Наборное поле аналоговой вычислительной машины

 

-НАБОРНОЕ ПОЛЕ АНАЛОГОВОЙ . ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ, содержащее стационарную плату, в которой выпол .нены отверстия, расположенную над ней съемную коммутационную плату и коммутирующие штеккеры, отличающееся тем, что, с целью повьшения наглядности и надежности набора Лдач, съемная коммутационная плата вьтолнена в виде набора коммутационньк элементов, корпус каждого из которых вьтолнен в виде правильной треугольной призмы, при этом каждая боковая грань призмы имеет два контактных штыря, расположенных на одной диагонали на равном расстоянии от центра грани, и два контактных гнезда, расположенных на другой диагонали на том же расстоянии от центра грани, в каждой призме выполнено отверстие, соосное с соответствующим отверстием стационарной платы, оси отверстий расположены в пересечении высот треугольников оснований призм, каждое отверстие снабжено ключом, который вьтолнен в виде двух совпадающих в плане профильных канавок, примыкающих к основаниям призмы, в корпус каждого коммутационного элемента вмонтированы операционный усилитель и четыре масштабных резистора, причем в каждом коммутационном элементе верхние контактные штыри первой и второй боковьк граней призмы электрически соединены с выходом операционного усилителя, верхние контактные , гнезда второй и третьей боковых граней призмы соответственно через первьй и второй масштабные резисторы электрически соединены с суммирую (О щим входом операционного усилителя, нижние контактные гнезда второй и третьей боковых граней призмы соответственно через третий и четвертый масштабные резисторы электрически соединены с вычитающим входом операционного усилителя, во внутренней 00 полости каждого из отверстий размещена контактная группа из четырех о подпружиненных контактов, выполнен ных в виде сегментов, расположенных по высоте между профильными канавками ключа симметрично по окружности первый и третий подпружиненные контакты , расположенные диаметрально противоположно соединены соответственно с шиной Минус и с шиной Плюс питания операционного усилителя, а второй и четвертый подпружиненные контакты соединены с шиной нулевого потенциала операционного усилителя, каждый коммутирующий штеккер выполнен в виде полой трубки, на внешней поверхности которого выполнен.прилив.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

40 A

3 (5D

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3502482/18-24 (22) 20.10.82. (46) 15.04,84. Бюл.¹14 (72) Е.Н. Климов, И.А. Краснов и П.П. Кузьмин (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени институт водного транспорта (53) 681.3(088.8) (56) 1. Вычислительная техника.

Справочник под ред. Г.Хаски и Г.Кор на, т. 1, М.-Л., "Энергия", 1964, . с.255-261.

2. Секция контроля и управления

АСУ-M TT3.076.000.ТО Минск, 1966, с. 11-13 (прототип) . (54)(57) НАБОРНОЕ ПОЛЕ АНАЛОГОВОЙ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ, содержащее стационарную плату, в которой выполнены отверстия, расположенную над ней съемную коммутационную плату и коммутирующие штеккеры, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения наглядности и надежности набора удач, съемная коммутационная плата выполнена в вире набора коммутационных элементов, корпус каждого из которых выполнен в виде правильной треугольной призмы, при этом каждая боковая грань призмы име" ет два контактных .штыря, расположенных на одной диагонали на равном расстоянии от центра грани, и два контактных гнезда, расположенных на другой диагонали на том же расстоянии от центра грани, в каждой призме выполнено отверстие, соосное с соответствующим отверстием стационарной платы, оси отверстий расположены в пересечении высот треугольников оснований. призм, каждое ! отверстие снабжено ключом, который выполнен в виде двух совпадающих в плане профильных канавок, примыкающих к основаниям призмы, в корпус каждого коммутационного элемента вмонтированы операционный усилитель и четыре масштабных резистора, причем в каждом коммутационном элементе верхние контактные штыри первой и второй боковых граней призмы электрически соединены с выходом операцион-: ного усилителя, верхние контактные, гнезда второй и третьей боковых граней призмы соответственно через первый и второй масштабные резисторы электрически соединены с суммирующим входом операционного усилителя, нижние контактные гнезда второй и третьей боковых граней призмы соответственно через третий и четвертый масштабные резисторы электрически соединены с вычитающим входом операционного усилителя, во внутренней полости каждого из отверстий размещена контактная группа из четырех подпружиненных контактов, выполненных в виде сегментов, расположенных по высоте между профильными канавками ключа симметрично по окружности, первый и третий подпружиненные контакты, расположенные диаметрально противоположно, соединены соответственно с шиной "Минус" и с шиной "Плюс" питания операционного усилителя, а второй и четвертый подпружиненные контакты соединены с шиной нулевого потенциала операционного усилителя, каждый коммутирующий штеккер выпол-. нен в виде полой трубки, на внешней поверхности которого выполнен. прилив, 40

10864 длина которого равна длине профильной канавки ключа коммутирующего элемента, а профиль совпадает с профилем профильной канавки, внешний диаметр полой трубки равен диаметру отверстий коммутационных элементов и стационарной .платы, на внешней поверхности коммутирующего штеккера расположена контактная группа из четырех подпружиненных контактов, выполненных в виде сегментов, расположение которых по высоте и по окружности соответствует расположению подпружиненных контактов контактных групп коммутационных Ялементов, на наруж ной поверхности нижней части коммутирующего штеккера расположены три кольца токовводов,снабженных профильными канавками, первый контактный элемент контактной группы соединен электрически внутри полости коммутирующего штеккера с первым кольцом токовводов диаметрально противоположный ему вто1 рой контактный элемент - с вторым кольцом токовводов, третий и четвертый контактные элементы соединены с третьим кольцом токовводов, при этом верхняя поверхность, стационарной платы разделена на сопряженные равносторонние треугольники, длины сторон которых равны длинам сторон оснований призм коммутационных элементов, оси отверстий стационарной платы расположены в пересечении высот равносторонних треугольников, а с нижней стороны стационарной платы около каждого отверстия расположены три подпружиненных контакта с высотами,соответствующимирасположению колец токовводов коммутирующих штеккеров, электрически соединенные с шинами "Иинус", "Плюс" и шиной нулевого потенциала соответственно.

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.

В существующих аналоговых вычислительных машинах такие элементы, как операционные усилители, конденсаторы, масштабные резисторы, иэ которых набираются цепи решения, расположены в фиксированных местах.

Для набора задачи требуется соединить определенным образом входы и выходы данных элементов, что достигается коммутирующими цепями, набираемыми на специальном наборном поле или нескольких полях. Чтобы при фиксированном расположении решающих элементов имелась возможность получать необходимые для различных задач соединения, требуется черезвычайно развитая система коммутирующих цепей. Прн этом значительная длина соединительных проводов и тип отрицательно сказываются на точности решения задачи и скорости ее сборки.

В большинстве машин воэможности образования на имевшемся стандартном наборном поле цепей решения задач весьма ограничены. Операторы, осуществляющие набор задачи, выходят

5 !

О

25 из затруднения путем подключения при помощи дополнительных проводов различных элементов. Это усложняет работу.

Кроме того, перестройка машины для решения другой задачи требует значительных затрат времени.

Известно наборное поле, представляющее собой совокупность коммута— ционной съемной и стационарной плат, оснащенных контактами штыревого типа, обжимаемыми s гнезде за счет потенциальной энергии упругости металла(13.

Недостатками данного наборного поля являются малая эксплуатационная надежность, обусловленная конструкцией сложных съемных и стационарных плат, отсутствие наглядности при наборе задачи, что снижает точность еЬ сборки.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является наборное поле, содержащее стационарную плату с отверстиями, в которых расположены обжимные цанговые гнезда, и съемную коммутационную плату, на которой укреплены контактные штыри, выполняющие роль коммутируюших штеккеров С23.

1086440

Недостатком данного наборного поля является ограниченная надежность набора задач, обусловленная тем, что отсутствует наглядность набора задач, так как разным задачам моделирования может соответствовать одинаковый вариант набора элементов моделирования (резисторов, конденсаторов, операционных усилителей), что затрудняет контроль правильности набора 10 задач и ограничивает быстрое их решение.

Цель изобретения — повышение наглядности и надежности набора задач.

Указанная цель достигается тем, что в наборном поле аналоговой вычис" лительной машины, содержащем стационарную плату, в которой выполнены отверстия, расположенную над ней

20 съемную коммутационную плату и коммутирующие штеккеры, съемная коммутационная плата выполнена в виде набора коммутационных элементов, корпус каждого из которых выполнен в виде правильной треугольной призмы, при этом каждая боковая грань призмы имеет два контактных штыря, расположенных на одной диагонали на рав- ном расстоянии от центра грани, и два контактных гнезда, расположенных на другой диагонали на том же расстоянии от центра грани, в каждой призме выполнено отверстие, соосное с соответствующим отверстием стационарной платы, оси отверстий расположены в пересечении высот треугольников оснований призм, каждое отверстие снабжено ключом, который выполнен в виде двух совпадающих в плане профильных канавок, примыкающих к основаниям40 призмы, в корпус каждого коммутационного элемента вмонтированы операционный усилитель и четыре масштабных резистора, причем в каждом коммутационном элементе верхние контакт- 45 ные штыри первой и второй боковых граней призмы электрически соединены с выходом операционного усилителя, верхние контактные гнезда второй и третьей боковых граней призмы сост- 50 ветственно через первый и второй масштабные резисторы электрически соединены с суммирующим входом операционного усилителя, нижние контактные гнезда второй и третьей бо- 55 ковых граней призмы соответственно через третий и четвертый масштаб ные резисторы электрически соединены с вычитающим входом операционного усилителя, во внутренней полости каждого из отверстий размещена контакт-, ная групйа из четырех подпружиненных контактов,. выполненных в виде сегментов, расположенных по высоте между профильными канавками ключа симметрично по окружности, первый и третий подпружиненные контакты, расположенные диаметрально противоположно, соединены соответственно с шиной

"Минус" и с шиной "Плюс" питания операционного усилителя, а второй и четвертый подпружиненные контакты соединены с шиной нулевого потенциала операционного усилителя, каждый коммутирующий штеккер выполнен в виде полой трубки, на внешней поверхности которого выполнен прилив, длина которого равна длине профильной канавки ключа коммутирующего элемента, а профиль совпадает с профилем профильной канавки, внешний диаметр полой трубки равен диаметру отверстий коммутационных элементов и стационарной платы, на внешней поверхности коммутирующего штеккера расположена контактная группа из четырех подпружиненных контактов, выполненных в виде сегментов, расположение которых по высоте и по окружности соответствует расположению подпружиненных контактов контактных групп коммутационных элементов, на наружной поверхности нижней части коммутирующего штеккера расположены три кольца токовводов, снабженных профильными канавками, первый контактный элемент контактной группы соединен электрически внутри полости коммутирующего штеккера с первым кольцом токовводов, диаметрально про"тивоположный ему второй контактный элемент — с вторым кольцом токовводов, третий и четвертый контактные элементы соединены с третьим кольцом токовводов, при этом верхняя поверхность стационарной платы разделена на сопряженные равносторонние треугольники, длины сторон которых равны длинам сторон оснований призм коммутационных элементов, оси отверстий стационарной платы расположены в пересечении высот равносторонних треугольников, а с нижней стороны стационарной платы около каждого отверстия расположены три подпружиненных контакта с высотами, соответствующими расположению ко1086440

Аналого-вычислительная машина (фиг.1) содержит блок 1 питания, ста З0 ционарную плату 2, съемную коммутационную плату 3, выполненную из соединенных между собой коммутационных эле-, ментов 4, стационарная плата 2 и элементы коммутационной платы 3 соединены при помощи коммутирующих штеккеров 5, выходы блока 1 питания соединены с шинами "Плюс", "Минус" н шиной нулевого потенциала стационарной платы 2 и с входами соответствующих 4 коммутационных элементов съемной коммутационной платы 3, соответствующие выходы соответствующих коммутационных элементов 4 соединены с входом индикаторного блока 6. Каждый коммута ционный элемент 4 содержит операционный усилитель 7 и четыре масштабных резистора 8.

Корпус коммутационного элемента выполнен в виде правильной прямой треугольной призмы. Коммутационный элемент (фиг.2, вид сверху) содержит грани 9 призмы, контактные штыри 10, сквозное отверстие 11 с ключом 12, основание 13 элемента. Сквозное отверстие 11 выполнено диаметром ) на пересечении высот треугольников оснований 13.

55 лец токовводов коммутирующих штек" керов, электрически соединенные с шинами "Минус", "Плюс" и шиной нулевого потенциала соответственно. 5

На фиг.1 представлена блок-схема аналоговой вычислительной машины (АВМ), на фиг.2 — основание коммутационного элемента, на фиг.3 — схе-. ма подключения операционного усилите- 10 ля к штырям и гнездам граней корпуса коммутационного элемента (вид

А,Б и В), на фиг.4 — разрез Г-Г на фиг.2 (конструкция контактной группы для подвода питания операционного уси-15 лителя)< на фиг.5 — разрез М Д.на фиг.6 (схема расположения элементов

11 контактной группы относительно ключа), на фиг.б — наборное поле, разрез", на фиг.7 — съемная коммутационная плата при моделировании безынерционного объекта с тремя входами и двумя выходами на фиг.8 — то же, при моделировании алгебраического уравнения с положительными и отрицательными?5 коэффициентами на фиг.9 — стационарная плата, вид сверху, Каждая грань корпуса коммутационного элемента (фиг.3) имеет два кон" тактных штыря 10 и два контактных гнезда 14. Ключ 12 сквозного отверс- . тия 11 корпуса элемента (фиг.4) выполнен в виде двух профильных канавок 15 с двух сторон элемента на определенную глубину, например 1/4 высоты корпуса. Во внутренней полости отверстия 11 корпуса посредине между канавками 15 расположена контактная группа из четырех одинаковых сим-метрично расположенных сегментов 16, подпружиненных каждый пружиной 17.

Сегменты 16 электрически не соединены друг с другом. Сегмент 16.1 ось которого совпадает с осью канавок 15 ключа 12, и диаметрально противоположный ему сегмент 16 подключается электрически соответственно к шинам

"Минус" и "Плюс" питания усилителя 7, а сегменты 162 и 16 З подключены электрически к шйне нулевого потенциала.

Для подвода питания к фиксации коммутационных элементов 4 съемной платы 3 на стационарной плате,2 (фиг.6) используется штеккер 18, представляющий собой изоляционную полую трубку 19 с внешним диаметром

Р с приливом 20 ключа 12. Над приливом 20 имеется ручка 21. Под приливом, например на половине высоты корпуса коммутационного элемента

4,расположена контактная группа 22 в виде четырех одинаковых электрически не связанных друг с другом сегментов. На наружной поверхности нижней части трубки 19 расположены одно над другим три электрически не связанных друг с другом кольца

23,24 и 25 токовводов, снабженных профильными канавками.

Стационарная плата (фиг. 9) представляет собой изоляционную плату

26, разбитую на сопряженные правильные треугольники, сторона которых равна стороне основания коммутационного элементами В пересечении высот треугольников располагаются отверстия 27 диаметром )) . С внутренней нижней стороны платы 26 около каждого отверстия 27 расположены три подпружиненных контакта 28,29 и 30 (фиг.6).

На внутренней и внешней сторонах изоляционной платы 26 имеются выполненные, например, печатным монтажом, 1086440

Y (кX+aх) лов.

1- 1 "1 "2-l .

rye Х„, Х>

К„,К

2. Режим

Y=K Х > Y=KХ

45 шины "+", "-" и шина нулевого потенциала, которые соединяют соответственно подпружиненные контакты

28-30 с шинами "+", "-" и шиной нулевого потенциала блока 1 питания. 5

Эти шины на фиг.б не показаны, Коммутационный элемент 4 может выполнять следующие алгебраические операции.

1. Режим суммирования двух .сигнас=к Х К Х (0 К 0 Kz) сигналы на входе элемен- 1у та, которые подаются на верхние гнезда 14> и 14< второй и третьей грани 92, 9, значения коэффициентов 20 устанавливаемых при помощи масштабных резисторов 8 1 и 82, сигнал на выходе коммутационного элемента;

25 снимаемого с верхнего штыря 102 первой грани 9 размножения сигналов. где Х1 — сигнал на входе элемента, который подается на верхнее гнездо 14, третьей грани

9> 35

Y1) Y2 — сигналы на выходе элемента, снимаемые с верхних штырей

102 и 10,1 первой и второй граней 91 92, К1 — значение коэффициента, уста-40 навливаемого с помощью ре- зистора 81.

3 ° Режим масштабного преобразования одной переменной.

Y= K1X1

В данном случае возможны два варианта использования элемента 4 . сигнал Х„ подается на гнездо 14 грани 9, а сигнал Y может сниматься либо со штыря 102 грани 91, либо со

50 штыря 10< грани 92, коэффициент К 1 устанавливается с помощью резистора

8. (первый вариант). сигнал Х„ подается на гнездо 14 грани 92, а сигнал Y снимается только

3 55 со штыря 102 грани 91, коэффициент

К„ устанавливается с помощью резистора 82 (второй вариант).

4. Режим перемены знака суммы двух сигналов.

При этом Х1 подается на гнездо

146 грани 93, Х2 подается на гнездо

144 rpaHH 92 . Коэффициенты К1, К устанавливаются при помощи резисторов Я ,3 У

84.

5. Режим размножения сигналов. с изменением знака.

При этом Х подается на гнездо

14< грани 93, à сигналыУ1 и (снимают2 ся с верхних штырей 102 и 10 граней

9 „ и 92 . Коэффициент К устанавли1 вается при помощи резистора 8

Режим масштабного преобразования одной переменной с изменением знака. j

Y=-k X

11

В данном случае возможны два варианта использования элемента! сигнал Х1 подается на гнездо 14б грани 9, сигнал (может сниматься либо со штыря 102 грани 91, либо со штыря 10+ грани 9, коэффициент

К„ устанавливается с помощью резистора 8 > (первый вариант) сигнал Х1 подается на гнездо 144 грани 92, а сигнал Y снимается только со штыря 102 грани 9, коэффициент

К1, устанавливается с помощью резистора 8 .

Рассмотрим использование наборного поля при моделировании íà ABM безынерционных (статических) объектов на примере объекта с тремя овходами и двумя выходами .3

Y. - "-Е. с1 .. Х ., i =,2. 5

i=1,2. По формулЯ „=2htn-(n+mj, (

rpeN — требуемое количество коммуап тационных элементов

h — - число входов

tn - число выходов, можно определить число коммутационных элементов 4, необходимых для моделирования объекта.

При h=3, ttl=2 H3h 7.

Съемная коммутационная плата 3 при моделировании указанного объекта изображена на фиг.7. При наборе

40

10864

Таким образом, применение предлагаемого наборного поля повышает надежность набора задачи моделирования, поскольку каждой типовой задаче моделирования соответствует своя конфигурация съемной коммутационной платы.

Обслуживающий персонал даже невысокой квалификации, пользуясь чертежом кон.фигурации съемной коммутационной платы, 40 может легко собрать ее из коммутационных элементов.

55

9 соответствующие штыри 10 одних коммутационных элементов 4 вставляются в соответствующие гнезда 14 других коммутационных элементов 4.

10 j+ . 5

Обозначение 2 9)на фиг.7 означает, g - g)что штырь 10. 6-го коммутационного

2 элемента 4 вставляется в гнездо 14

5- ro коммутационного элемента 4.

Сигналы („ и У2 снимаются со штырей

10 2 и 5-ro элементов. Предлагаемое исполнение коммутационного эпемента позволяет при моделировании статических объектов. (например, на фиг.7) использовать его в роли сумматора (-1,2,4 и 5-й элементы), или в виде раздвоителя сигналов (3, 6, и 7-й элементы).

Цифры при вершинах — номера эле- ментов. Знак Q+ означает, что элементы работают в неинвертирующем режиме (основанием 13 вверх для каждого элемента).

Рассмотрим применение предлагаемого наборного поля при моделировании на ABM алгебраических уравнений с отрицательными и положительными коэффициентами, например, при моделировании уравнения

-,< y )C -ы Х+a Х4. (21

12 22 3 +4

По формуле (1) определяем, что требуемое число элементов (й =4, )п=1))Ч „=3.

Схема моделирования уравнения (2) приведена на фиг.8, где 1 и 3-й элементы работают в качестве сумматоров двух сигналов, а 2-й элемент работает в режиме инвертирования знака двух сигналов. Это достигается тем, что 1 и 3-й элементы расположены основанием 131 вверх, а 2-й элемент расположен основанием 13 вверх (фиг.3).

На фиг.8 символ („-) на 2-ом элемен.

45 те означает, что 2-й элемент имеет сверху основание 13 .

При этом:

По аналогичным правилам моделируются системы алгебраических уравнений.

Набор задач с помощью предлагает мого наборного поля осуществляется следующим образом.

Согласно условию задачи, из коммутационных элементов 4 набирается схема моделирования. Потом эти элементы, образующие съемную коммутационную плату 3, укладываются на соответствующие места стационарной платы 2.

Затем через отверстия 11 корпусов элементов 4 и соответствующие отверстия стационарной платы 2 устанавливают штеккеры 18 таким образом, чтобы прилив 20 штеккера был установлен в ключе 12 отверстия 11. Тогда через подпружиненные контакты 28,29 и 30 стационарной плауы 2 кольца 23,24 и 25 токовводов штеккера 18, сегменты 22 контактной группы штеккера 18, сегменты 16 контактной группы коммутационного элемента 4 соответствущие шины

"Плюс" и "Минус" питания и шина нулевого потенциала блока 1 питания подключаются к соответствующим шинам операционных усилителей 7 коммутационных элементов 4.

Кроме. того, при отказах отдельных коммутационных элементов их можно заменять другими благодаря однотипности и многорежимности их использования. Этим также обеспечивается надежность решения задач моделирования.

При включении в обратную или пряо мую цепь. операционного усилителя масштабного компенсатора коммутационных элементы могут быть использованы и для моделирования задач динамики.

Все это определяет технико-экономический эффект изобретения.

1086440

1086440

Фиг. У

ВНИИПИ Заказ 2243/46 ТиРаж 699. Подписмое àï ШШ "Летеат", r Уигофод ул.Проектам, 4