SU1149282A1 - Устройство дл решени нелинейных задач теории пол - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ЗАДАЧ ТЕОРИИ ПОЛЯ, содержащее генератор тактовых импульсов, блок сравнени , кодоуправл емую R-сетку, центральный узел которой подключен к неинвертирующему входу блока сравнени , два элемента ИЛИ и два элемента И, отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи , в него введены ключ, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь , блок формировани  нелинейности типа экспоненты и регистр, группа выходов которого подключена к управл ющим входам кодоуправл емой R-сетки, выход генератора гактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, а через первый и второй замыкакнще контакты ключа - соответственно с суммирующим и вычитакнцим входами реверсивного счетчика , группа выходов которого подключена к группе входов второго злемента И и к группе входов 1р1фроаналогового преобразователь, выход которого соединен с входом блока формн ровани  нелинейности типа экспоненты вькод которого подключен к инвертирующему входу блока сравнени , выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которо (Л го подключен к входу записи регистра и к второму входу первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом счётчика, группа выходов которого подключена к группе входов регистра, вход сброса устройства соединен с входом обнулени  реверсивного счетчика и с первым входом 4: Ю второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу обнулени  счетчика, выход второго элемента И соединен 00 с вторым входом второго элемента ИЛИ, вход запуска устройства подклюю чен к второму входу первого элемента ИЛИ.

Description

1 Изобретение относитс  к аналоговой вычислительной технике и предназначено дл  решени  нелинейных уравнений в частных производных. Известно устройство дл  решени  нелинейных задач теории пол , содер жащее R-сетку, токозадающие резисто ры, блоки задани  начальных и граничных условий и блок управлени  l Недостатком этого устройства  вл етс  низка  точность. Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  устройство дл  моделировани  объектов с рапределенными.параметрами, содержащее сеточную модель, к каждо му узлу которой подключены цифроуправл емые резисторы, схему управлени  параметрами сеточной модели, состо юп уга из генератора функ1щонального напр жени , блока сравнени  (компаратора), двух счетчиков, один из которых работает в фазоимпульсном режиме, элемента ИЛИ-НЕ, RS-триггера, элемента 2И-ИЛИ, причем выход элемента 2И-ИЛИ подключен к счетному входу первого счетчика, выходы которого соединены с входом сеточной модели, выход блока сравнени  подключен к первым входам элемента 2И-Ш1И и элемента ИЛИ-НЕ, вь1ход которого соединен с первым входом второго счетчика, второй тактовый вход устройства подключен к второму и третьему входам элемента 2И-ИЛИ и к второму входу второго счетчика, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, R-вход которого подключен к первому тактовому входу устройства, выход RS-триггера соединен с четвертым входом элемента 2И-Ш1И, второй вход элемента ИЛИ-НЕ и п тый вход элемента 2И-ШШ объединены и  вл ютс  входом устройства . Устройство позвол ет автоматизировать процесс набора параме ров модели и осуществл ть изменение их по требуемой однозначной нелинейной зависимости g(U(,) непосредственно в процессе решени  нелинейных задач одновременно во вСей области моделировани  . Параллельный принцип учета нелинейности, положенный в основу функционировани  указанного устройства, делает его более быстродействукщим по сравнению с други ми средствами вычислительной техни 2 ки, примен емыми дл  решени  нелинейных задач теории пол  2 . Известное устройство характеризуетс  ограниченными функциональными возможност ми, выражающимис  в невозможности задани  развертывающего напр жени  Ujp(t), определ ющего характер моделируемой нелинейности g(Ug), убывакицей функцией. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей и повышение быстродействи  при одновременном упрощении схемы. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, блок сравнени , кодоуправл емую R-сетку, центральный узел которой подключен к неинвертирующему входу блока сравнени , два элемента ИЛИ и два элемента И, введены ключ, реверсивньй счетчик, цифроаналоговый преобразователь , блок формировани  нелинейности типа экспоненты и регистр, группа выходов которого подключена к управл к цим входам кодоуправл емой R- ccTKH, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, а через первый и второй замыкак цие контакты ключа - соответственно с суммирующим и вычитакшщм входами реверсивного счетчика, группа ВЬЕХОДОВ которого подключена к группе входов второго элемента И и к группе входов цифроаналогового преобразовател , выход которого соединен с входом блока формировани  нелинейности типа экспоненты , выход которого подключен к инвертирующему входу блока сравнени , выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу записи регистра и к второму входу первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, группа выходов которого подключена к группе входов регистра, вход сброса устройства соединен с входом обнулени  реверсивного счетчика и с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу обнулени  счетчика, выход второго элемента И соединен вторым входом второго элемента ИЛИ, вход запуска устройства подключен к второму входу первого элемента Ш1Й, На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2-3 - временные 3 диаграммы, по сн ющие работу устрой ства. Устройство содержит кодоуправл е мую R-сетку 1, генератор 2 тактовых импульсов, элементы ЮШ 3 и 4, блок 5 сравнени , ключ 6, элементы И 7 и 8, счетчик 9, регистр 10, реверсивный счетчик 11, цифроаналоговый преобразователь 12 и блок 13 формировани  нелинейности типа экспоненты . Устройство работает следующим образом. I . .-Рассмотрим работу устройства в случае задани  моделируемой нелинейности g(Ug) возрастающей функцией. Перед началом работы устройства счетчики 9 и 11 сбрасываютс  в нуль импульсом, поступающим на вход сброса устройства, кроме того, триггеры регистра 10 при этом также наход тс  в невозбужденном состо нии . После сброса счетчиков с поступ лением тактовых импульсов от генератора 2 устройство начинает вырабатывать раз вертыванкцее напр жение ифСь причем дл  задани  зависимости p,(Ug) возрастающей функцией ключ 6 должен быть замкнут на вход пр мого счета счетчика 11. В подготовительном периоде осуществл етс  запись начального значени  gj. узловой проводимости в регистр 10. Дл  этого на вход запуска устройства поступает пр моугольный импульс, передний фронт которого совпадает по фазе с началом вьч)аботки развертывающего напр жени  U(t). Относительна  длительность этого импульса равнау -й и пропорциональна начальному значению узловой проводимости g ц. 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 f. Таким образом, за врем  действи  импульса на входе запуска устройства счетчик 9 сосчитает число тактовых импульсов, пропорциональное начальному значению узловой проводимости g,j. Код, соответствующий этому значению , запоминаетс  на триггерах {регистра 10. По окончании действи  им1тульса на входе .запуска устройства , разрешаетс  перезапись значени  g в цифроуправл емые проводимости R-сетки 1 по заднему фронту импульса на выходе элемента ИЛИ 3. 824 После заполнени  счетчика 11, т.е. в конце периода развертьгоающего напр жени , на выходе элемента И 8 л возникает импульс, который через элемент ИЖ 4 воздействует на вход сброса счетчика 9, обеспечива  его переход в исходное состо ние. В первый период после подготовительного решение задачи осуществл е с  при заданных начальных узловых проводимост х gjj . Результат решени  в этот период в виде потенциала узловой точки 11(3 на блоке 5 сравниваетс  с развертывающим напр жением Ucp(t), формируемым на выходе блока 13. В результате этого на выходе блока 5 по вл етс  импульс, относительна  длительность которого j определ етс  величиной потенщ1апа Ug, а также формой развертывающего напр жени  U-,(t) и характеризует значение узловой проводимости g.-, при котором решаетс  задача в.следующий период. Пор док задани  значени  g узловых проводимостей следух ций. Импульс, относительной длительностью jf, 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 f. За врем  действи  импульса на выходе блока 5 счетчик 9 сосчитает число тактовых импульсов, пропорциональное новому значению узловой проводимости gj. В момент окончани  действи  импульса на выходе элемента ИЛИ 3 новое значение узловой проводимости g J переноситс  из регистра 10 в кодоуправл емую R-сетку 1 . В конце периода развертывающего напр жени  счетчик 9 переходит в исходное состо ние. Рассмотрим работу устройства в случае задани  моделируемой нелинейности gCUjj) убьшающей функцией (в этом случае ключ б замкнут на вход обратного счета счетчика 11). В подготовительньй период происходит запись начального значени  узловой проводимости g, котора  осуществл етс  аналогично рассмотренному случаю задани  зависимости gCU) возрастающей функцией. В следующий за подготовительным ериодом работы происходит запись ового значени  g, узловых проводи

мостей. Происходит это следующим образом. Импульс на выходе компаратора 5 по вл етс  в момент равенства развертывающего напр жени  U«(t) и потенциала узловой точки U. Врем  действи  этого импульса прекращаетс  в конце периода развертывающего напр жени . Число тактовых импульсов , подсчитанных счетчиком 9 до конца периода развертывающего напр жени , определ ет новое значение узловых проводимостей g. Задним фронтом импульса на выходе элемента ИЛИ 3 это значение переноситс  из регистра 10 на кодоуправл емую R-сетку 1 . Перевод счетчика 9 в исходное состо ние происходит в начале следующего периода развертывающего напр жени . В последующее периоды указанные циклы работы повтор ютс , в результате чего параметры сетки измен ютс  в каждом периоде развертывающего напр жени , т.е. в предлагаемом устройстве изменение параметров сеточного процессора происходит автоматически, непосредственно в процессе решени  задачи параллельно по всей области моделировани . При этом в отличие от известных структур гибридных систем типа К-сетка ЦВМ после каждого шага итерации нет необходимости осуществл ть последовательный опрос всех узловых точек, преобразовать информацию о потенциалах узлов в цифровой код и

92826

вводить ее в цифровую машину, производить обратную передачу информации о новых значени х узловых проводимостей из ЦВМ в сеточный процессор с

5 целью их перезадани . Исключение указанных операций вычислительного процесса значительно повьшает бьютродействие и. информационную производительность предлагаемого устройства

0 по сравнению с другими, примен емымк дл  решени  задач теории пол .

При сравнении предлагаемого устройства с известным следует отметить, что экономи  не аппаратурных затрат

5 с учетом действующего прейскуранта цен на интегральные микросхемы серии К155 составл ет 0,65 руб. Дл  устройства, содержащего 1000 узлов, эконоьм  на аппаратурных затратах

0 составит не менее 650 руб. Если число узлов модели возрастает, то растет и зкономическа  эффективность применени  предлагаемого устройства.

5 Ввиду того, что генератор развертываюп1его напр жени  специальной формы используетс  один на всю однородную область моделировани , затраты на его реализацию дл  устройства,

0 содержащего 1000 узлов, незначительны по сравнению с получаемой экономией .

Таким образом, расшир ютс .функциональные возможности устройства при одновременном упрощении схемы.

//

6

/

/J

Л

Фvt.f

У

Й11Ш1ШШШЩ|

t

Фи.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ЗАДАЧ ТЕОРИИ ПОЛЯ, содержащее генератор тактовых импульсов, блок сравнения, кодоуправляемую R-сетку, центральный узел которой подключен к неинвертирующему входу блока сравнения, два элемента ИЛИ и два элемента И, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены ключ, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, блок формирования нелинейности типа экспоненты и регистр, группа выходов которого подключена к управляющим входам кодоуправляе мой R-сетки, выход генератора Тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, а через первый и второй замыкающие контакты ключа - соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, группа выходов которого под ключена к группе входов второго элемента И и к группе входов цифроаналогового преобразователь, выход которого соединен с входом блока форму рования нелинейности типа экспоненты выход которого подключен к инвертирующему' входу блока сравнения, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу записи регистра и к второму входу первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом счётчика, группа выходов которого подключена к группе входов регистра, вход сброса устройства соединен с входом обнуления ревер- сивного счетчика и с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу обнуления счетчика, выход второго элемента И соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, вход запуска устройства подключен к второму входу первого элемента ИЛИ.

   >