Устройство для решения дифференциальных уравнений

(р 4 С 06 С 7/Э ГОСУДАРСТВЕННЫПО ДЕЛАМ ИЗОБ НОМИТЕТ ССС ЕНИЙ И ОТНРЫ сфГ; ь.Яффй". ,р,ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН области енно лительдля иссле- ких ным выч дложено динамич К АВТОРСКОМУ Сви(71) Институт проблем моделированв энергетике АН УССР(56) Авторское свидетельство СССРВ 512723, кл. С 06 С 7/38, 1976.Авторское свидетельство СССРУ 1171815, кл. С Об С 7/38, 1985.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ(57). Изобретение относится квычислительной техники, а иманалоговым и гибрид исвым системам, и предования нелинейных ес объектов с использованием аппаратадифференциальных преобразований.Цель изобретения - повышение точйости решения. Поставленная цель достигается введением в устройство второй группы ключей, группы аналого-,цифровых преобразователей, группыцифроаналоговых преобразователей,адресного счетчика, блока цифровой.Памяти, генератора тактовых импульсов, счетного триггера, генераторалинейно изменяемого напряжения иумножителя, Устройство позволяет вопроизводить реальный сигнал на достточно большом диапазоне измененияаргумента, ограничиваясь порядкомаппроксимирующего полинома, равнымдвум. 2 ил.Изобретение относится к области вычислительной техники, а именно к аналоговым и гибридным вычислительным устройствам, предназначенным для исследования нелинейных динамических объектов с использованием аппарата дифференциальных преобразований,и может быть использовано также для запоминания функций, заданных реальными О . Физическими сигналами, преобразова-ния масштаба аргумента, введения регулируемого запаздывания, для сжатия информации в информационно-измерительных системах. 5Целью из обр ет ения я вля ет ся повышение точности решения.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - пример определения локальных аппроксимирую , щих дифференциальных спектров дляфункцииЦ 2 1=х(С) =1-6 соя - -Е2.25,и временные диаграммы сигналов.Устройство (фиг. 1) состоит из следующих блоков: первый и второй ум,ножители первой группы 1, 2, первый и второй умножители второй группы 3, 4, блок 5 формирования линейного ,преобразователя, сумматор 6, генератор 7 тактовых импульсов, счетный триггер 8, формирователь 9 линейно изменяемого напряжения, умножитель 35 10, адресный счетчик 11, блок 12 цифровой памяти, интеграторы 13 - 15 первой группы, интеграторы 16 - 18 второй группы, ключи первой группы 19 - 21, ключи второй группы 22 - 24, 40 группа аналого-цифровых преобразователей 25 - 27, группа цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) 28 - 30, кодовые выходы 31 устройства, вход 32 устройства, выход 33 сумматора, 45 управляющие входы 34, 35 ключей.Устройство работает следующим образом,Выполняя свои функции, устройство может находиться в одном из трех режимов.Режим определения локальных аппроксимирующих дифференциальных спектров сигнала, действующего на входе устройства, Этот же режим исполь зуется для записи аналогового сигнала как функции времени.Режим хранения массива локальных аппроксимирующих дифференицальных спектров. В этом же режиме осуществляется экономное хранение анализируемого сигнала в спектральном виде.Режим восстановления сигнала. Этот же режим является режимом воспроизведения записанной функции, при котором возможно изменение масштаба аргумента и введение запаздывания.В первом режиме устройство позво- ляет определить ансамбль локальных аппроксимирующих дифференциальных спектров анализируемого сигнала, действующего на входе 32 устройства. Максимально допустимый диапазон изменения аргумента анализируемого сигнала определяется частотой генератора тактовых импульсов 7,максимальной емкостью адресного счетчика 1. Этот максимальный диапазон может быть разбит на ряд одинаковых временных интервалов, равных периоду импульсов генератора 7. Внутри каждого интервала может быть введен локальный временной аргумент т ,который изменяется таким образом в пределах 0 сТ,А. С приходом первого импульса генератора тактовых импульсов 7 счетный триггер 8 и адресный счетчик 1 устанавливаются в положение "1". Единичный сигнал счетного триггера 8, поступая на управляющие входы 34 и 35 ключей обеих групп, подключает входы интеграторов 13 - 15 к соответ ствующим выходам блока формирования линейного преобразования 5. Этим же сигналом выходы интеграторов 16 - 18 подключаются к соответствующим . входам аналого-цифровых преобразователей 25-27, Входы интеграторов 16-18 и выходы интеграторов 13-15, соединенные с нормально замкнутыми полюсами соответствующих ключей, 19-24 обеих групп, отключены. Первый интервал работы устройства и части функционирования аналого-цифровых преобразователей является неинформативным, так как сигналы на выходах интеграторов 16-18 не имеют отношения к анализируемому сигналу, Развертка локального аргумента осуществляется формирователем линейно изменяемого напряжения 9, Сигнал, пропорциональный Г, с выхода формирователя 9 и сигнал, пропорциональг 2ный, с .выхода умножителя 10 поступают на вторые входы умножителей 1-4. Поскольку блок цифровой памяти12 находится в режиме записи информа - ции, на кодовых выходах 31 устройства сигналы отсутствуют,что позволяет не рассматривать часть устройства, включающую умножители 3-4, сумматор 6 и ЦАП 28-30.Анализируемый сигнал непосредственно и умноженный на Г и при прохождении через умножители 1 10 и 2 поступает на входы блока формирования линейного преобразования 5 выходные сигналы которого интегрируются в течение времени Тц и обра" ,зуют составляющие локального аппрок симирующего дифференциального спектра впервом интервале работы устройства.Второй интервал начинается с приходом очередного импульса генерато ра тактовых импульсов 7, Этот импульс устанавливает счетный триггер 8 в состояние,"0" и адресный счетчик 11 в состояние "2". Выходной сигнал счет. ного триггера 8, поступая на управ ляющие входы 34, 35 ключей обеих групп, производит перекоммутацию интеграторов 13-18 так, что входы интеграторов 16-18 подключаются к выходам блока формирования линейного 30 преобразования 5, а выходы интеграторов 13-15 подключаются к соответствующим входам аналого-цифровых преобразователей 25-27. Кодовый сигнал на выходе .адресного счетчика 11, поступая на адресные входы блока 12 цифровой памяти, обеспечивает выборку необходимых ячеек памяти и подключение их в режиме записи к кодовым выходам аналого-цифровых преобра зователей 25-27.Таким образом, на втором интервале в течение времени Тц между двумя импульсами генератора тактовых им=- пульсов 7 осуществляется два процес са: нахождение локального аппроксимирующего дифференциального спектра сигнала на втором интервале; преобразование в цифровую Форму и запись в блок цифровой памяти 12 локального 50 аппроксимирующего дифференциального: спектра сигнала, определенного на первом интервале.Для этого выходные сигналы форми"; рователя линейно изменяемого напряже" .ния 9 и умножителя 10, осуществляющие обратную развертку локального аргумента Тц-и (Т-о) , поступая на входы умножителей 1, 2, обеспечивают вместе с блоком Формирования линейного преобразования 5 и интеграторами 16-18 нахождение локального аппроксимируюшего дифференциального спектра на втором интервале.После окончания процесса преобразования локального аппроксимирующего дифференциального спектра в цифровую форму и записи его в блок 12 цифровой памяти должно быть обеспечено приведение интеграторов 13-15 в исходное состояние. Аналогично предполагалось, что к моменту начала второго интервала интеграторы 16-18 находились в исходном состоянии. Цепи, обеспечивающие разряд начкопительных конденсаторов интеграторов 13- 18, на фиг. 1 не показаны.Последующие интервалы работы устройства протекают аналогично.Во втором режиме блок цифровой памяти 12 находится в неактивном состоянии, кодовые выходы 31 устройства обесточены. Это позволяет неопределенно долго хранить ансамбль лока- льного аппроксимирующего дифференциального спектра сигнала в блоке цифровой памяти 12. Специальными управляющими сигналами можно обеспечить неактивное состояние блоков 7-10, 13-30.В третьем режиме активными являются блоки 3,4,6-12, 28-30Адресный счетчик 11 долженбыть установлен с состояние 1 С приходом первого импульса г енер ато" р а тактовых импульсов 7 адресный счетчик 1 1 устанавливается в положение " 2 " и подает на адресные входы блока цифровой памяти 1 2 сигналы выборки составляющих локального аппр оксимир ующего диффер енциально го спектра , которые в цифровом виде по ст упают, на кодовые выходы 3 1 устройства и на соответствующие кодовые входы ЦАП 2 8-3 0Составляющие этого спектра с выходов ЦАП 28-30 поступают на входы сумматора 6 непосредственно и с умножением на выходные сигналы формирователя линейно изменяемого напряжения 9 и умно- жителя 10, что позволяет на выходе ЗЗ сумматора 6 восстановить форму сигнала на первом интервале.Процесс восстановления сигнала на остальных интервалах протекает аналогично.Изменением масштаба локального аргумента и периода Тц генератора5 1403079 тактовых импульсов 7 можно обеспечить масштабное преобразование независимой переменной.Предварительной установкой адрес 5 ного счетчика 11 может быть выпол нена селекция отдельных участков анализируемого сигнала.В примере устройства (Фиг. 2) указанные режимы реализуются аналогично еНа фиг. 2 приведен пример работы устройства для случая воздействия ходе 32 устройства. В этом примереоличество интервалов И=10. Наг, 2 вместе с графиком входногоигнала показаны получаемые локалье аппроксимирующие дифференциалье спектры, Временные диаграммы,иведенные на фиг. 2, отражаютигналы на выходах генератора таковых импульсов 7, сигнал типаеандра на выходе счетного триггеравыходной сигнал формирователя лиейно-изменяемого напряжения 9 и выходной сигнал умножителя 10, соответствукиций возведенному в квадрат сигналу 9.Ансамбль локальных аппроксимирую- щих дифференицальных спектров, приведенный в нижней части-фиг. 2, смефен на величину диапазона изменения локального аргумента Тр 1 и отражает факт запаздывания, с которым образуются составляющие указанного Спектра.формула иэобр ет ения.Устройство для решения дифференЦиальных уравнений, содержащее первый и второй умножители первой группы первый и второй умножители второй группы, сумматор, блок формирования, выполненный в виде матрицы пкп масштабных резисторов линейного преобразования, две группы из трех интеграгоров в каждой и первую группу иэ грех ключей, первый и второй входы блока формирования линейного преобра-эования соединеным с выхрдами соответстВенно первого и второго умножителейпервой группыпервые входы которыхобъединены между собой и являются Входом устройства, вторые входы пер,вого и второго умножителей первой группы подключены к первым входам Соответственно первого и второго умно 25 30 40Ф 45 ния линейного преобразования подключены к переключающим контактам соответствукщих ключей первой группы,.первые замыкающие контакты которыхчерез соответствующие интеграторы 50 первой группы соединены с первымизамыкающими контактами соответствующих ключей второй группы, вторыезамыкающие контакты которых черезсоответствующие интеграторы второй 1 Ф - Д"сигнала х(1:) -1-е сов - -с на2 жителей второй группы, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам сумматора,выход которого является выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности решения, в устройство введены; втораягруппа иэ трех ключей, группа из треханалого-цифровых преобразователей,группа из трех цифроаналоговых преобразователей, адресный счетчик, блок цифровой памяти, генератор тактовых импульсов, счетный триггер, ге- . нератор линейно изменяемого напряжения и умножитель, первый и второйвходы которого объединены между собой и подключены к первому входу первого умножителя второй группы и выходу генератора линейно изменяемого напряжения, вход которого соединен суправляющими входами ключей первой ивторой групп, синхронизирующим входом блока цифровой памяти и выходом счетного триггера, вход которогоподключен к выходу генератора такто-,вых импульсов и счетному входу адресного счетчика, выходы которого соединены с адресным входом блока цифровой памяти, входы данных которогоподключены к выходам аналого-цифровых преобразователей группы, информационные входы которых соединены с переключающими контактами соответствующих ключей второй группы, выходы блока цифровой памяти являются кодовыми выходами устройства и подключены к информационным входам первого, второго и третьего цифроаналоговых преобразователей группы, выходы которых соединены соответственно с тре.-, тьим входом сумматора, вторыми входами первого и второго умножителей второй группы, выходы блока формирова. группы подключены к вторым замыкающим контактам соответствующих ключей первой группы, третий вход блока формирования линейного преобразования соединен с входом устройства.1403079 оставитель В. Лихацкийехред М.Дидык Корректор Л. Пилипенко Уедактор О. Спесивых Тираж 70 Заказ 2862 В 303 лнграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. П н рои вен И Государст делам изоб Москва, ЖПодписиенного комитета СССРетений и открытийРаушская наб., д. 4