Устройство для автоматической смены масштабов в аналоговой вычислительной машине

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ИЮ (И) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗ06РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOhNf С ДЕЛ ЕЛЬСТВУ

М5п Q 05G 7 12 (21) 3534809/18-24 (22) 05.11.82 (46) 15.03.84 Бюл. 9 10 (72) Е.И.Баду, В.В.Дубаренко, Ю.В. Марков, Б.С. Смирнов и Д.Г. Степанов (53) 681.335(08&.8) (56) 1. Вычислительная техника. Справочник, т.1, под ред. Г.Д.Хаски и Г.A.Êîðéà, М.-Л.,"Энергия", 1964.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 228342; кл. Q 06 Ci 7/00, 1966 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАШИН

ЧЕСКОЙ СМЕНЫ МАСШТАБОВ В. АНАЛОГОВОИ

ВйЧИСЯИТЕЛЬНОй МИМИНЕ,.содержащее операционный усилитель, вход которого соедИнен с первыми выводами входных масштабных резисторов и через масштабный резистор обратной связи - с выходом операционного усилителя, являющимся выходом устройства и .подключенным к входу блока фиксации границ поддиапазонов, выхсщ которого соединен с входом блока запрета .ложного импульса, ревер-. сивный счетчик и блоки ковеюутации резисторов, выходы которых подключены к управляющим входам входных мас-. штабных резисторов и масштабного резистора обратной связи, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона, повышения точности и быстродействия устройства, в него введены блок со-. пряжения,,дешифратор, запоминающий блок и цйфроуправляемые сопротивления, включенные между входами устройства н вторыми .выводами входных масштабных резисторов и подключенные управляющими входами к выходам запоминающего блока, входы ко-, mporo соединены с группой выходов дешифратора, блок сопряжения включенi между выходом блока запрета ложного импульса и входом реверсивного счет- фф .чика, выход ксторого подключен к вхо ЧУЮ ду дешифратора, нулевой выход которого соединенгс запрещающим входом блока запрета ложного импульса, а р первый и второй выходы. подключены соответственно к входам блоков ком мутации входных,масштабных резисто ров и блока коммутации масштабного резистора обратнОй связи.

1080154

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к аналоговым вычислительным машинам(ЛВИ) .

Известны устройства для автоматической смены масштабов, содержащее электромеханические блоки, осуществляющие плавное изменение масштаба по машинной переменной (1J °

Недостатком этих устройств явля,ется низкая полоса пропускания и необходимость высокоточной синхронизации работы всех устройств,, осуществляющих изменение масштаба, в противном случае в решение вносятся сущест. венные ошибки, значительно искажающие форму моделируемого процесса.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному, является устройство для автоматической смены масштабов, содержащее последовательно соединенные блок фиксации гра-2О ниц диапазона, блок запрета ложного импульса и реверсивный счетчик импульсов, блок фиксации знака машинной переменной, соединенный с источниками опорных напряжений инди- 25 катор номера поддиапаэона, подклю:.ченный к выходу реверсивного счетчика, блок коммутации резисторов, включенных на входе операционного усилителя и в его цепи обратной связи.

Это устройство осуществляет ступенчатое изменение масштаба по выходной переменной сумматора ABM.

Сущность ступенчатого изменения масштаба состоит в разбиении всего динамического диапазона изменения 35 физической переменной на ряд стыкующихся поддиапазонов, которым соответствуют диапазоны разбиения машинной переменной. Для поддиапаэонов машинной переменной выбирается коэф- 4g фициент расширения поддиапазонов, рав ный отношению максимального значения машинной переменной (обычно это значение, равное и максимальному напряжению шкалы ABM) к минимальному для 45 данного поддиапаэона, выбираемому из условия обеспечения качества машинного решения. Эти значения являются границами поддиапазона. Произведение коэффициентов расширения всех поддиапаэонов машинной переменной должно равняться динамическому диапазону изменения физической переменной. При равенстве коэффициентов расширения поддиапаэонов максимальные значения физической переменной образуют геометрическую прогрессию со знаменателем, равным коэффициенту расширения. Каждый поддиапазон разбиения машинной переменной характеризуется выбранными масштабами переменной, а 60 следовательно, соответствующими коэффициентами передачи сумматора по каждому входу. Переход машинной переменной в соседний поддиапазон приводит к изменениИ масштаба по выХодной пе-,65

l ременной, что требует одновременного изменения коэффициентов передач по всем входам одновременно P) .

Недостатком данного устройства является ограничение возможностей в воспроизведении операции суммирования иэ-за отсутствия связи с другими такими же устройствами, осуществляющими смену масштабов переменных, функционально связанных с данной переменной. Это обстоятельство играет существенную .роль при моделировании систем дифференциальных уравнений со сложными перекрестными связями и функциональными зависимостями.Кроме того, отсутствие мобильной выставки различных значений коэффициентов передачи по входам, а также сложность блока коммутации входных резисторов ограничивает возможности сумматора и применение его для моделирования сложных систем, где требуется суммировать большое число переменных, меняющихся в значительных диапазонах, перекрывающих возможности (с точки зрения поддиапа" зонов разбиения): данного устройства.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона, повышение точ ности и быстродействия устройства.

Для достижения поставленной цели в устройство для автоматической смены масштабов в аналоговой вычислительной машине, содержащее операционный усилитель, вход которого соединен с первыми выводами входных масштабных резисторов и через масштабный резистор обратной связи - с выходом операционного усилителя, asляющимся выходом устройства и подключенным к входу блока фиксации границ поддиапаэонов, выход которого соединен с входом блока запрета ложного импульса, реверсивный счетчик и блоки коммутации резисторов, выходы которых подключены к управляющим входам входных масштабных резисторов и масштабного резистора обратной свя. зи, введены блок сопряжения, дешифратор, запоминающий блок и цифроуправляемые сопротивления, включенные между входами устройства и вторыми выводами . входных масштабных резисто. ров и подключенные управляющими входами к выходам запоминающего блока, входы которого соединены с группой выходов дешифратора, блок сопряжения включен между выходом блока запрета ложного импульса и входом реверсивного счетчика, выход которого подключен к входу дешифратора, нулевой выход которого соединен с запрещающим входом блока запрета ложного импульса, а первый и второй выходы подключены соответственно к входам блоков коммутации входных масштабных резисторов и блока комму-

1080154 тации масштабного резистора обратной связи.

На фиг.1 представлена общая блоксхема устройства для автоматической смены масштабов сумматора ABM, на фиг.2 - .схема блоков фиксации границ поддиапазонов, запрета ложного импульса, сопряжения, на фиг.3 — временная диаграмма работы устройства.

Устройство для автоматической смены масштабов в ASM содержит опера- 10 ционный усилитель 1, блок 2 фиксации границ подциапазонов, соединенный последовательно с блоком 3 запрета ложного импульса, выход которого через блок 4 сопряжения соединен с . {5 реверсивным счетчиком 5. Выходы реверсивного счетчика 5 подсоединены ко входам дешифратора 6, который соединен с блоками 7 коммутации входных масштабных резистбров и масштабного резистора обратной связи 8, а также с входами запоминаю щего блока 9, выходы которого соединены с цифроуправляемыми сопротив лениями 10, подключенными к входам входных масштабных резисторов 8.

Блок 2 фиксации границ поддиапазо нов {,фиг.2) содержит четыре схемы сравнения 1111-11, на один из входов которых подсоединено напряжение машинной переменной Ч . Все схемы срав. нения формируют на выходе импульс при пересечении машинной переменной 11 границ поддиапазона, при этом первая схема сравнения 11 фиксирует пересечение машинной переменной эвах ней границы {ВГ) поддиапазона +Е

{в качестве +Ефим-выбирается зона лийейности вычислительных блоков АВМ) равная Е „, например 100 В для ламповых или 50 В, или 10 В для по- 40 лупроводниковых ABM), вторая схема сравнения 11 фиксирует пересечение нижней границы поддиапазона напряжение которой. выбирается из

НГ) условия обеспечения:: качества машин- 45 ного решения, третья схема сравнения 11> фиксирует пересечение машинной переменной отрицательного напряжения верхней границы -ЕН

ЦГ равного по модулюЕн„ четвертая

50 схема сравнения 114 фиксирует пересечение машинной переменной отрицательного напряжения нижней границы -EH<, равного по модулю Е <

Блок 3 запрета ложного импульса (фиг.2) содержит два логических элемента ИЛИ 12 и 13, четыре одновибратора 14-17 с запретом„логический элемент ИЛИ 18 и логический элемент

И 19. Этот блок осуществляет селекцию импульсов блока 2 фиксации границ поддианазонов, поскольку в момент сравнения с любой из границ происхо-; дит переброс машинной переменной У на соответствующую противоположную границу, при этом импульс от иее не дол. 65 жен пройти на вход реверсивного счетчика импульсов 5, Блок 4 сопряжения (фиг.2) содержит два многовходовых логических элемента ИЛИ 20 и 21, на первые входы которых подсоединены соответственно выходы одновибраторов 14, 16 и 15, 17, а на другие входы - выходы дешифраторов других устройств автоматической смены масштабов. Выходы логических элементов ИЛИ 20 и 21, образующие шины передачи сигналов сложения и вычитания, подсоединены к соответствующим входам реверсивного счетчика импульсов 5.

Блок 7 коммутации резисторов (фиг.2) содержит ключевые элементы 22, управляющие входы которых через согласующие элементы 23 подключены к выходам дешифратора 6, а исполнительные части их (например, контакты реле) включены параллельно секциям масштабных резисторов обратной связи 8 и секциям входных масштабных резисторов 8 операционного, усилителя 1.

Запоминающий блок 9 представляет собой запоминающее устройство, вы. полненное, например, на регистрах из статических триггеров. Выход каждого регистра соединен с соответствующим цифроуправляемым сопротивлением 10, а входы регистров подсоединены к соответствующим, И- K выходам дешифратора, где Ч вЂ” число . выходов дешифраторов как для положительных номеров поддиапазонов, так и для отрицательных, к — число выходов дешифраторов, к которым подсоединены ключевые элементы также как для положительных, так и для отрицательных номеров поддиапазонбв.

На фиг:1-и 2 приняты следующие обозначения: выходная машинная переменная, Х„К„ — входные машинные переменные.

Устройство работает следующим об- . разом.

Пусть на выходе операционного усилителя 1 (фиг.1) машинная переменная ) изменяется так, как показано на фиг.4, т.е. переменная возрастает и в начале последовательно переходит из нулевого поддиапазона в первый, из первого - во вто-. рой и в третий, а затем начинает уменьшаться, проходит последовательно эти же поддиапазоны в обратном порядке и, пройдя нулевой поддиапаэон,,переходит в отрицательные поддиапазоны: в первый, второй, затем снова первый и нулевой. Такое движение переменной по . поддиапазонам представим как 0-1-2-3-2-1-0-1 — 2 — 1

--О.

Рассмотрим первый переход 0-1.

Схема сравнения 11 блока 2 фиксации границ поддийпазона вырабатывает

1080154 импульс в момент сравнения машинной переменной с напряжением

Этот импульс поступает на запускающий вход одновибратора 14 блока 3 блокировки ложного импульса. С выхода одновибратора 14 сигнал поступает с одной стороны на вход логического элемента ИЛИ 12, а с его выхода на запрещающий вход одновибратора 15 и тем самым блокирует его работу на времй перехода машинной переменной У 10 с ВГ на НГ, поскольку при достижении

НГ схема сравнения 11 вырабатывает импульс, который при таком изменении переменной является ложным. Благодаря такой блокировке импульс со схе- )5 мы сравнения 11 не проходит на вход ..логического элемента ИЛИ 21. С другой стороны, сигнал с выхода одновибратора 14 поступает на вход логи-. ческого элемента .ИЛИ 20 в случае, когда на другие входы логических элементов ИЛИ 20, 21 сигналов от других устройств автоматической смены масшатбов не поступает, импульс с вы. хода логического элемента ИЛИ 20 поступает по машине слежения на вход реверсивного. счетчика импульсов 5. Под действием импульса ревер сивный счетчик импульсов 5, дешифратор 6 изменяют свое состояние таким образом, что на выходе дешифратора 6, соответствующему первому поддиапаэону разбиения, появляется напряжение, поступающее в блок 7 коммутации резисторов.

Ключевые элементы расположенные 35

B этом блоке, производят расшунтирование или наоборот шунтирование . секций резисторов обратной связи или секций резисторов во входных цепях операционного усилителя 1, что 4р обеспечивает изменение коэффициента . передачи сумматора, а следовательно, и масштаба переменной (для данного примера это изменение в 10 раз .

Рассмотрим переход машинной пере- 45 мениой ) из третьего поддиапазона во второй, т.е. переход 3-2.

Импульс со схемы сравнения 11 . поступает на вход одновибратора 15, .выходной сигнал которого блокирует по .запрещающему входу работу одновибратора 14. Одновременно импульс с выхода одвовибратора 15 проходит через логический элемент ИЛИ 21 бло,ка 4 сопряжения на вход реверсивного счетчика импульсов 5 по шине вычитания. Под действием этого импульса изменяется состояние выхода реверсивного счетчика импульсов 5, а следовательно, .состояние выхода дешифратора 6, который изменяет состояние 60 ключей, а следовательно, и коэффициент передачи сумматора по всем вхо-. дай °

Аналогично происходит работа устройства при переходе 2-1. 65

Рассмотрим переход 1-0.

Этот процесс отличается от рассмотренных, поскольку машинная переменная в нулевом поддиапазоне изменя ется от + Ез до — Ец или наоборот в зависимости от характера изменения. При входе машинной переменной в нулевой поддиапазон с нулевого выхода дешифратора 6 поступает сиг" нал на прямой вход логического эле» мента И 19 (no инверсному входу сигнала не поступает), с выхода которого поступает сигнал через логичес. кие элементы ИЛИ 12 и 13 на запрещающие входы одновибраторов 15 H 16 °

Тем самым осуществляется блокировка прохождения сигналов с этих одновибраторов на входы соответствующих логических элементов ИЛИ 20 и 21 блока 4 сопряжения при пересечении машинной переменной напряжений

4.Ец и -ЕЗ . При нахождении машинной переменной в других поддиапазонах на прямой вход логического элемента И 19 сигнал не поступает несмотря на появление сигналов с выхода одновибраторов 15 и 16 при пересечении машинной переменной g i E н,. и- F < - соответствующего подциапаэона. Характер работы устройСтва .при изменении машинной переменной в поддиапазонах с отрицательными номерами аналогичен рассмотренному.

Положим, что машинная переменная вышла .за пределы номеров поддиапазонов, для которых изменение коэффициента передачи сумматора по входам осуществлялось с помощью релейных элементов. В этом случае как для положительных номеров поддиапазонов сигнал с соответствующего выхода дешифратора 6 поступает на адресный вход запоминающего устрой ства 9. Информация (кбдовое значение коэффициента передачи по соответствующему входу) с регистра запо" минающего устройства 9 поступает на вход цифроуправляемого сопротивления 10. Таким действием осуществляется изменение численного значения коэффициента передачи сумматора по всем входам сразу или отдельно в завимости от изменения выходной переменной.

Машинная переменная на выходе сумматора может быть функционально связана с другими переменными, по которым также производится автоматическое изменение масштаба. Это должно учитываться, поскольку изменение масштаба переменной, т.е. переход в подциапазон с другим номе. ром, связано с изменением масштаба по переменной, функционально связанной с первой переменной. Для этого введены блоки сопряжениямногоходовые логические элементы

RHH 20 и 21, включенные соответ1080154 ственно по шинам сложения и вычитания реверсивного счетчика импульсов 5. Поступление сигнала на вход одного из этих логических элементов от устройства автоматичес» кой смены масштабов вызывает изменение состояния реверсивного счетчика импульсов 5, что.приводит к рассмотренным выше действиям других бло ков устройства. (Предлагаемое устройство для автоматической смены масштабов в ABN, в частности для суммирующего блока, позволяет расширить функциональные воэможности его в сравнении с прото» типом, принятым в качестве базового объекта. Во-первых, введение блока сопряжения позволяет соединить в Единую масштабнрующую систему все устройства автоматической смены масштабов, участвующие в решении динамической задачи увязав изменение масштабов по функционально зависимым переменным. Следовательно, расширяется круг решаемых динамических задач. Во-вторых, введение цифроуправляемых сопротивления во входной цепи и запоминающего блока позволяет расширить возможности коьесутирующего блока как по количеству вхо10 дов, так и по мобильности выставки значений коэффициентов передачи.

В-третьих, динамический диапазон суммирующего блока увеличивается с помощью устройства на 3-4 порядка.

15 Это позволяет снизить погрешность решения в 2-3 раза по сравнению с ре шением, получаемым обычными средствами аналоговой вычислительной техники без устройств автоматической смены масштаба.

1080154

1080154

Aw фю

4 юР

Dion, лиг»»» «мне»

art

8ai а

frnzu

rewmu дюж

«ЕЛИ

ЮМфу фи«.3

Составитель С.Белан

Редактор С.Тимохина ТехредС.Легеэа,корректоРА- Зимокосов

Заказ 1339/49 Тираж 699 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, X-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. ПроЬктная, 4