Аналого-цифровая вычислительная система

, М.Г.ЛеАсанов,вин С.П СССР 986,Арисгованин,рис.7 в. Г- нелиициенты,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ МССР(56) Авторское свидетельств В 1259303, кл, С 06 Л 1/00,Пухов Г.Е., Самойлов В,Д тов В.В. Автоматизированные цифровые устройства моделир Киев: Техника, 1974, с. 172,(57) Изобретение относится к вычисли тельной технике и может быть использовано для моделирования непрерывно- дискретных процессов и систем управления в.реальном и ускоренном масшта бах времени. Целью изобретения является повьппение быстродействия и расширение класса решаемых задач за счет решения нелинейных дифференциальных уравнений. Аналого-цифровая вычислительная система содержит ЦВМ, блок памяпиверхнего уровня, селектор адреса верхнего уровня, блоки обмена информацией верхнего уровня, блоки моделирования дифференциальных уравнений, блок связи, соединения, Исход ная задача сводится к определению1,с дзначении у, = Е х,х, х, х х,х , где у - функция качества исследуемого объекта, х , х 1,21и, х- переменные состояния, получа-. емые при моделировании динамических процессов, заданных, дифференциальны-ми уравнениями вида х = а ,х +: + ах,: а х+ Ь +ф; , х ф= ащ,х,++ ах ++ а,х+1 )+ Ь +ф, при известных начальных ус- С ф ловиях х (О), где Ф;"Фнейные функции, а," - коз6 ил, 1429139у Е(х х еу ху х,. в у хттухтт) 50 1 ф Тф ф функция качества исследуемого обьекта х .ф . 1 2 фф55 переменные состояния, получаемые при моделировании динамических процессов,загде у Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для моделирования непрерывнодискретных процессов и систем управления в реальном и ускоренном масштабах времени,Цель изобретения - повышение быстродействия и расширения класса решаемых задач за счет решения нелинейных дифференциальных уравнений.На фиг. 1 и 2 показан пример реализации аналого-цифровой вычислительнойсистемы; на фиг. 3 - блок-схема блокаинтегрирования; на фиг. 4 блок-схема 15второго блока памяти; на фиг, 5 и 6 -блок-схемы алгоритма функционированияаналого-цифровой вычислительной системы,Система содержит ЦВМ 1, блок 2 памяти верхнего уровня, селектор 3 адреса верхнего уровня, блоки 4 обменаинформацией верхнего уровня, блоки 5моделирования дифференциальных уравнений, блок б связи, соединения 7-9.25,Каждый блок 5 моделирования дифференциальных уравнений содержит блок10 управления, соединения 11-13 адреса, первый блок 14 памяти, блок 15обмена информацией, селектор 16,. второй блок 17 памяти, блок 18 интегрирования, таймер 19, блок 20 прерываний, блоки. 21 и 22 коммутации, блоки23 вычисления нелинейных функций.Блок 18 интегрирования содержит 35ЦАП 24 и 25, ш умножающих ЦАП (УЦАП)26, сумматоры 27 и 28, интегратор 29,блоки 30 и 31 ключей, АЦП 32, блок33 контроля и управления, в которыйвходят регистр 34 и коммутаторы 35 40и 36, соединения 37 и 38.Второй блок 17 памяти содержитзапоминающее устройство 39, мультиплексоры 40-42, дешифраторы 43 и 44,арбитр 45 шин, шинные формирователи 546 и 47.Исходная задача сводится к определению значений данных дифференциальнымиуравнениями видах, = а х а.х + +а х+Ъ,+Ф,;Т 11 Т15 Д 1 Ттх.= а, х а. х.+ +а х +Ь +ф,; ТТТТтх = а ха х+ +а х+Ь+ф; ТТТ 1ТТ 1ТТТТ 11 11. при известных начальных условияхх (О), причем ф, =й. - нелиней 1 1, 1ные функции, а; - коэффициенты.Система работает следующим образом.В исходном состоянии регистр 34 блока 33 обнуляется и на первом и втором входах регистра 34 формируется код 01, в соответствии с которым все интеграторы 29 аналоговых ячеек устанавливаются в режим "Исходное положение". Исходное состояние остальных блоков произвольное.На этапе подготовки загружается в ЦВМ 1 составленная пользователем программа определения у в соответствии с (1), вводятся значения коэффициентов Ь. и а " и описания функТ)ций Е,.в уравнениях (2). Программными средствами автоматизации программирования аналоговой части задачи по коэффициентам Ь;и а; уравнений (2) по известной методике определения коэффициентов передач интеграторов 29 и сумматоров 28 рассчитываютсяи 11 для УЦАП 26, определяются коды узловых точек аппроксимации нелинейных функций Г вычисляются массивы кодов управления теми коэффициентами УЦАП 26, которые изменяются в функции времени либо в зависимости от значений х;, определяются1 фкоды управления блоками 6 автоматической связи модулей и блоками 21 и 22 коммутации.Под управлением операционной системы ЦВМ 1 производится загрузка через блоки 4 и 15 в блок 14 программы управления блоками 5, а также пользовательских подпрограмм, реализующих логические зависимости. В блок 14 передаются коды рассчитанных на ЦВМ 1 коэффициентов, коды узлов точек нелинейных функций, коды управления блоками 21 и 22.Работа программ управления блоками 5 происходит по инициативе программы ЦВИ 1, обеспечивая набор схемымоделирования с помощью блоков 6, 21и 22, установку коэффициентов в УЦАП26, задание режима работы в процессерешения задачи интегратором 29 каждого из блоков 18 интегрирования. Установка коэффициентов УЦЛП 26 и начальных условий интеграторов 29 черезЦАП 24 по шине 12 производится с помощью селектора 16, В процессе установки значений коэффициентов Е; наЦУЦАП 26 коммутатор 35 подключает к 15входу соответствующего УЦАП 26 опорные напряжения П. После записи значения коэффициента К 1 в УЦАП 26 осу 1ществляется контроль записанного значения с помощью АЦП 32, вход которого 20коммутатором 36 подключен к выходусумматора 28. При этом управлениекоммутаторами 35 и 36 осуществляетсяс третьего и четвертого выходов ре-.гистра 34, информация в который поступает с блока 10 управления,Таким образом, с помощью блока 33устраняется погрешность, вносимаявнешними соединительными цепями, таккак контроль коэффициентов к " осу1)ществляется непосредственно на выходесумматора 28. С помощью блока 30 ключей входы сумматоров 28 аналоговойячейки подключаются к выходам УЦАП 26,или к нулевой шине, причем управление Збкаждым ключом осуществляется от блока10, что позволяет параллельно менятьзначения а в процессе решения, еслиа , принимает значение "0" либо "1",1 Воспроизведение нелинейных Функций ф; уравнений (2) обеспечиваетсяблоками 23, подключение выходов которых к входам сумматора 2 производится блоком 31 ключей. Подача на входблоков 23 переменных х. в составе .блока 5 производится первым блоком 21коммутации, а переменных с других блоков 5 через блок 22. Задание адресови кодов управления блоков 21 и 22производится блоками 10 управления 50с помощью селектора 16.После проведения этапа подготовкик решению уравнений (2) в блок 2 за"несена программа решения уравнений(2), в блоки 14 занесены соответству- б 5ющие пользовательские программы;для блоков 5 проведена установка ко-эффициентов 1; на УЦАП 26 и их корректировка с помощью блока 33; набра-. на схема моделирования в блоках 18 с помощью блоков 21, 22, 6 и УПЛП установлены необходимые начальные условия интеграторов 29; занесены необходимые Функциональные зависимости в блоки 23 вычисления нелинейных Функций. При поступлении сигнала "Пуск" по инициативе программы ЦВМ 1 начинает" ся решение уравнений (2). При этом запускаются все блоки 10, в регистры 34 заносятся коды индивидуального управления интеграторами 29, которые переводятся в строго определенный режим работы (" Исходное положение", "Пуск" "Останов" ).В таймер 19 предварительно заносится число, соответствующее необхо.- димому временному интервалу, по истечении которого на выходе таймера 19 возникает сигнал, поступающий на вход блока 20 прерываний, Блок 10 производит обработку прерывания и пристугает к дальнейшему выполнению нрерванн-.; программы. При необходимости в соответствии с программой блока 10 с выходного регистра таймера 19 считывается текущее время, которое заносится в фиксированную ячейку блока 17 и постоянно там обновляется с заданной дискретностью.Под управлением блока 10 осуществляется последовательный пуск АЦП 32 всех блоков 18 интегрирования, Х входам АЦП 32 предварительно через ком" мутатор 36 подключаются координаты х, или х;По сигналу "Конец преобразования" или согласно программе, введенной в микропроцессор, происхо-. дит считывание преобразованной инФормации и запись ее в соответствующие ячейки памяти второго блока 17 памяти. Время обращения к А 1 Д 32 вы бирается таким образом, чтобы он не "простаивал", что достигается распараллеливанием выччслительного процесса и обслуживанием каждым блоком 10 огранкченного количества АЦП 32, Таким образом, в определенных ячейках блока 17 информация о необходимых координатах х; х постоянно об новляется с дискретностью С С. + + , где- время преобразования АЦП 32; е - время обращения к АЦП 32.По мере необходимости ЦВМ 1 обращается к ячейкам блока 17, где нахо 1429139дятся текущие значения времени и переменных х; и х;, необходимые длярасчета функций (1),В соответствии с программой, за 5ложенной в блок 10, осуществляетсяизменение значения коэффициентов позаранее рассчитанным функциональнымзависимостям определенных коэффициентов к; и К. во времени, что поз О1воляет получитьх 1 функциональ-.ных зависимостей. Управляя работой,значение коэффициентов Е, и К;, рав,ными нулю или рассчитанному значению,15возможно изменение схемы моделирования во времени.Решение на предлагаемой системеуравнений вида (1) и (2) поясняется,блок-схемой алгоритма (фиг.5). 20На этапе начального диалога пользователь составляет с помощью стан"дартных средств операционной системыЦВМ 1 программу для вычисления иоценки значений функции качества25исследуемого объекта в соответствиис конкретным видом выражения (1). Склавиатуры дисплея ЦВМ 1 вводятсяконкретные числовые значения коэффициентов а, Ь , входящих в уравне- З 0Ц 1ния (2), и начальные значения переменных х (О). В случае использования1стандартных функций ф пользовательуказывает только конкретный вид функции и требуемую погрешность аппроксимации. В случае использования нестан 35дартных функций ф 1 польэователь задает координаты узловых точек аппроксимации, Далее пользователь указываетв явном виде разделение вычислительной нагрузки между блоками 5 при ре- .шении системы (2).На этапе начальной подготовки ЦВМ . 1 производит численное интегрирование системы уравнений (2), определяя при этом максимальные значения переменных и производных, Затем в соответствии с известными методиками рассчитываются масштабы переменных, масштаб времени и значения коэффициен 50 тов, устанавливаемых с помощью ЦАП 24 и 25 и УЦАП 26. Таким образом Формируется схема моделирования, которая может быть отображена с помощью внешних устройств ЦВМ 1.Формула изобретенияАналого-цифровая вычислительная система, содержащая М блоков интегри рования. (М - количество неизвестных в системе уравнений), блок управления, вход-выход которого соединен с информационным входом-выходом первого блока памяти, входы адреса и записи-считывания которого соединены с первым и вторым выходами блока управления соответственно, о т л и ч а ю щ а я - с я тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения класса решаемых задач за счет решения нелинейных дифференциальных уравнений, в нее дополнительно введены блок вычисления, блок памяти верхнего уровня, К блоков обмена информацией верхнего уровня (К - количество систем уравнений по М уравнений в каждой системе), селектор адреса верхнего уровня, блок связи и К блоков моделирования дифференциальных уравнений, каждый из которыхсодержит блок обмена информацией, селектор, второй блок памяти, таймер,. блок прерываний, первый и второй блоки коммутации, Е блоков вычисления нелинейных Функций (Е - количество нелинейных функций), информационныевходы которых соединены с Е выходами первого блока коммутации, вход синхронизации которого соединен с выходом селектора, входами синхронизацииЕ блоков вычисления нелинейных функций, второго блока коммутации,М блоков интегрирования и таймера, информационный вход-выход которого соединен с входом-выходом блока управления, первым информационным входом- выходом второго блока памяти, с первыми информационными входами М блоков интегрирования, Е блоков вычисления нелинейных Функций, управляющими входами первого и второго блоков коммутации и информационным входом-выходом блока обмена информацией, вход адреса которого соединен с первым выходом блока управления, первым информационным входом селектора и первым входом адреса второго блока памяти, первый вход записи-считывания которого соединен с вторым выходом блока управления и управляющими входами селектора и блока обмена информацией, информационный вход-выход которого соединен с информационным входом-выходом блока обмена информацией верхнего уровня, информационный вход-выход, вход записи-считывания и вход адреса которого соединены с одноименными входами блокапамяти верхнего уровня, (К) блоками обмена информацией верхнего уровня, вторыми одноименными входами второго блока памяти и являются одно 5 именными входами блока вычисленйя, первый и второй информационные входы селектора адреса верхнего уровня соединены с входами записи-считывания и адреса блока вычисления, а выход сое динен с входом задания режима блока связи, информационный вход-выход которого соединен с информационным входом-выходом устройства, а выход блока связи соединен с первым инфор мационным входом второго блока коммутации всех К блоков моделирования дифференциальных уравнений, информационньй выход второго блока коммутации соединен с первым информационным входом первого блока коммутациии вторыми информационными входами .Иблоков интегрирования, информационныйвход-выход блока интегрирования соединен с информационными входами-выходами Иблоков интегрирования,вторым информационным входом первогоблока коммутации и информационнымвходом блока связи, выходы Е блоковвычисления нелинейных функций соединены с группой информационных входоввторого блока коммутации, информационный вход блока прерываний соединенс выходом таймера, а выход - с входомсинхронизации блока управления.1