Устройство для моделирования трубопроводных систем

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 100578 (21) 2612766/18 - 24 (5 ) М Кл2 с присоединениел заявки М С 06 С 7/50 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открыти йДата опубликования описания 230780(72) Авторы изобретения М.Н.Кулик, В.С.Мазурчук, В.Н.Белецкий и В.В.Дрянь Институт электродинамики АН Украинской ССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ Изобретение относится к гибриднойвычислительной технике и может бытьиспользовано автономно, а также всоставе вычислительного комплексадля быстрого расчета установившихся 5режимов гидравлических, газовых,вентиляционных и т,п.Известно устройство для моделирования участка сети трубопроводов,содержащее функциональный преобразователь, регулятор источников напряжения, делители напряжения и дополнительный источник напряжения (1,Наиболее близким техническим решением к изобретению является устрой ство для моделирования трубопроводных систем, содержащее наборное поле,модели трубопроводов, коммутатор,блок задания нелинейности, кодоуправляемый элемент, формирователь 20напряжения, буферный запоминающийблок и блок управления (2),Недостатком известных устройствявляется недостаточная точность.Цель изобретения - повышение 25точности.Укаэанная цель достигается тем,что в устройство для моделированиятрубопроводных систем, содержащеенаборное поле, модели трубопрово дов, каждая из которых состоит изблока памяти и масштабирующихрезисторов, одни выводы которых подключены к выходу соответствующегоблока памяти, входы блоков памятисоединены с первой группой выходовкоммутатора, вторая группа выходовкоторой подключена к входам вычислительного блока, блок заданиянелинейности, кодоуправляемый элемент, выход которого соединен содним входом формирователя напряжения, выходы которого подключенык первой группе входов коммутатора,вторая группа входов которого соединена с другими выводами масштабирующих резисторов и группой вЫходов наборного поля, блок управления,выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, буферный запоминающий блок, первый вход которогоподключен к выходу блока управления,первый выход буФерного запоминающегоблока соединен с управляющим входомкодоуправляемого элемента, другиевходы формирователя напряжения подключены ко второй группе выходовкоммутатора, введены блок масштабирования, вычислительный блок, сумматор, преобразователь код-аналог,(2) где где аюы-65 триггер и ключи, управляющие входыкоторых соединены с выходами триггера, вход которого подключен кпервому выходу блоКа масштабирования, второй выход которого соединенсо вторым входом буферного запоминающего блока, второй выход которогочерез преобразователь код-аналогподключен к первому входу сумматора,второй вход которого через блокзадания нелинейности соединен с выходом первого ключа, инФормационныевходы первого и второго ключей подключены к выходу вычитающего блока,выход второго ключа соединен стретьим входом сумматора, выход которого подключен к входу кодоуправляемого элемента, выход наборного полясоединенс первым входом блока масштабирования, второй вход которого псдключен к первому выходу вычислительного бЬока, вход которого соединен 20с третьим выходом блока масштабирования, первый выход которого подключен к сигнальному входу блокауправления, второй выход вычислительного блока является выходом 25ус тройс тв а, входом устройства является третий вход блока масштабирования,На чертеже представлена схемаустройства для моделированиятрубопроводнЫх систем,Устройство содержит наборноеполе 1,модели 2 трубопроводов, состоящие иэ масштабирующих резисторов 3и блоков 4 памяти, коммутатор 5, управляемый функциональный преобразователь б, состоящий из вычитающего блока 7, блока 8 задания нелинейности, кодоуправляемого элемента 9, формирователя 10 напряжения,сумматора 11, преобразователя 12 40код-аналог, ключей 13 и 14, триггера 15, кроме того устройство содержит блок 16 управления, буферныйзапоминающий блок 1 7, блок 18 масштабирования и вычислительный блок 19.Входом устройства является вход 20блока 18 масштабирования, а выходом - выход 21 вычислительного блока 19. Входы и выходы устройства. 22-ЗбПрЕдлагаемое устройство работаетследующим образом.Аналоговые модели 2, моделируютсистемууравнений, описывающих потокораспределение в трубопроводнойсети:55 7.(л, =О, , " падение давления на щучастке сети; - поток в и:-й ветви,подт щей к данному узлу или текающий иэ него; р - количество ветвей, сходящихся в узлеЯ - количество ветвей, образующих контур;д - гидродинамическое сопротивление ветви;п - число, определяемое харак"тером движения потока, Трубопроводная сеть, состоящаяиз у участков, 9-узлов и кнезависимых контуров, причем,как известно, к= кто+1 описывается системой уравнений(1), состоящей из к нелиней"ных уравнений вида 1 Н=ОП 1-.Н =э 0 ф и у - 1 линейных уравненийвида 0= О.п:1Система уравнений (1) решается вустройстве следующим образом,На первом шаге решения вычисляются нулевые (начальные) приближениярешения системы (1) Нои 0 путем решения системы уравнений (1)на моделях 2,Разлагая величины Н, и 0, в рядТейлора в окрестности точек Н,ои 0,О , и отбрасывая члены разложения выше первого порядка малости,преобразуем систему (1) к виду: ЬЕьн =0 ьн =А иэ ья -чт кп ак 1 пкРХ ь =-ь, 1 пк п 1 к к - номер итерации,к=1,2 Й;Л Н и 6 - поправки;ГП, щ,кчеки ь,к - невязки,причем1чк =Нп, к.;а,й,к.;Р Решение системы уравнений (1) ищется в видеН = Н., +ЬНк(3)0 тп,к = 0 п,-1+ 0 п,кУстройство работает таким образом, что после получения нулевого приближения решения системы уравнений (1), происходит перестройка структуры управляемого функционального преобразователя б и на моделях 2 решается система уравнений (2). Структура моделей 2 не изменяется на протяжении всего времени реше" ния задачи. После того, как на наборном поле 1 сформирована схема аналоговой модели трубопроводной сети, производится пуск модели, при этом триггер 15 по сигналу 22 блока 18 устанавливается в единичное состояние, на его прямом выходе появляется высокий потенциал, ключ 13 замкнут, ключ 14 разомкнут, Выход вычитающего блока 7 через ключ 13 подключен коНа первой итерации блок управления по сигналу с выхода 22 блока масштабирования 18 вырабатывает импульсы считывания, поступающие на вход 25 буферного запоминающего блока 17 и на вход 26 коммутатора 5. коммутатор 5 при поступлении на его вход 26 1-го импульса считывания подключает к входам управляемого Функционального преобразователя 1-ю модель трубопровода 2. На втором выходебуФерного запоминающего блока 17появляется код числа Ч =("(,1на первом выходе - код числаР =о, п 1" Проводимостьг о г,окодоуправляемого элемента 9 становится равной 1/Р;, на выходе преобразователя код-аналог 1 3 устанавливается напряжение 7,=И, 1На в ыходах 2 7 и 28 упра вл яемо гофункционального преобразователя 6 формируются напряженияфгз д)р (до -до ф 7 )й (10)1,где Ь 0 и у -напряжения на выходах 33 и 34 1-ймодели трубопровода, ЗОВ - сопротивление 3 вмодели трубопровода2.Напряжения Ф и Фб через коммутатор 5 поступают на входы 29 и 30 35 1-й модели трубопровода, Управляемый Функциональный преобразователь 6 поочердноподключается ко всем моделям трубопроводов и производит их уравновешивание. Коды невязок 40 Ь=,1 И, поступают с выхода буферйого запоминакщего блока 17 на вход преобразователя код-аналог 12 и с выхода 28 Формирователя напряжения 10 невязки Ь, вводятся в ,ц узлы моделей трубойроводнсгй сети 2, Решение аистемы уравнений (9) Ьгппоступает на вход блока масштабирования 18. Блок 18 масштабирования производит демасштабирование решенияд Н =гп Ь(3 4 " (11)гп 1 и О гп оРешение Ь Нпоступает с выхода блока масштабйрования на вход блока 19, где вычисляется нсвое приближение,Н= Н +дн , (12) которое записываетсяв память блока 1 У "ПопРавки а,1 гп вычислЯютсЯ по формулед ")эь М)ь 5 д ь ь Оуд(13) где д П иьц - напряжения на выходах Клоков йамяти 4 щ-й моделитрубопровода. Блок 18 масштабиро ванкя производит демасштабкрованиерешения(14) решение 0 г поступает в блок 19; где вычисляется новое приближениегп, = (гп,о + Яп 1,1(15) которое записывается в память вычислительного 19 блока.Дальнейшие вычисления производятся по схеме первой итерации. На К-й итерации блок масштабирования 18 заносит в память буферного запоминающего блока 17 по входу 24 величины(18) Поправки Ь, д к Ь 1 гп , получе н ные путем решенкя системы (9) вводятся в блок 18 масштабирования, который кх демасштабирует.дН=И," и, аОзатем поПравки Ьнгп к Ь Огппоступают в блок 19, где вычисляется к-е приближение решенияН =Н г дг-)гп, гп,к-гп,(17) дНп 4 " (21) где р - допустимая погрешность решения,Введение в устройство новыхэлементов - блока масштабирования,вычислительного блока, сумматора,преобразователя код-айалог, ключейи триггера, и организация новыхсвязей между элементами устройствавыгодно отличает предлагаемоеустройство для моделирования трубопроводных систем от известного,поскольку устройство позволяет раскоторое записывается в память вычислительного 19 блока. Системауравнений (9) при нулевых значенияхневязок п, к римеет нулевоерешение. С увеличением числа итераций к масштабы М возрастают, а поправки Ь Нгпк Ц г уменьшаются поабсолютной величине. Вычисленияпрекращаются естественным образом,когда невязки г и рпревращаются в машинные нули вычислительного 19 блока, при этом поправкиЬНгп,к иЬ 0 п 1,к также будут равны нулю. Вычисления могут быть прекращенытакже несколько ранее, а именно,при выполнении .условиясчитывать потокораспределение в трубопроводных сетях с цифровой точностью, определяемой длиной разрядной сетки блока вычисления невязок,Формула изобретенияУстройство для моделирования трубопроводных систем, содержащее наборное поле, модели трубопроводов, каждая из которых состоит из блока памяти и масштабирующих резисторов, одни выводы которых подключены к выходу соответствующего блока памяти, входы блоков памяти соединены с. первой группой выходов коммутатора, вторая группа выходов которой подключена к входам вычитающего блока, блок задания нелинейности, кодо- управляемый элемент, выход которого соединен с одним входом формирователя напряжения, выходы которого подключены к первой группе входов коммутатора, вторая группа входов которого соединена с другими выводами масштабирующих резисторов и группой выходов наборного поля, блок управления, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, буферный запоминающий блок, первый вход которого подключен к выходу блока управления, первый выход буферного запоминающего блока соединен с управляющим входом кодоуправляемого элемента, другие входы формирователя напряжения подключены ко второй группе выходов коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в устройство введены блок масштабирования,вычислительный блок, сумматор, преоб. разователь код-аналог триггер иключи, упраВляющие входы которыхсоединены соответственно с выхода 5ми триггера вход которого подклю(чен к первому выходу блока масштабирования, второй выход которогосоединен со вторым входом буферногозапоминающего блока, второй выходкоторого через преобразователькод-аналог подключен к первомувходу сумматора, второй вход которого через блок задания нелинейностисоединен с выходом первого ключа,информационные входы первого и15 второго ключей подключены к выходувычитающего блока, выход второгоключа соединен с третьим входомсумматора, выход которого подключенк входу кодоуправляемаго элемента,;Я выход наборного поля соединен спервым входом блока масштабировани:;,.второй вход которого подключен кпервому выходу вычислительного блока, вход которого соединен с третьимвыходом блока масштабирования,.первый выход которого подключен ксигнальному входу блока управления,второй выход вычислительного блокаявляется выходом устройства, входомустройства является третий входЗО блока масштабирования.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 583458, кл. С 06 6 7/50, 1976.З 5 2, Пухов Г.Е Кулик И,Н, Гибридное моделирование в энергетике.К., Наукова думка, 1977, с. 50.Зак 4/5 Филиал ППП Патент л. Проектная, 4 жгор 4470/20 ЦНИИП по. 113035, Тираж Государс тв е лам изобрет осква, Ж751 Подписноеного комитета СССРний и открытийРаушская наб д