Устройство для решения краевых задач теории поля

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ КРАЕВЫХ ЗАДАЧ ТЕОРИИ ПОЛЯ, содержащее R-сетку, п основных накопительных конденсаторов, инвертор, выход которого подключен к информационному входу блока регистрации, первый коммутатор, блок задания граничных условий и блок задания начальных условий, выходы которых соединены с соответствующими узлами R-сетки, и блок управления, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены дополнительный накопительный конденсатор , два ключа, операционный усилитель и второй коммутатор, а блок управления содержит три ключа, три источника постоянного напряжения, три одновибратора, счетчик, интегратор , блок сравнения, переменный резистор и генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к информационному входу первого ключа блока управления, выход первого источника постоянного напряжения подключен к информационному входу второго ключа блока управления, первый выход второго ключа блока управления соединен с входгили блоков задания граничных и начальных условий, выход второго источника постоянного напряжения подключен к информационному входу третьего ключа блока управления, выход третьего ключа блока управления соединен с информационным,входом интегратора, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, выход третьего источника постоянного напряже- , ния соединен с первым выводом переменного резистора, средний вывод которого подключен к второму входу блока сравнения,; выход которого соединен с управляющими входами второго коммутатора и первого ключа блока управления, выход первого ключа блока управления подключен к инфорi мационному входу счетчика, к управляющему входу первого коммутатора (О и к входам первого, второго и третьего одновибраторов, выходы которых соединены соответственно с упраВ ляющими входами первого ключа,блока § . регистрации и второго ключа, выход которого подключен к первому информационному входу первого ключа и к входу инвертора, второй выход второго ключа блока управления соединен с входами обнуления интегратора и счетСП чика, второй выход переменного резиссо тора и второй информационный вход первого ключа подключены к шине нулевого потенциала, первая группа выходов второго коммутатора подключена к группе информационных входов первого коммутатора, выход которого соединен с первым выводом дополнительного накопительного конденсатора, с информационным входом второго ключа и с входом операционного усилителя , выход которого подключен к первым выводам п основных накопительных конденсаторов и к входу инвертора , центральные узлы R -сетки соединены с второй группой информационных входов второго коммутатора, п выходов которого подключены к вторым вы

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК, «Ю П1>

З(ЮС 06 G 7/46

° .Выев ! г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3544305/18-24 (22) 26.01 ° 83 (46) 30.07.84 ° Вюл. 9 28 (72) A.Ï. Арсеньева и M.М.Вайнер (71) Ленинградское отделение Всееоюзного ордена Ленина проектно-изыскательского и научно-исследовательского института Гидропроект им.С.ЯеЖука (53) 681 ° 333 (088а8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Р 517028, кл. G 06 G 7/48, 1974, 2.Кузьмин M.Ï. Электрическое моделирование нестационарных процессов теплообменника. И., Энергия, с. 383. (54)(57) УСТРОИСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ

КРАЕВЫХ ЗАДАЧ ТЕОРИИ ПОЛЯ, содержащее Р -сетку, основных накопительных конденсаторов, инвертор, выход которого подключен к информационно.му входу блока регистрации, первый коммутатор, блок задания граничных условий и блок задания начальных условий, выходы которых соединены с соответствующими узлами R-сетки, и блок управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены дополнительный накопительный конденсатор, два ключа, операционный усилитель и второй коммутатор, а блок управления содержит три ключа, три источника постоянного напряжения, три одновибратора, счетчик, интегратор, блок сравнения, переменный резистор и генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к информационному входу первого ключа блока управления, выход первого источника постоянного напряжения подключен к информационному входу второго ключа блока управления, первый выход второго ключа блока управления соединен с входами блоков задания граничных и начальных условий, выход второго источника постоянного напряжения подключен к информационному входу третьего ключа блока управления, выход третьего ключа блока управления соединен с информационным. входом интегратора, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, выход третьего источника постоянного напряже-, ния соединен с первым выводом переменного резистора, средний вывод которого подключен к второму входу блока сравнения,- выход которого соединен с управляющими входами второго коммутатора и первого ключа блока управления, выход первого ключа блока управления подключен к информационному входу счетчика, к управ- I . ляющему входу первого коммутатора и к входам первого, второго и третьего одновибраторов, выходы которых соединены сооввевсввенно с упоев ». ляющими входами первого ключа, блока регистрации и второго ключа, выход которого подключен к первому информационному входу первого ключа и к входу инвертора, второй выход второго ключа блока управления соединен с () входами обнуления интегратора и счет- р чика, второй выход переменного резистора и второй информационный вход первого ключа подключены к шине ну" левого потенциала, первая группа выходов второго коммутатора подключе- ее на к группе информационных входов первого коммутатора, выход которого соединен с первым выводом дополнительного накопительного конденсатора, с информационным входом второго ключа и с входом операционного усилйтеля, выход которого подключен к первым выводам и основных накопительных конденсаторов и к входу инвертора, центральные узлы R -сетки соединены с второй группой информационных входов второго коммутатора, и выходов которого подключены к вторым вы1105910 водам одноименных .основных вако- пительных конденсаторов, входы сброса и запуска устройства соединены с управляющими входами второго и третьего ключей блока управления.

Изобретение относится к аналоговой: ционному входу первого ключа блока вычислительной технике и предназначе- управления, выход первого источника но для решения нестационарных крае- постоянного напряжения подключен к вых задач теории поля, например задач информационному входу второго ключа теплопроводности. 5 блока управления, первый выход втоИзвестно УстРойство ДлЯ РешениЯ рого ключа блока управления соединен гРаничных задач теоРии полЯ, содеР- со входами блоков задания граничных жащее R --сетку, блок задания гРанич- и начальных условий, выход второго ных условий и блок задания начальных источника постоянного напряжения условий, операционный усилитель и о подключен к информационному входу блок регистрации 313. третьего ключа блока управления, выНеДостатком этого Устройства ЯвлЯ- ход третьего ключа блока управления ется низкое быстродействие, так как соединен с информационным входом индля съема результатов требуется про- тегратора, выход которого подключен изводить большое число повторений к первому входу блока сравнения, вырешения с регистрацией искомой функ- ход третьего источника постоянного ции в одном узле Р -сетки за один напряжения соединен с первым вывоповтор. дом переменного резистора, средний

Наиболее близким по технической вывод которого подключен ко второму сущности к изобРетению является уст- входу блока сравнения, выход котороройство для решения краевых задач 2 го соединен с управляющими входами теории поля, содержащее R -ceTKQ, второго коммутатора и первого ключа основных накопительных конденсато- блока управления, выход первого клюров, инвертор, выход которого под- ча блока управления подключен к ининформаЦионномУ вхоДУ блока формационному входу счетчика, к

РегистраЦии, пеРвый коммУтатоР, блок 25управляющему входу первого коммутазадания граничных условий и блок тора и к входам первого, второго и задания начальных условий, выходы третьего одновибраторов, выходы котокоторых соединены с соответствующими рых с управ узлами Р -сетки, и блок управлени j2). ляющими входами первого ключа блока

Недостатком этого устройства так- Зорегистрации и второго ключа, выход же является низкое быстродействие. которого подключен к первому информаЦелью изобретениЯ ЯвлЯетсЯ повы- ционному входу первого ключа и ко быстродействия устройства для входу инвертора, второй выход второрешения краевых задач теории поля. го ключа блока управления соединен оставленная цель достигается со входами обнуления интегратора и тем что в устройство для e+eHHH с летчика,второй выход переменного Ре краевых задач теории поля, содержа- зистора и второй информационный вход щее R -сетку, о основных накопитель- первого ключа подключены к шине нуленых конденсаторов, инвертор, выход вого потенциала, первая группа выходов которого подключен к информационно- второго коммутатораподключена кгрупму входу блока регистрации, первый пе информационных входов первого комкоммутатор, блок задания граничных мутатора, выход которого соединен с условий и блок задания начальных ус- первым выводом дополнительного накопиловий, выходы которых соединены с со- тельного конденсатора, с информацион" ответствующими узлами R --сетки, и ным входом второго ключа и со входом блок управления, введены дополнитель- 45 операционного усилителя, выход котоный накопительный конденсатор, два рого подключен к первым выводам и . ключа, операционный усилитель и вто- основных накопительных конденсаторов рой коммутатор, а блок управления и ко входу инвертора, центральные содержит три ключа, три источника узлы -сетки соединены со второй постоянного напряжения, три одновиб- g{j группой информационных входов второt ратора, счетчик, интегратор, блок го коммутатора, и выходов которого подсравнения, переменный резистор и ключены ко вторым выводам одноименных генератор прямоугольных импульсов, .основных накопительных конденсаторов, выход которого подключен к информа- входы сброса и запуска устройства

1105910 соединены с .управляющими входами второго и третьего ключей блока управления.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — функциональная схема блока управления; на фиг. 3— временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство содержит R -сетку 1, основные накопительные конденсаторы

2, блок 3 задания граничных условий, блок 4 задания начальных условий, блок 5 управления, операционный усилитель б, коммутатор 7, инвертор 8, блок 9 регистрации, коммутатор 10, ключ 11, дополнительный накопительный конденсатор 12, ключ 13.

Блок 5 управления содержит ключи

14-16, источники постоянного напряжения 17-19, одновибраторы 20-22, счетчик 23, интегратор 24, блок 25 сравнения, переменный резистор 26, генератор 27 прямоугольных импульсов.

Пуск устройства осуществляется подачей управляющего сигнала на ключи 14, 15 блока 5 управления. При этом напряжение от источника 17 поступает на входы блоков 3, 4, обеспечивая задание граничных и начальных условий на R --сетке 1. Напряжение от источника 18 поступает на вход интегратора 24, вследствие чего на его выходе формруется линейно нарастающее напряжение (аналог машинного времени), крутизна которого прямопропорциональна величине входного напряжения интегратора 24. Этим обеспечивается выбор необходимого масштаба времени модели. Линейно нарастающее напряжение с выхода интегратора 24 поступает на первый вход блока 25 сравнения, на второй

-вход которого с выхода делителя переменного резистора 26 подано посто". янное напряжения Е4, величина которого выбирается таким образом, чтобы момент равенства сравниваемых напряжений соответствовал моменту иэмерения в выбранном масштабе времени.

При равенстве указанных напряжений на выходе схемы сравнения формируется перепад напряжения, поступающий на управляющий вход коммутатора

10, обеспечивая отключение от узлов

R -сетки основных накопительных конденсаторов 2, выполняющих, таким образом, роль запоминающих элементов. ОдновременнО с этим перепадом напряжения открывается ключ 16, через который с выхода генератора 27 на входы одновибраторов 22, 20, 21, а также на вход счетчика 23 начииа- ° ют поступать импульсы прямоугольной формы. Этими импульсами управйяется коммутатор 7, осуществляя последовательное во времени подключение конденсаторов 2 в цепь обратной связи где операционного усилителя б считывания параллельно дополнительному конденсатору 12, одной из функций которого является обеспечение замкнутой цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя б.

Величина емкости конденсаторов 2 в общем случае в различных узлах сетки различна. Следствием этого является зависимость считываемого на10 пряжения от величины емкости этих конденсатбров. Для устранения этой зависимости считывание производится по двухтактной схеме.

В первом такте подачей управляю15 щего сигнала с шестого выхода блока 5 управления (выход одновибратора

22) размыкается ключ 13. Длительность этого импульса такова, что разомкнутое состояние ключа 13 поддерживается в течение всего процесса считывания (см. временную диаграмму на фиг. 3, где индексы иллюстрируются напряжением соответствующей нумерации элементов на фиг. 1 и 2) . Одновременно с этим управляющим импульсом с четвертого выхода блока 5 управления узловой конденсатор включается в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя б параллельно дополнительному конденсатору 12. Выходное напряжение операционного усилителя при этом равно

С

2 12

35 () — выходное напряжение операционного усилителя б;

02 †.напряжение на узловом конденсаторе 2;

С2,С12 — емкости основного и допол40 нительного накопительных конденсаторов соответственно.

Во втором такте задним фронтом. импульса генератора 27 запускаются одиовибраторы 20 и 21. Сформированный по длительности импульс с выхода одновибратора 20 поступает на ,управляющий вход ключа ll вызывая его срабатывание и переключение одной иэ.обкладок конденсатора 12 с

50 выхода операционного усилителя б на об- щую (нулевую) шину модели. Дополнитель-. ный накопительный конденсатор 12 при этом полностью разряжается. Благодаря действию отрицательной обратной свя55 зи заряд с этого конденсатора полностью переходит на узловой конденсатор 2, включенный в цепь обратной связи. Суммарный заряд на конденсаторе 2 во втором такте равен

2 12 2 а

Ъ где Q ид — заряды на конденсаторах 2

65 2 и 12 соответственно;

1105910

0 - напряжение на конденсаторе 2;

u - — =-о . < l

2 ь с 5

Выходное напряжение операционного усилителя при этом соответствует выражению (3) .

3То напряжение после инвертирования поступает на вход блока 9 регист- о рации, который запускается импульсом с выхода одновибратора 21. Соотношение длительностей управляющих импульсов.показано на временной диаграмме.

Задержка запуска блока 9, осуществля-15 емая одновибратором 21, необходима для учета времени срабатывания ключа

11, После того, как будут произведены считывание и регистрация напряжений go всех накопительных конденсаторов, подключенных ко входу коммутатора (этому моменту соответствует определенное значение показаний счетчика 23) оператором производится возврат системы в исходное положение путем управляющего сигнала с ключей 14, 15 блока 5 управления вследствие чего формируются сигналй сброса интегратора и счетчика. После этого может быть произведен повторный запуск модели для измерения значений искомой переменной в следующий момент времени.

Для этого должно быть установлено новое значение напряжения E< .

Таким образом, достаточно простыми средствами за один цикл измерения производится съем результатов в большом количестве узлов R -сетки, чем достигается значительное повышение общего быстродействия модели.

Использование изобретения позволяет в несколько десятков раз уменьшить время съема результатов решения нестационарных краевых задач теории поля и тем самым повысить общее быстродействие сеточной модели.

1105910 . гй У

Ы

"is

Е

Ъм

Код

Маг

ВНИИПИ Заказ 5603/39 тираж 699 Полпи иое

Филиал ППП "Патент", r. Умгород, ул. Проектная,4