Устройство для автоматической смены масштабов в аналоговой вычислительной машине

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТЙ ЧЕСКОЙ СМЕНЫ МАШТАБОВ В АНАЛОГОВОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАШИНЕ, содержащее операционный усилитель, к выходу которого подключен блок фиксации границ поддиапазона, последовательно соединенные блок сопряжения и реверсивный счетчик, цифроуправляемое сопротивление, включенное между входом устройства и входом операционного усилителя, запоминающий блик, подключеннЕлй к управляющему входу цифроуправляемого сопротивления , и интегриругаций конденсатор , отличающееся тем, что, с целью повыиения точности и быстродействия устройства, в него введены суммирующий усилитель, пе-реключатель , блок формирования границы поддиапазона, блок задания кода и ключи, включенные в плечи моста, причем одна диагональ моста включена мелшу входом и выходом операционного усилителя, в другую диагональ моста включен интегрирующий конденсатор, управляющие входы ключей противоположных плеч моста попарно подключены к соатветствующим импульсным выходам блока фиксации границ поддиапазона,.потенциальный выход которого соединен со входом блока сопряжения, выход реверсивного счетчика подключен ;к адресному входу запоминагацего блока и управляющему входу переключателя , сигнальные входы которого являются входами опорного напряжения устройства, входы суммирующего усилителя соединены с выходами операционного усилителя к 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 иi чающееся .тем, что блок формирования границы поддиапазона содержит элемент ИЛИ, группу элементов И и декодирукт1то резистивную матрицу типа R-2R, причем группа входов элемента ИЛИ является первым входом блока/ выход элемента ИЛИ подключен к первым входс1М элементов И группы, вторые входы KOTOpiiK являются третьим входом О блока, выходы элементовИ подключе эо ны к управлякщим входам декодирующей резистивной матрицы типа 11-2Я/ сигнальный вход которой является вторым входом блока. сд 3.Устройство по п. 1, о тл и чающееся тем, что блок со 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, р горые входы компараторов подключены к шинам задания величины границы полдиапазона , выходы KOhoiapaторов являются потенциальными выходами блок ка -и через соответствующие разде .лительные диоды соединены со счет1ным входом триггера/

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(51>, 06 С(7/12 (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3534620/18-24 (гг) 07.01.83 (46) 15.03.84. Бюл. Р 10 (72) Е.И.Баду, Ю.В.Марков . и Б.С.Смирнов (53) 681.335(088.8) (56) 1. Справочник по вычислительной технике под ред. Г.Хаски и

Г.Кориа,т. 1,М.-Л.,"Энергия",1964.

2 ° Коган Б.Я. Электронные модели;. рующие устройства и их применение для исследования систем автоматического регулирования.M. Ôèýìàòãèç,1963.

3. Авторсыое свидетельство СССР .

Р, 815729, кл. Cj. 06 Й. 7/12, 1978 (прототип ) ° (54) (57) 1. УСТРОИСТВО ДЛЯ АВТОМАТИ. ЧЕСКОЯ СМЕНЫ МАСШТАБОВ В АНАЛОГОВОИ ВЬЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАЦ(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, пе-. реключатель, 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, по((9)SU((() А тенциальный выход которого соединен со входом блока сопряжения, выход реверсивного счетчика подключен

: к адресному входу запоминанщего 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 и. 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 декодирукщую резистивную матрицу типа R-2, 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 "2R сигнальный вход которой является вторым входом блока.

3. Устройство по п. 1, о т л ич 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 триггера

Изобретение относится к вычислительной технике.

Известны устройства для автоматической смены масштабов (УАСИ), содержащее электромеханические блоки, осуществлякщие плавное изме- 5 нение масштаба по машинной переменной N .

Недостатком этих устройств является низкая полоса пропускания и необходимость высокоточной органи- 10 зации работы всех устройств, осуществляющих изменение масштабов, в противном случае в решение вносятся существенные ошибки, значительно искажакщие физику моделируемого процесса.

Известно также устройство, осуществлякщее подключение дублирукщих вычислительных блоков (ВБ) в момент смены масштабов, причем подключаечые ВБ заранее подготовлены к ра20 боте в системе новых масштабов, т.е. на интеграторах заранее сформированы напряжения начальных условий по масштабируемым переменным s новом масштабе (2) .

Недостаток этого устройства— ограничение воэможностей АВМ иэ-эа .использования ВБ для смены масштабов, которые лишь частично исполь.зуются в процессе решения.

Наиболее . близким к предлагаемому является устройство для,автоматической смены масштабов в аналоговых вычислительных машинах, содержащее блок фиксации границ поддиапазона, Зб подсоединенный к выходу интегратора, блок управления заданием начальных условий, реверсивный распределитель импульсов, соединенный с блоком переключения режимов, зало- 40 минакщие блоки с блоками управления, соединенные соответственно с цифроуправляемыми сопротивлениями,. одно из которых включено на входе .интегратора, и блок сопряжения с 45 другими устройствами автоматической смены масштабов нри их функциональной связи, выход которого соединен с реверсивным распределителем импуль соВ )3) у0

Однако. данное устройство характеризуется достаточно большим временным интервалом, что при моделиро-. ваики высокочастотных процессов, протекакщих в динамических системах, внооит существенную погрешность в . решвние. Недостатком этого устройства является также неточность выставка Напряжения начального условия, связанная с аипаратуриыми особеннос- 60 тюрк блока фиксации границ поддиапаэоиа (гистерезис схем сравнения, осуществляищих выставку напряжения начального,условия для поддиапазоиа). 65

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия уст ройства.

Для достижения поставленной цели в устройство для автоматической смены масштабов в аналоговой вычислительной машине, содержащее операционный усилитель, к выходу которого подключен блок фиксации границ поддиапаэона, последовательно соединенные блок сопряжения и реверсивный счетчик, цифроуправляемое сопротивление, включенное между входом устрой". ства и входом операционного усилителя, эапоминакщий блок, подключенный к управлякщему входу цифроуправляемого сопротивления, и интегрирукщий конденсатор, введены сум-. мирукщий усилитель, переключатель блок формирования границы поддиапазона, блок задания кода и ключи, включенные в плечи моста, одна ди.агональ моста включена между входом и выхсдом операционного усилителя, в другую диагональ мостовой схемы включен интегрирукщий конденсатор,,управлякщие входы ключей противоположных плеч мостовой,,схемы 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 блока и управлякщему входу переключателя, сигнальные входы которого являются входами опорного напряжения устройства, входы суммирукщего усилителя соединены с выходами операционного усилцтеля.и блока формирования границы поддиапазона, первый, второй и третий входы которого подключены соответСтвенно к выходам блока сопряжения, переключателя и блока задания кода.

Кроме того, блок формирования границы подциапазона содержит элемент ИЛИ, группу элементов И и декодирукщую реэистивную матрицу типа R-.22,, причем группа входов элемента ЙЛИ является первым входом блока, вы сод элемента ИЛИ подключен к первым входам элементов И группы., вторые входы которых явля ются третьим входом блока, выходы

1 элементов И подключены к управлякщим входам декодирукщей резистивной матрицы типа В-2Ц, сигнальный вход которой является вторым входом блока.

Кроме того, блок фиксации границ псддиапаэона содержит два компаратора, два разделительных диода и триггер, выходы которого являются импульсными выходами блока, первые входи компараторов объединены

1080153

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, вторые входы компараторов подключены- к шинам задания величины границы поддиапаэона, выходы коычараторов являются потенциальными выходами блока и через соответствукщие разделительные диоды соединены со счетным входом триггера.

На фиг.l представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — три варианта изменения переменной при постоянных и переменных масштабах1 на фиг. 3 — фрагмент масштабируемой переменной; на фиг.4 - блок-схемы блоков фиксации границ поддиапаэона, сопря- 15 жения и переключателя; на фиг.5— блок-схема запоминающего блока, соединенного с цифроуправляемым сОпротивлением; на фиг. б - блоксхема формирования границы поддиапаэона и блока задания кода .

Устройства автоматической смены масштабов для аналоговой вычислительной машины (фиг.l) содержит операционный усилитель 1, блок 2 фиксации границ подциапазона, блок

3 сопряжения, реверсивный счетчик импульсов 4, запоминающий блок 5, цифроуправляемое сопротивление б, ключи 7 — 10,переключатель 11, блок 12 формирования границы поддиапазона, блок 13 задания кода, суммирующий усилитель 14, интегрирую,щий конденсатор 15. На фиг. 1, фиг.2, фиг.3 обозначены:0с1 — опорное напряжение; Й вЂ” входная машинная переменная; х - выходная машинная переменная (масштабированная);

Е о>- напряжение линейной эоны вычислительных блоков АВИ (например, ф„ 100 В, + 50 В, +10 8); Uö,- - 40 напряженйе нижней границы; - машинное времяу t - физическое время.

Блок 2 фиксации границ поддиапаэонов (фиг.4) содержит два компаратора lб и 17, два разделительных 45 диода 18 и 19, триггер 20 со счетным входом. Этот блок производит выработку и передачу сигнала в момент сравнения машинной переменной на выходе операционного усилителя 1 интегратора с напряжением границы подциапазона +Е » или -E »„

Блок. 3 сопряжения (фиг.4) содержит два многовходовых логических элемента ИЛИ 21 и 22. Блок осуществляет сопряжение масштаба данной переменной при функциональной связи ее с другими переменными, по которым производится также перемен ное масштабирование. хранение чисел в двоичном коде, определяющих коэффициент передачи операционного усилителя 1 на различных поддиапазонах переменной.

Цифроуправляемое сопротивление б (фиг.5) содержит реэистивную матрицу типа R-2R 25 и управляющий регистр

2б, соединенный с выходами логичес-. ких элементов И 23 каждого регистра 24 числа запоминакшего блока.

Переключатель ll (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 R-2 30, 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 +Ц ..Данный блок осуществляет дадание кода, преобразуемого блоком 12 формирования границы поддиапазона в постоянное напряжение, соответствующее границе поддиапаэона.

Устройство автоматической смены масштабов работает следукщим образом.

В зависимости от изменечия машинная переменная может пересекать +Е„»„или -Е„и,„границы поддиапазойа (фиг.2а, б, в). Факт пересечения машинной переменной одной иэ границ служит началом рабочего цикла смены масштабов. В момент, показанный например, на фиг. 2а, происходит сравнение выходного напряжения, операционного усилителя 1 интегратора с напряжениемграницы +E„ „. 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. При

1080153

10 таком переключении ключей конденсатор 15 оказывается включенным наоборот, т.е. вместо напряжения +Е на выходе операционного усилителя

1 интегратора оказывается -Е, „ (фиг.2а) .Поскольку масштабируемая переменная возрастает„ то процесс интегрирования происходит далее от -Е „. Рассматриваемый импульс с компаратора 16 поступает на вход логического элемента ИЛИ 22. По .другим входам этого элемента поступают сигналы от других устройств автоматической смены масштабов, с которыми функционально связана масштабируемая переменная. Сигналы от 15 этих устройств вызывают изменение состояния реверсивного счетчика 4.

Логические элементы ИЛИ 21 и 22 включены соответственно по шинам вычитания и сложения реверсивного счетчика 4, что обеспечивает переключение выходов реверсивного счетчика в сторону отрицательных или положительных номеров поддиапазонов разбиения. Рассматриваемая 25 масштабированная переменная возрастает, поэтому с выхода логического элемента ИЛИ 22 сигнал поступает по шине сложения на вход реверсивного счетчика 4, при этом на выходе реверсивного счетчика 4 происходит появление сигнала на выходе с номером +1 поддиапазона (т.е. происходит переключение выходов-с номера О, соответствующего нулевому поддиапазону, à на выход с номером +1, соответствукицего +1 поддиапазону) .

Выходы реверсивного счетчика 4 как положительных номеров поддиапазоиов (+n), так и отрицательных (-tt), подсоединены соответственно к логи- 40 ческим элементам И 23 регистров чисел 24 в — 24> запоминающего блока

5 (фиг.5) . В регистрах чисел 24 хранятся заранее рассчитанные значения коэффициентов передачи опера- 45 ционного усилителя 1 интегратора, соответствующие поддиапаэонам разбиения. Выход каЖдого разряда регистра числа подсоединен к логическому элементу И 23. Ввод информации, хранящейся в регистрах чисел

24 в управлякщий регистр 26 цифроуправляемого сопротивления 6, происходит при подаче сигнала с соответствующего выхода реверсивного счетчика 4 на входы логических элементов И 23. Благодаря совпадению сигналов на входах соответствукп(их логических элементов И 23 содержимое регистра числа 24 переходит в управляющий регистр 26, выходы 6() которого коммутируют соответствующие сопротивления реэистивной матрицы 9..-2К 25, чем обеспечивается необходимый для данного. поддиапа-эона коэффициент пеРедачи. В Резуль- 65 тате появления сигнала на +1 выходе реверсивного счетчика и переда- чи его по адресному входу регистра числа 24у хранящееся в нем значение коэффициента передачи для +1 поддиапазона выставляется на цифроуправляемом сопротивлении, как это показано выае. Одновременно сигнал с реверсивного счетчика 4 (c выхода +1) поступает на вход переключателя 11 и, в частности, на вход логического элемента ИЛИ 28 (фиг.4). Этот элемент объединяет выходы реверсивного счетчика 4 положительных номеров поддиапазонов, логический элемент ИЛИ 27 объединяет выходы реверсивного счетчика отРицательных номеров поддиапазонов.

Выходы обоих логических элементов

ИЛИ 27 и 28 подсоединены к управляемому ключу 29 (фиг.4), например к обмотке поляризованного реле.

Если на нулевом выходе реверсивного счетчика 4 есть сигнал, то на выходе управляемого ключа 29 сигнала нет, так как этот выход не подсоединен к логическим элементам ИЛИ

27 и 28, Поэтому, когда на выходе логического элемента ИЛИ 28 образуется сигнал управления, то управляемым ключом 29 производится коммутация одного иэ полюсов источника опорного напряжения. В частности, если масштабируемая переменная положительная, то коммутируется -Uö, и наоборот. Смена знака полярности

Upg происходит при переходе масштабируемой переменной через нулевой подциапаэон. С выхода управляемого ключа 29 напряжение поступает на резистивную матрицу R-2R 30 блока формирования границы подциапазона.

К каждому разряду этой матрицы подсоединены выходы логических элементов И 31 (фиг.6). На один иэ входов этих элементов подсоединены соответственно выходы тумблеров 33 блока 13 задания кода. Код числа, определяющего значение границы поддиапазона, задается включением соответствующих тумблеров 33, с помощью которых на входы логических элементов И 31 подается положительное напряжение Оц .К другим входам этих логических элементов подсоединен выход логического элемента ИЛИ

32 блока 12 формирования границы поддиапазона. Появление сигнала на любом из входов логического элемента ИЛИ 32 приводкт также к появлению сигнала на выходе, поступающего на входы логических элементов

И 31, что обеспечивает передачу кода числа, выставленного на тумблерах 33 для подключения соответствующих разрядов реэистивной матрицы g-2R. ЗО.Поскольку входы логичес

10801 53 кого эпемента ИЛИ 32 .подсоединены к.выходам логических элементов

ИЛИ 21 и 22, на выходах которых образуется сигнал при нахождении масштабируемой переменной в одном иэ поддиапазонов, то в резистивной матрице Я;2Ц 30 разряды, определяемые выставленным кодом, подключены постоянно на все время решения. Подача напряжения на вход резистивной. матрицы Ц-2) 30, как это было показано, приводит к образованию напряжения границы, подаваемого на сумми° руккций усилитель 14. По другому

"входу этого усилителя поступает напряжение с выхода операционного уси лителя 1. В результате сложения

/ указанных напряжений образуется масштабированная машинная переменная (фиг.3), изменяющаяся в границах +Ешд.„,(-Е„,щ) и выставленное значение другой границы подциапазоиа.

В предлагаемом ус трой стве ав томатнческой смены. масштабов операции переключения (переход от одного поддиапазона в другой поддиапазон) исключаются две схемы сравнения, используемые в прототипе для образования границ поддиапазона.

Время цикла смены масштабов, как минимум на порядок уменьшается изэа переключения ключей, обеспечивая

10 примерно 0,006 с. Методом ступенчато изменякщегося мааатаба предусматривается организация границы поддиапазона, отличной от +Е ц каторая ,определяет начальное условие сле15 дующего поддиапазона. Это реализуется с помощью введения блока формирования границы поддиапаэона и блока задания кода(величины границы). Введение этих блоков позволяет повысить точность выставки .границы, тоже,как минимум на порядок, достигая 0,005 Е. оео ьз

Етч

1080153

1080153

Составитель С. Белан

Редактор С.Тимохина ТехредМ.Гергель Корректор А. Зимокосов

Заказ 1339/49 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретенкй и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4