Устройство для моделирования трубопроводной сети

Союз СоветскнхСоцнапистнческнхРеспублнк ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 926664по делан изобретений и открытийОпубликовано 07.05.82, Бюллетень М 17 Дата опубликования описания 07,05,82,и Мь И, Стасюк13",Институт электродицамики АН Украинской ССФ и Опытнб-конструкторскоетехнологическое бюро Института металлофизик АН УкраинскойССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРУБОПРОВОДНОЙСЕТИ Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может бьць использовано автономно.Известно устройство, содержащее мостиковый выпрямитель, составной транзистор, навход которого через резисторы обратнойсвязи включен составной диод и переменныерезисторы для задания величины гидролзтнамического сопротивления 1,Однако известное устройство имеет низкуюто(аналоговую) точность моделирования и низкую скорость решения вследствие ручной установки величин гидродинамических сопротивлений.Наиболее близким к изобретению по техни.ческой сущности является устройство, содержащее наборное поле, модели ветвей, входыкоторых посредством коммутатора соединены с выходами блока вычисления уравновешивающих воздействий, блок памяти сопротивлений ветвей, вход которого подключен к выходу бЛока управления и управляющему входу коммутатора, а выход - к входу блокавычисления уравновешивающих воздействий,2аыходы моделей ветвей соединены с группойвходов наборного поля и через коммутаторс входами блока вычисления уравновешиваю.щих воздействий 2.Недостатком известного устройства является низкая точность, определяемая точностьюаналоговых вычислительных злементов,Цель изобретения - повышение точностиработы устройства,Поставленная цель достигается тем, что вустройство для моделирования трубопроводнойсети, содержащее блок управления, вход кото.рого является управляющим входом устройства, первый выход блока управления соеди.нен с управляющим входом коммутатора ис управляющим входом блока памяти,входкоторого является первым информационнымвходом устройства, выход блока памяти подключен к информационному входу блока вычисления, первый и второй выходы которогосоединены соответственно с первым н вторым информационными входами коммутатора,к третьему и четвертому информационным входам которого подключены два источника нэ) где Н , Н 3 92 бббпряжения, задания напора, а первый н второйуправляющие выходы коммутатора соединенысоответственно с первым и вторым управляющими входами блока вычисления, введенытри блока моделирования участка трубопроводной сети, причем первый и второй информационные входы первого, второго и третьегоблоков моделирования участка трубопроводной сети соединены соответственно с первыми вторым, третьим и четвертым, пятым и 1 Ошестым информационными выходами коммутатора, второй выход блока управления подключен к управляющим входам первого, второго и третьего блоков моделирования участка трубопроводной сети, входь 1 задания расхода которых являются соответственно вторым,третьим и четвертым информационными входами устройства, выходы первого, второго итретьего блока моделирования участка трубопроводной сети подключены соответственно кпятому, шестому и седьмому информацион.ным входам коммутатора и являются соответственно первым, вторым и третьим выходамиустройства.Кроме того, блок моделирования участкатрубопроводной сети содержит три регистра,сумматор и блок деления, причем первый ивторой информационные входы блока подключены соответственно к входам первогои второго регистров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, третий вход которого соединен с выходом третьего регистра, вход которого является входом задания расхода блока,выход сумматора подключен к первому входублока деления, второй вход которого соединен с управляющим входом блока, выход блока деления является выходом блока моделирования участка трубопроводной сети.Кроме того, блок управления содержит генератор тактовых импульсов, счетчик, дешифратор и элемент И, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к входусчетчика, выход которого соединен с первымвходом элемента И и с входом дешифратора, выход которого является первым выхо фдом блока, второй вход элемента И являетсявходом блока, выход элемента И являетсявторым выходом блока,На фиг. 1 представлена схема устройства;ина фиг. 2 - схема блока управления.Устройство содержит трй блока 1.1, 1.2 и1,3 моделирования участка трубопроводнойсети, коммутатор 2, блок 3 вычисления, блок4 памяти, блок 5 управления. Блоки 1.1,1.2 и 1.3 моделирования участков трубопро- ффводной сети содержат регистры б, 7 и 8, сумматор 9 и блок 10 деления. Блок 5 управления содержит генератор 11 тактовых импуль 4 4сов, счетчик 12, дешифратор 13 и элементИ 14,Предлагаемое устройство работает следующим образом,Трубопроводная сеть, содержащая Р ветвей и , узлов, описывается системой алгебраических уравнений, содержащей с - 1линейных уравнений вида:РсС 2 =ае поток в а ветви, подтекающейк узлу Е или вытекающей изнего;узловой расход (отбор) в узлеколичество ветвей, сходящихся вузле 1 нелинейных уравнений вида: где Н - падение давления на а - и участке(ветви) сети;8 - количество ветвей, образующихконтур;3 щ - гидродинамическое сопротивлениеветви;и - число, определяемое характеромдвижения потока.Исходными для моделирования данными являются напоры Н 1, создаваемые в определенных узлах сети, называемых задающими узлами, расходы (отборы) в узлах сети М и гидродинамические сопротивления ветвей д м (гп = 1, 2, , Р ). Каждую ветвь моделируют регистры 7 и 8 блоков 1,1, 1.2 и 1,3, каждый узел моделируют сумматор 9 и блбк 10 деления блоков 11, 1,2 и 1.3, все ветви моделируемой трубопроводной сети представляются в модели Т-образными квазирезисторами, каждый из которых представляет собой трехполюсник, состоящий из двух эталонных сопротивлений й, к которым подключены источники уравновешивающих воздействий 8; и , величины которых определяются в соответствии с зависимостями напряжения в узлах с номе- рамы ( (для удобства изло-.жения масштабные коэффициенты опущены);гидродинамическое сопротивление ветви, включенной между узлами с номерамии 1(фЮь -й С оздействия вычисляи (2), узловые на(6), (7) и (8).ор узла с номеромн по формуле Ур овешивающиеформулам ( по формулам щем случае ибыть вычисл ются пооры - В об може е Е 8- сумма уравновешивающихвоздействий, инцидентныхц,гЛузлу(запись 8, ознаЧ 50чает, что в сумме присутствует одно из двух уравновешивающих воздействийкаждой ветви, т.е, либо8," либо 8 );К - количество ветвеи, инцидент 55ных узлу с номером 1. им образом, из формулы (9) следует, дель узла трубопроводной сети может ХЗ-г,ь+х=8,зрые поступают на вов 10 деления, На 2) оды соответствующихб -м такте работы кобло Уравновешивание аналоговой модели заключается в последовательном определении для каждого квазирезистора по формулам (1)и (2) уравновешивающих воздействий 8" и 8,", и ввода их в модель автоматически г.Эили вручную. Итерационный процесс ввода уравновешивающих воздействий сходится, как правило, за несколько итераций. Узловые напряжения узлов при уравновешивании модели получаются практически мгновенно.Таким образом, в устройстве уравновешиваю.2алие воздействия 8 ф и 8 вычисляются алгоритмически, в соответствии с выражениями (1) и (2), а узловые напряжения неалгоритмически реализуются устройством. Напряжения узлов в то же время, в соответствии с методом узловых потенциалов, могут быть вычислены по формулам: ая В = 1, получаются уравнения926664 6 быть предствлена в виде сумматора и блокаделения,В блок 4 памяти по входу записываютсявеличины гидродинамических сопротивлений5 " ,г,г;Ъ; -Ъ,Ч, З,Ч,5 ветвей.В регистры 6 записываются величины узловых расходов 0, 05 и 0, Тактовыйимпульс поступает с выхода генератора 11тактовых импульсов на вход счетчика 12, на1 О выходе дешифратора. 13 в соответствии с двоичным кодом, поступающим. на его вход свыхода счетчика 12, появляется единичныйсигнал. Этот сигнал поступает на управляющийвход коммутатора 2 и на вход блока памя.ти 4, По этому сигналу двоичный код, соответствующий гидродинамическому сопротивлению 4 ,гпоступает с выхода блока памяти4 на вход блока 3 вычисления. Двоичныекоды напоров Н 1. и Н, подаются на входыкоммутатора 2. Электрические сигналы, соот.ветствующие напорам, поступают на входыблока 3 вычисления, на выходе которогообразуются величины В,г= Н 1 - Р,г и5, = Нг + Ч,г, Величина 5 ,2 с выхода2. 325 блока 3 вычисления через коммутатор 2 записывается в регистр 7 блока 11.На следующем такте работы устройствасигнал управления с выхода блока 5 управления, поступая на вход. блока памяти и науправляющий вход коммутатора 2, вызываетподключение выходов блоков 1.1 и 1.2,соответствующих моделируемым узлам, квходам блока 3 вычисления. По этому жесигналу управления на вход блока вычисления 3 поступает код гидродинамического сопротивления 4 1,ь ветви, На выходах блока3 формируются величины3 а, = На зУп(Иг-Мъ)н 1 йг- ь 1которые через коммутатор 2 записываютсяв регистры.7 и 8 соответствующего блока1,1, 1.2 или 1,3. Аналогично вычисляютсяауравновешивающие воздействия 8 э, 8и8, которые формируются на выходахблока 3 вычисления уравновешивающих воздействий и записываются через коммутатор2 в соответствующие регистры 7 и 8. Всумматорах 9 формируются926664 формационным входом устройства, выход блока памяти подключен к информационному входу блока вычисления, первый и второй выходы которого соединены соответственно спервым и вторым информационными входами коммутатора, к третьему и четвертомуинформационным входам которого подключены два источника напряжения, задания напора, а первый и второй управляющие выходыкоммутатора соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами блокавычисления, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности, в неговведены три блока моделирования участкатрубопроводной сети, причем первый и второй информационные входы первого, второгои третьего блоков моделирования участка трубопроводной сети соединены соответственнос первым и вторым, третьим и четвертым,пятым и шестым информационными выходами коммутатора, второй выход блока управления подключен к управляемым входам пер.вого, второго и третьего блоков моделирования участка трубопроводной сети, входызадания расхода которых являются соответственно вторым, третьим и четвертым информационными входами устройства, выходы первого, второго и третьего блока моделирова-.ния участка трубопроводной сети подключе-ны соответственно к пятому, шестому иседьмому информационным входам коммутатора н являются соответственно первым,вторым и третьим выходами устройства,2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что блок моделированияучастка трубопроводной сети содержит тритригтера, сумматор и блок деления, причемпервый и второй информационные входыблока подключены соответственно к входампервого и второго регистров, выходы которых соединены соответственно с первым ивторым входами сумматора, третий входкоторого соединен с выходом третьего регистра, вход которого является входом задания расхода блока, выход сумматора под.ключен к первому входу блока деления, второй вход которого соединен с управляющимвходом блока, выход блока деления являетея выходом блока моделирования участкатрубопроводной сети,3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что блок управления содержит генератор тактовых импульсов, счетчик, дешифратор и элемент И, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к входу счетчика, выход которого соединен с первым входом .элемента И и свходом дешифратора, выход которого является первым выходом блока, второй вход 20 гце М - требуемая точность решения; Н и Н - векторы узловых напоров наКФ(25и .К+ 1 итерациях.Введение в устройство новых блоков и организация новых связей между блоками устройства выгодно отличает предлагаемое устройство для моделирования трубопроводной сети от известных устройств аналогичного назначения, поскольку устройство позволяет моделировать режим работы разветвленной трубопроводной сети с высокой точностью, определяемой длиной разрядной сетки устройства. В то же время предлагаемое уст.35 ройство сохраняет важные достоинства известных устройств - возможность автоматизированного ввода в модель гидродинамических сопротивлений.При предложенной структурной организа. ции.устройства и вышеописанном распределении вычислительных функций одновременно с увеличением точности увеличивается надежность устройства вследствие того, что все блоки устройства могут быть выполнены на цифровой элементной базе, допускающей высокую степень интеграции и более простую настройку. 40 50 Формула изобретения 1. Устройство для моделирования трубо.проводной сети, содержащее блок управления, вход которого является управляющим вхо 55 дом устройства, первый выход блока управле.ния соединен с управляющим входом коммутатора и с управляющим входом блока памяти, вход которого является первым ин устройства (где 0 - число ветвей моделиру емой трубопроводной сети) код на выходе счетчика 12 ветвей совпадает с кодом, поданным на второй вход схемы И, на выходе которой появляется управляющий. сигнал, поступающий на управляющие входы блоков 10 деления, На выходах блоков 10 деления в соответствии с выражениями (6), (7) и (8)формируются напоры ННЗ, Н 4 узлов, ко торые поступают на входы коммутатора 2. 1 оДалее по вычисленным значениям узловых напоров Н, Нз, Нвычисляются по форму. лам (1) и (2) новые значения уравновешивающих воздействий для всех ветвей сети, по которым, в свою очередь, по формулам (6), 15 (7) и (8) вычисляются новые значения узловых напоров. Итерационный процесс заканчивается естественным образом, либо при достижении требуемой точности решенияэлемента И является входом блока, выходэлемента И является вторым выходом блока. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Н 341050,кл. 6 06 Е 15/36, 1972,2. Пухов Г. Е., Кулик М. Н. Гибридное моделирование в энергетике, "Наукова Дум 5 ка", К., 1977 (прототип).926664 Состав Тех ред ль В. РыбинА.Ач едактор И. Тыкей Корректо иценко аказ 2983/4 Тираж 732 НИИПИ Государственного ком по делам изобретений и отк 3035, Москва, Ж - 35, Раушск