловой тачки модели-сетки 1.узловой конденсатор 12 блока 1,моделируя инерционные сваиства исследуемого объекта, является одновременно так же,как и конденсатор 17, усредня 1 щим для импульсно=-управляемых проводимостей модели. Для улучшения сглаживания период следования управляющих им= пульсов О" должен бить много меньшим постоянной времени модели, что достигается соответствуюшимм выборам рабочей частоты модулятора И. о1 аним Оорь;зом устроиствапозволяет в широких пределах осуществлять пз 1 ав:ое изменение ве,Й чины узловых проводимостей мо;: -ли-сетки пу.ем изменения входя.напряжения, Одаваемога на заж 11Й. "то дает Возможность осуществлять наоор арзметрав ОделЙ 1 утем одач соответствующих напряжени 1 на входяе зажимы моделичтО мокнет оцть Осуществлена либовручную, 11;01 з -.Вто 1,",ати 1 ески,При решении нелинейных задачпараметры сетк 1. Должны в процессерешения изменяться ца заДаННццзаконам в фуцкц 1 и получаемого рещения, К модели зто достигаетсяза счет ьключения между узловойточкой Модели-сетк 1 1 и ВхОДОЯусилителя 13 нелпцеицага соцротивлеия 20 с т еб емой Вольт=амцерНОЙ Харантерцатиыой, ДИОДЬ 21 ИСпальз,1 тся Б МОдели для предотвращеня цроОоя 10 П-т 1)ацзистарсз зз случае 11 оявлеция Обрыьа В пепи урдв.леция,ПРИ 1 Е 1 1 МОБИЛЕЫ 1 Нмодель для исследоыция систем с ра" цределецц 11 М 11 параметрами, садс 1.:.ащая сетку на 1,"Л 1-трап:.исторах истоки которых соединены меж. Ду сооай и Одключены через соот- ветствующие конденсаторы к шипе ну.1;=ваго потенц 1 ала, диоды, 1:,езиоторц И УСИЛИТЕЛИ цаотаяцнаГо ТОКа, ВХОДЫ ОтарЫХ ПОДКЛЮЧЕНЫ К В.;Однм резисторам, усредняюшиы коцдец саторам и через нелинейцые ре;зсторы = к соответствующим узлом сетки, отличающаяся тем, что, с ЦЕЛЬЮ РаСШИРЕНИ 1 З Оалаотй ПРИМЦен . ана содержит в какдом узле сетки допалцительцый МИ 1 транзистор и ш 1: ратно-импульсный модулятор, вод которого соединен с выходом соот ветствующега усилителя постоянного то 1:,а, а выход присоединен чер диоды к шине и;,левого потенциала и затворам МОП-транзисторов, приве исток допинительного МО 1- трацэис тара соединен со входом усилителя постоянного тона..Ов 1 ав" Ль Ц РОКфяц " Л. ЗбарСКИй дкеДЯЙЧн раж ба 1 овннено и л111111 1, у.ас ненноо к,мнеа Сове а Минн,нн,.,Р но о.аи и.зоореГсни и Окр 1.Й Л 1 нкьа, 1.1 ЗЛ. Рауш.куя наб, 4