Устройство для автоматической смены масштабов в аналоговой вычислительной машине

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1),Й 06 С 7/12 ТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ И ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. Справочник по вычислительной технике под ред. Г.Хаски и Г.Кориа,т. 1,М.-Л.,"Энергия",1964.2Коган Б.Я. Электронные модели;. рующие устройства и их применение для исследования систем автоматического регулирования.М., Физматгиз, 1963.3, Ааторсыое свидетельство СССР .9,815729, кл. ч. Об ц. 7/12, 1978(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИ,ЧЕСКОЙ СМЕНЫ МАСШТАБОВ В АНАЛОГОВОЙ ВЬЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАЦ 1 ИНЕ, содержащее операционный усилитель, к выходу которого подключен блок фиксации границ поддиапазона, последовательно соединенные блок сопряжения и реверсивный счетчик, цнфроуправляемое сопротивление, включенное между входом устройства и входом операционного усилителя, запоминающий блок, подключенный к управляющему входу цифроуправляемого сопротивления, и интегрирукщий конденсатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыаения точности и быстродействия устройства, в него введены суммирующий усилитель, переключатель, блок формирования границы поддиапазона, блок задания кода и ключи, включенные в плечи моста, причем одна диагональ моста включена между входом и выходом операционного усилителя, в другую диагональ моста включен интегрирующий конденсатор, управлякщие входы ключей противоположных плеч моста попарно подключены к соответствукщим импульсным выходам блока фиксации границ подциапазона, потенциальный выход которого соединен со входом блока сопряжения, выход реверсивного счетчика подключен :к адресному входу запоминакщего блока и управлякщему входу переключателя, сигнальные входы которого являются входами опорного напряжения устройства, входы суммирующего усилителя соединены с выходами операционного усилителя и блока формирования границы поддиапазона, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам блока сопряжения, переключателя и блока задания кода.2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я .тем, что блок формирования границы поддиапазона содержит элемент ИЛИ, группу элементов И и декодирующую резистивную матрицу типа К, причем .группа входов элемента ИЛИ является первым входом блока, выход элемента ИЛИ подключен к первым входам элементов И группы, вторые входы которых являются третьим входом блока, выходы элементов И подключе ны к управлякщим входам декодирующей резистивной матрицы типа Ц"2 Ц, сигнальный вход которой является вторым входом блока.3. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок фиксации гранид поддиапазона содержит два компаратора, два разделительных диода,и триггер, выходы которого являются импульсными выходами блока, первые входы компараторов объединены и являются входом блока, в горне входы компараторов подключены к . шинам задания величины границы поддиапаэона, выходы компараторов являются потенциальными. выходами блоя ка и через соответствующие разде-. лительные диоды соединены.со счет.ным входом триггераИзобретение относится к вычислительной технике.Известны устройства для автоматической смены масштабов (УАСИ, содержащее электромеханические блоки, осуществлякщие плавное изменение масштаба по машинной переменной Я .Недостатком этих устройств является низкая полоса пропускания инеобходимость высокоточной организации работы всех устройств, осуществляющих изменение масштабов, впротивном случае в решение вносятся существенные ошибки, значительноискажакщие Физику моделируемого процесса.Известно также устройство, осуществлякщее подключение дублирукщихвычислительных блоков (ВБ)в моментсмены масштабов, причем подключаечые ВБ заранее подготовлены к ра 20боте в системе новых масштабов,т.е. на интеграторах заранее сформированы напряжения начальных условийпо масштабируемым переменным в новоммасзатабе Я .Недостаток этого устройства -ограничение воэможностей АВМ иэ-эа.использования ВБ для смены масштабов, которые лишь частично исполь.зуются в процессе решения.30Наиболее близким к предлагаемому является уст 3 ойство для,автоматической смены мааитабов в аналоговыхвычислительных машинах, содержащееблок Фиксации границ поддиапазона, З 5подсоединенный к выходу интегратора, блок управления заданием начальных условий, реверсивный распределитель импульсов, соединенный с.блоком переключения режимов, заломинакщие блоки с блоками управления, соединенные соответственно сцифроуправляемыми сопротивлениями,.одно из которых включено на входе.интегратора, и блок сопряжения с 45другими устройствами автоматическойсмены масштабов нри их Функциональной связи, выход которого соединен с реверсивным распределителемимпульсов 31 . 50Однако. данное устройство характеризуется достаточно большим временным интервалом, что при моделиро"ваиаи высокочастотных процессов, протекакщих в динамических системах,внеоит существенную погрешность в. решвние. Недостатком этого устройства является также неточность выставка напряжения начального условия,связанная с аппаратуриыми особенностеюк баока Фиксации границ поддиапаэсеа (гистерезис схем сравнения,осуществлаащих выставку напряженияначального,условия для поддиапазоиа). 65 Целью изобретения является повышение точности и быстродействия устройства,Для достижения поставленной целив устройство для автоматической смены мааитабов в аналоговой вычислительной машине, содержащее операционный усилитель, к выходу которогоподключен блок фиксации границ поддиапаэона, последовательно соединенные блок сопряжения и реверсивныйсчетчик, цифроуправляемое сопротивление, включенное между входом устрой".ства и входом операционного усилителя, эапоминакщий блок, подключенный к управлякщему входу цифроуправляемого сопротивления, и инте"грирукщий конденсатор, введены сум-,мирукщий усилитель, переключательблок формирования границы поддиапазона, блок задания кода и ключи,включенные в плечи моста, одна ди.агональ моста включена между входом и выходом операционногоусилителя, в другую диагональ мостовойсхемы включен интегрирукщий конденсаторуправлякщие входы ключейпротивоположных плеч мостовойсхемы попарно подключены к соответствующим иыуульс ным выходам блока фиксации границ поддиапазона, потенциальный выход которого соединен со вхо-дом блока сопряжений, выход реверсивного счетчика подключен к адресному входу запоминакщего блокаи управлякщему входу переключателя,сигнальные входы которого являются входами опорного напряженияустройства, входы суммирукщего уси"лителя соединены с выходами операционного усилцтеля,и блока формирования границы поддиапазона, первый, второйи третий входы которого подключены соответСтвенно к выходам блокасопряжения, переключателя и блоказадания кода.Кроме того, блок формированияграницы подциапазона содержит элемент ИЛИ, группу элементов И и декодирукщую реэистивную матрицутипа КВ причем группа входовэлемента ЙЛИ является первым входом блока, высод элемента ИЛИ подключен к первым входам элементов Игруппы., вторые входы которых являются третьим входом блока, выходыэлементов И подключены к управлякщимвходам декодирукщей резистивнойматрицы типа ВЦ, сигнальныйвход которой является вторым входом блока.Кроме того, блок Фиксации границ поддиапаэона содержит два компаратора, два разделительных диода и триггер, выходы которого являются импульсными выходами блока, первые входи компараторов объединены50 60 Запоминающий блок 5 (фиг.5) содержит логические элементы И 23, регистры 24 чйсел для положительных и отрицательных номеров поддиа- . паэоиов. Этот блок осуществляет 65 я являются входом блока, вторыевходы компараторов подключены- к шинамзадания величины границы поддиапаэона, выходы коьо 1 араторов являются потенциальными выходами блокаи через соответствукщие разделительные диоды соединены со счетнымвходом триггера.На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; нафиг. 2 - три варианта измененияпеременной при постоянных и переменных масштабах; на фиг. 3 - фрагмент масштабируемой переменной;на фиг.4 - блок-схемы блоков фиксации границ поддиапаэона, сопряжения и переключателя; на фиг.5 -блок-схема запоминающего блока,соединенного с цифроуправляемымсОпротивлением; на фиг. б - блоксхема формирования границы поддиапаэона и блока задания кода.Устройства автоматической смены масштабов для аналоговой вычислительной машины (фиг.1) содержитоперационный усилитель 1, блок 2фиксации границ подциапазона, блок3 сопряжения, реверсивный счетчикимпульсов 4, запоминающий блок 5,цифроуправляемое сопротивление б,ключи 7 - 10,переключатель 11,блок 12 формирования границы поддиапазона, блок 13 задания кода, суммирукщий усилитель 14, интегрирую",щий конденсатор 15. На фиг. 1,фиг.2, фиг.3 обозначены:0 с 1 - опорное напряжение; Й - входная машинная переменная; х - выходная машинная переменная (масштабированная);Еш - напряжение линейной эонывычислительных блоков АВИ (например, ф 100 В, + 50 В, +10 В)р Оц,- - 40напряженйе нижней границы;- машинное время; 1 - физическое время.Блок 2 фиксации границ поддиапаэонов (фиг.4) содержит два компаратора 1 б и 17, два разделительных 45диода 18 и 19, триггер 20 со счетным входом. Этот блок производитвыработку и передачу сигнала в момент сравнения машинной переменнойна выходе операционного усилителя 1 интегратора с напряжением гра-.ницы подциапазона +Еваили -ЕдБлок. 3 сопряжения (фиг.4) содержит два многовходовых логическихэлемента ИЛИ 21 и 22. Блок осуще-.ствляет сопряжение масштаба даннойпеременной при функциональной связи ее с другими переменными, покоторым производится также переменное масштабирование. хранение чисел в двоичном коде, определяющих коэффициент передачи операционного усилителя 1 на различных поддиапазонах переменной.Цифроуправляемое сопротивление 6 (фиг,5) содержит реэистивную матрицу типа кй 25 и управляющий регистр 2 б, соединенный с выходами логичес-. ких элементов И 23 каждого регистра 24 числа запоминакщего блока.Переключатель 11 (фиг.4) содержит два многовходовых логических элемента ИЛИ 27 и 28, управляемый ключ 29, например двухобмоточное поляризованное реле, Этот блок осуществляет выдачу напряжения той или другой полярности в блок 12 формирования границы поддиапазона.Блок 12 формирования границы поддиапаэона (фиг.б) содержи декодирующую реэистивную матрицу типа К30, логические элементы И 31, логический элемент ИЛИ 32. Блок осуществляет формирование напряжения границы подциапазона и выдачи его.на вход сумматора 14.Блок 13 задания кода содержит тумблеры 33, где количество тумблеров соответствует коду, выставляемому на резистивной матрице. Выходы тумблеров подсоединены к ло гическим элементам И 31, а входы их подсоединены к положительному полюсу источника опорного напряжения +"оп,.Данный блок осуществляет дадание кода, преобразуемого блоком 12 формирования границы поддиапазона в постоянное напряжение, соответствующее границе поддиапаэона.Устройство автоматической смены масштабов работает следукицим образом. В зависимости от изменечия машинная переменная может пересекать +Ещили -Е границы поддиапазойа (фиг.2 а, б, в). Факт пересечения машинной переменной одной иэ границ служит началом рабочего цикла смены масштабов. В момент, показанный например, на фиг, 2 а, происходит сравнениевыходного напряжения, операционного усилителя 1 интегратора с напряжением- границы +Е . Это сравнение происходит с помощью компаратора 16, на выходе которого образуется импульс, проходящий через разделительный диод 18 на счетный вход триггера 20 и на вход блока 3 сопряжения. Переход триггера 20 в противоположное состояние и образование при этом переходе сигнала управления для пар ключей 8, 10 и 7, 9 приводит к тому, что, например, первая. пара ключей 8,10 закрывается, а. вторая пара ключей 7,9 открывается. При10 таком переключении ключей конденсатор 15 оказывается включеннымфнаоборот, т.е. вместо напряжения +Ена выходе операционного усилителя1 интегратора оказывается -Ещ(Фиг.2 а) .Поскольку масштабируемаяпеременная возрастает то процессинтегрирования происходит далееот -Е . Рассматриваемый импульсс компаратора 16 поступает на входлогического элемента ИЛИ 22. По,другим входам этого элемента поступают сигналы от других устройствавтоматической смены масштабов, скоторыми функционально связана масштабируемая переменная. Сигналы от 15этих устройств вызывают изменениесостояния реверсивного счетчика 4.Логические элементы ИЛИ 21 и 22включены соответственно по шинамвычитания и сложения реверсивногосчетчика 4, что обеспечивает переключение выходов реверсивного счетчика в сторону отрицательных илиположительных номеров поддиапазонов разбиения, Рассматриваемая 25масштабированная переменная возрастает, поэтому с выхода логическогоэлемента ИЛИ 22 сигнал поступаетпо шине сложения на вход реверсивного счетчика 4, при этом на выходе реверсивного счетчика 4 происходит появление сигнала на выходес номером +1 поддиапазона (т.е. происходит переключение выходов-с номера О, соответствующего нулевому поддиапазону, а на выход с номером +1,соответствуиицего +1 поддиапазону) .Выходы реверсивного счетчика 4 какположительных номеров поддиапазоиов (+ю), так и отрицательных (-й),подсоединены соответственно к логическим элементам И 23 регистровчисел 24 в - 24 запоминающего блока5 (Фиг.5) . В регистрах чисел 24хранятся заранее рассчитанные значения коэффициентов передачи операционного усилителя 1 интегратора,соответствующие поддиапаэонам разбиения. Выход каЖдого разряда регистра числа подсоединен к логическому элементу И 23. Ввод информации, хранящейся в регистрах чисел24 в управлякщий регистр 26 цифроуправляемого сопротивления 6, происходит при подаче сигнала с соответствующего выхода реверсивногосчетчика 4 на входы логических элементов И 23. Благодаря совпадениюсигналов на входах соответствукж(ихлогических элементов И 23 содержимое регистра числа 24 переходитв управляющий регистр 26, выходы 6которого коммутируют соответствующие сопротивления реэистивной матрицы Я,.-2 К 25, чем обеспечиваетсянеобходимый для данного. поддиапа-эона коэффициент передачи. В резуль тате появления сигнала на +1 выходе реверсивного счетчика и переда-чи его по адресному входу регистра числа 24 хранящееся в нем значение коэффициента передачи для +1поддиапазона выставляется на цифроуправляемом сопротивлении, какэто показано выде, Одновременносигнал с реверсивного счетчика 4(с выхода +1) поступает на вход переключателя 11 и, в частности, навход логического элемента ИЛИ 28(фиг.4). Этот элемент объединяетвыходы реверсивного счетчика 4 положительных номеров поддиапазонов,логический элемент ИЛИ 27 объединяет выходы реверсивного счетчика отрицательных номеров поддиапазонов.Выходы обоих логических элементовИЛИ 27 и 28 подсоединены к управляемому ключу 29 (Фиг.4), напримерк обмотке поляризованного реле,Если на нулевом выходе реверсивного счетчика 4 есть сигнал, то навыходе управляемого ключа 29 сигнала нет, так как этот выход не подсоединен к логическим элементам ИЛИ27 и 28. Поэтому, когда на выходелогического элемента ИЛИ 28 образуется сигнал управления, то управляемым ключом 29 производится коммутация одного иэ полюсовисточника опорного напряжения. В частности,если маадтабируемая переменная положительная, то коммутируется -Оо,и наоборот, Смена знака полярностиМор происходит при переходе масштабируемой переменной через нулевойподциапаэон. С выхода управляемогоключа 29 напряжение поступает нарезистивную матрицу К30 блокаФормирования границы подциапазона.К каждому разряду этой матрицы подсоединены выходы логических элементов И 31 (фиг.6), На один иэвходов этих элементов подсоединенысоответственно выходы тумблеров 33блока 13 задания кода, Код числа,определяющего значение границыподдиапазона, задается включениемсоответствующих тумблеров 33, с помощью которых на входы логическихэлементов И 31 подается положительное напряжение "онК другим входамэтих логических элементов подсоединен выход логического элемента ИЛИ32 блока 12 формирования границыподдиапазона. Появление сигналана любом из входов логического элемента ИЛИ 32 приводкт также к появлению сигнала на выходе, поступающего на входы логических элементовИ 31, что обеспечивает передачукода числа, выставленного на тумблерах 33 для подключения соответствующих разрядов резистивной матрицы цВ,. ЗО.Поскольку входы логического эЛемента ИЛИ 32,подсоединены к .выходам логических элементов ИЛИ 21 и 22, на выходах которых образуется сигнап при нахождении масштабируемой переменной в одном иэ поддиапазонов, то в резистивной матрице Ж;2 Ц 30 разряды, определяемые выставленным кодом, подключены постоянно на все время решения. Подача напряжения на вход резистивной матрицы 3-23 30, как это было показано, приводит к образованию напряжения границы, подаваемого на сумми рующий усилитель 14. По другому входу этого усилителя поступает напряжение с выхода операционного уси- лителя 1. В результате сложения/указанных напряжений образуется масштабированиая машинная переменная (фиг.З), изменяющаяся в границах +Вшами,(-Е,щ) и выставленное значение другой границы подциапазоиа.1 В предлагаемом устройстве автоматической смены масштабов операции переключения (переход от одного поддиапазона в другой поддиапазон) исключаются две схемы сравнения, используемые в прототипе дляобразования границ поддиапазона.Время цикла смены масштабов, какминимум на порядок уменьшается изэа переключения ключей, обеспечивая 10 примерно 0,006 с. Методом ступенчато изменякщегося маадтаба предусматривается организация границы поддиапазона, отличной от +Еш(которая,определяет начальное условие сле дующего поддиапазона. Это реализуется с помощью введения блокаФормирования границы поддиапаэонаи блока задания кода(величины границы). Введение этих блоков позволяет повысить точность выставкиграницы, тоже,как минимум на порядок, достигая 0,005 Е.имокосов ПодписноеССР щщилиад ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектна 1339/49 Тираж 699 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретенкй и 113035, Москва, Ж, Рауюс