Устройство для решения нелинейных задач теории поля

, 4 ИЕ ИЗ ТВУ 3666 70 1./24-24(22) 28 (46) 07 (72) В.Р и С.А.По (71) Оде ного Зна тут (53) 68 (56) 1. ция про с помощ гия", 1)В ТЛенисен удового Кра еский инсти ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕ 1.333 (088.8)Козлов Э.С. и др. Автоматизацессов решения краевых задачью сеточных АЦВИ. М., "Энер 974, с. 112.2.Авторское свидетельство СССРпо заявке У 338134 1/24,кл. С 06 С 7/48, 23. 12.82 (прототип),(54)(57)УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕ(ЦЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ЗАДАЧ ТЕОРИИ ПОЛЯ, содержащеегенератор тактовых импульсов, блоксравнения, кодоуправляемую К-сетку,центральный узел которой подключенк неинвертирующему входу блока сравнения, два элемента ИЛИ и два элемента И, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения быстродействия, в него введены ключ, реверсивный счетчик, циФроаналоговый преобразователь, блок Ьормирования нелинейности типа экспоненты и регистр,группа выходов которого подключенак управляющим входам кодоуправляемой К-сетки, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, а через первый и второй замыкающие контакты ключа - соответственно с суммирующим ивычитающим входами реверсивного счетчика, группа выходов которого подключена к группе входов второго элемента И и к группе входов цифроаналогового преобразователь, выход которого соединен с входом блока Аормирования нелинейности типа экспоненть;выход которого подключен к инвертирующему входу блока сравнения, выходкоторого соединен с первым входомпервого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу записи регистраи к второму входу первого элементаИ, выход которого соединен со счетным входом счетчика, группа выходовкоторого подключена к группе входоврегистра, вход сброса устройствасоединен с входом обнуления реверсивного счетчика и с первым входомвторого элемента ИЛИ, выход которогоподключен к входу обнуления счетчикавыход второго элемента И соединенс вторым входом второго элементаИЛИ, вход запуска устройства подключен к второму входу первого элемен 11 Ь 928210 15 20 25 30 40 50 Изобретение относится к аналого " вой вычислительной технике и лредназначено для решения нелинейных уравнений в частных производных,Известно устройство для решения нелинейных задач теории поля, содержащее К-сетку, токоэадающие резисторы, блоки задания начальных и граничных условий и блок управления 11,Недостатком этого устройства является низкая точность. Наиболее близким техническимрешением к изобретению являетсяустройство для моделирования объектов с рапределенными,параметрами,содержащее сеточную модель, к каждому узлу которой подкпючены цифроуправляемые резисторы, схему управ-ления параметрами сеточной модели,состояющую из генератора функционального напряжения, блока сравнения (компаратора), двух счетчиков,один из которых работает в фазоимпульсном режиме, элемента ИЛИ-НГ,КБ-триггера, элемента 2 И-ИЛИ, причем выход элемента 2 И-ИЛИ подключенк счетному входу первого счетчика,выходы которого соединены с входомсеточной модели, выход блока сравнения подключен к первым входамэлемента 2 И-ИЛИ и элемента ИЛИ-НЕ,выход которого соединен с первымвходом второго счетчика, второйтактовый вход устройства подключенк второму и третьему входам элемента 2 И-ИЛИ и к второму входу второгосчетчика, выход которого соединен сБ-входом КБ-триггера, К-вход которого подключен к первому тактовомувходу устройства, выход КЯ-триггерасоединен с четвертым входом элемента 2 И-ИЛИ, второй вход элементаИЛИ-НЕ и пятый вход элемента 2 И-ИЛИобъединены и являются входом устройства,Устройство позволяет автоматизировать процесс набора параметровмодели и осуществлять изменение ихпо требуемои однозначной нелинейнойзависимости дЖ ) непосредственнов процессе решения нелинейных задачодновременно во всей области моде лирования. Параллельный принципучета нелинейности, положенный воснову функционирования указанногоустройства, делает его более быстродействующим по сравнению с другими средствами вычислительной техники, применяемыми для решения нелинейных задач теории поля 2 .Известное устройство характеризуется ограниченными функциональными возможностями, выражающимися вневозможности задания развертывающего напряжения Ц (г.), определяющегохарактер моделируемой нелинейностид(Б, ), убывающей функцией.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей и повышение быстродействия при одновременном упрощении схемы.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство, содержащеегенератор тактовых импульсов, блоксравнения, кодоуправляемую К-сетку,центральный узел которой подключенк неинвертирующему входу блока сравнения, два элемента ИЛИ и два элемента И, введены ключ, реверсивныйсчетчик, цифроаналоговый преобразователь, блок формирования нелинейности типа экспоненты и регистр,группа выходов которого подключенак управляющим входам кодоуправляемой К-сетки, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, а через первый и второй замыкающие контактыключа - соответственно с суммирующими вычитающим входами реверсивногосчетчика, группа выходов которогоподключена к группе входов второгоэлемента И и к группе входов цифроаналогового преобразователя, выходкоторого соединен с входом блокаформирования нелинейности типа экспоненты, выход которого подключенк инвертирующему входу блока сравнения, выход которого соединен спервым входом первого элемента ИЛИ,выход которого подключен к входузаписи регистра и к второму входупервого элемента И, выход которогосоединен со счетным входом счетчика,группа выходов которого подключенак группе входов регистра, вход сброса устройства соединен с входом обнуления реверсивного счетчика и спервым входом второго элемента ИЛИ,выход которого подключен к входуобнуления счетчика, выход второгоэлемента И соединен вторым входомвторого элемента ИЛИ, вход запускаустройства подключен к второму входупервого элемента ИЛИ,На фиг. 1 представлена блок-схемаустройства; на фиг. 2-3 - временные30 диаграммы, поясняющие работу устрой- ства.Устройство содержит кодоуправляе.мую К-сетку 1, генератор 2 тактовых импульсов, элементы ИЛИ 3 и 4, блок 5 сравнения, ключ 6, элементы И 7 и 8, счетчик 9, регистр 10, реверсивный счетчик 11, цифроаналоговый преобразователь 12 и блок 13 Формирования нелинейности типа экспоненты.Устройство работает следующим .образом.3Рассмотрим работу устройства в случае задания моделируемой нелиней ности 8(00) возрастающей функцией. Перед началом работы устройства счетчики 9 и 11 сбрасываются в "нуль" импульсом, поступающим на вход сброса устройства, кроме того, 20 триггеры регистра 10 при этом также находятся в невозбужденном состоянии. После сброса счетчиков с поступлением тактовых импульсов от генератора 2 устройство начинает вырабатывать развертывающее напряжение И, причем для задания зависимости р(П ) возрастающей функцией ключ б должен быть замкнут на вход прямого счета счетчика 11, В подготовительном периоде осуществляется запись начального значения я узловой проводимосМти в регистр 1 О, Для этого на вход запуска устройства поступает прямоугольный импульс, передний Фронт которого совпадает по фазе с началом выработки развертывающего напряжения Б (М). Относительная длительность э 1 ого импульса равна= в " и пропорцинтональна начальному значению узловой 40 проводимости р , Этот импульс через элемент ИЛИ 3 поступает на один из входов элемента И 7. Одновременно на второй вход этого элемента поступают тактовые импульсы с частотой Г,. Та ким образом, за время действия импульса на входе запуска устройства счетчик 9 сосчитает число тактовых импульсов, пропорциональное начальному значению узловой проводимости 50 811, Код, соответствующий этому значению, запоминается на триггерах .:регйстра 10. По окончании действия импульса на входе, запуска устройства, разрешается перезапись значения уи цвФроулравляемые проводимости К-сетки 1 по заднему фронту импульса на выходе элемента ЙЛИ 3. После заполнения счетчика 11, т.е. в конце периода развертывающего напряжения, на выходе элемента И 8 возникает импульс, который через элемент ИЛИ 4 воздействует на вход сброса счетчика 9, обеспечивая его переход в исходное состояниеВ первый период после подготовительного решение задачи осуществляе 1- ся при заданных начальных узловыхпроводимостях я. Результат решения в этот период в виде потенциала узловой точки По на блоке 5 сравнивается.с развертывающим напряжением П, формируемым на выходе блока 13. В результате этого на выходе блока 5 появляется импульс, относительная длительность которого 1 определяется величиной потенциала 0 , а также Формой развертывающего напряжения П (й) и характеризует значение узловой проводимости я при котором решается задача в.следующий период.Порядок задания значения я узловых проводимостей следующий.Импульс, относительной длительностью 1 с выхода блока 5 через элемент ИЛИ 3 поступает на один из входов элемента И 7. Одновременно на второй вход этого элемента поступают тактовые импульсы с частотой Г, За время действия импульса на выходе блока 5 счетчик 9 сосчитает число тактовых импульсов, пропорциональное новому значению узловой проводимости я,. В момент окончания действия импульса на выходе элемента ИЛИ 3 новое значение узловой проводимости я переносится из регистра 1 О в кодоуправляемую К-сетку 1. В конце периода развертывающего напряжения счетчик 9 переходит в исходное состояние.Рассмотрим работу устройства в случае задания моделируемой нелинейности 8(Пр) убывающей Функцией (в этом случае ключ 6 замкнут на вход обратного счета счетчика 11). В подготовительный период происходит за" пись начального значения узловой проводимости р которая осуществляется аналогично рассмотренному слУчаю заданиЯ зависимости 8(Пр) возрастающей функцией,В следующий за подготовительнымпериодом работы происходит записьнового значения я, узловых проводи 1149282мостеи. Происходит это следующим образом. Импульс на выходе компаратора 5 появляется в момент равенства развертывающего напряжения Ц(1) и потенциала узловой точки У . Время действия этого импульса прекращает" ся в конце периода развертывающего напряжения, Число тактовых импульсов, подсчитанных счетчиком 9 до конца периода развертывающего напряжения, определяет новое значение узловых проводимостей я. Задним фронтом импульса на выходе элемента ИЛИ 3 это значение переносится из регистра 10 на кодоуправляемую К-сетку 1, Перевод счетчика 9 в исходное состояние происходиТ в начале следующего периода развертывающего напряжения,В последующие периоды укаэанныециклы работы повторяются, в результа те чего параметры сетки изменяются в каждом периоде развертывающего напряжения, т.е, в предлагаемом устройстве изменение параметров сеточного процессора происходит автоматически, непосредственно в процессе решения задачи параллельно по всей области моделирования. При этом в отличие от известных структур гибридных систем типа"К-сетка - ЦВМ" после каждого шага итерации У нет необходимости осуществлять последовательный опрос всех узловых точек, преобразовать информацию о потенциалах узлов в цифровой код и вводить ее в цифровую машину, произ-водить обратную передачу информациио новых значениях узловых проводимостей из ЦВМ в сеточный процессор с 5 целью их перезадания. Исключениеукаэанных операций вычислительногопроцесса значительно повышает быстродействие и информационную производительность предлагаемого устройства 1 О по сравнению с другими, применяемыми для решения задач теории поля.При сравнении предлагаемого устройства с известным следует отметить,что экономия не аппаратурных затрат 15 с учетом действующего прейскурантацен на интегральные микросхемы се".рии К 155 составляет О,б 5 руб. Дляустройства, содержащего 1000 узлов,экономия на аппаратурных затратах 26 составит не менее 650 руб, Если число узлов модели возрастает, то растет и экономическая эффективностьприменения предлагаемого устройства.Ф 25 Ввнду того, что генератор развертывающего напряжения специальной Формы используется один на всю одно" родную область моделирования, затраты на его реализацию для устройства, ЗО содержащего 1000 узлов, незначительны по сравнению с получаемой экономией.Таким образом, расширяются. функциональные возможности устройства при одновременном упрощении схемы,Корректор, С.Чер Филиал ППП фПатент", г.Ужгород, ул.Проектная,4 Заказ 1901/36 Тираж 710ВНИИПИ Государственнопо делам изобретений113035, Москва, Ж, Р Подписноо комитета СССРи открытийушская наб д.4/5