Сеточный интегратор для решения нелинейных задач

 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, предназначено для решения нелинейных дифференциальных уравнений и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 890410. Целью изобретения является повьш1ение быстродействия. Устройство содержит R-сетку 1, конденсаторы 2 и 3, ключ 4, триггер. Шмитта 5, диодньй ключ 6, эмиттерный повторитель 7, генератор 8 напряжения, источник 10 постоянного напряжения, переменный резистор 9, группу усилительных полевых транзисторов 11, : группу светодиодов 12. R-сетка 1 содержит резисторы 13 и 14 ii нелинейные элементы 15. Устройство позволяет повысить быстродействие при съеме информации за счет непосредственной визуализации процесса решения задачи. 1 ил. i (Л 1Ч

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 G 06 G 7 46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 890410 (21) 3749958/24-24 (22) 01. 06. 84 (46) 15. 11. 87. Бюл. Р 42 (7! ) Институт проблем комплексного освоения недр АН СССР (72) А. T. Айруни, A. В. Садовой, А. В.Нестопалов, В. П. Вавилин и В.А. Ставровский (53) 681.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 890410, кл. С 06 G 7/46, 1980. (54) СЕТОЧНЫЙ ИНТЕГРАТОР ДЛЯ РЕШЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ЗАДАЧ (57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, предназначено для решения нелинейных диффе„„SU„„1352512 A 2 ренциальных уравнений и является усовершенствованием изобретения по авт. св. Р 890410. Целью изобретения является повышение быстродействия. Устройство содержит R-сетку 1, конденсаторы 2 и 3, ключ 4, триггер Шьктта 5, диодный ключ 6, эмиттерный повторитель 7, генератор 8 напряжения, источник 10 постоянного напряжения, переменный резистор 9, группу усилительных полевых транзисторов 11, группу светодиодов 12. R-сетка 1 содержит резисторы 13 и 14 и нелинейные элементы 15. Устройство позволяет повысить быстродействие при съеме информации за счет непосредственной визуализации процесса решения задачи.

1 ил.

1352512

Изобретение относится к аналоговой и вычислительной технике, предназначено для решения нелинейных дифференциальных уравнений и является усовершенс гвованием изобретения по авт.св, Р 89041 О.

На чертеже схематично .представлено предлагаемое устройство.

Устройство содержит R-сетку 1, конденсаторы 2 и 3, ключ 4, триггер

IIIMHTTd 5, диодный ключ 6, эмиттерный повторитель 7, генератор 8 напряжения, переменный резистор 9, источник 10 постоянного напряжения, группу усилительных полевых транзисторов 11, группу светодиодов 12. R-сетка содержит резисторы 13 и 14 и нелинейные элементы 15.

20

О, если U

П „„если 11,„> U,.

За счет наличия в схеме конденсатора 2 и 3 ключа 4 емкость, включенная в узловую точку R-сетки, равна

Устройство работает следующим образом.

При решении прямых, обратных и инверсных задач теплопроводности для

25 учета зависимости теплофизических свойств, С, от температуры емкости Р-сетки в процессе решения должны изменяться по определенным зависимостям в функции потенциалов узловых точек U В данном интеграторе это достигается за счет периодического подключения параллельно конденсатору 2 дополнительного конденсатора 3. Для этого в схеме применен ключ 4, в качестве которого может быть З5 использован транзисторный интегральньЖ прерыватель, полевой транзистор, оптико-электронный ключ и т.д. Сигнал управления на управляющий вход ключа 4 поступает с выхода триггера "

П1митта 5, выполняющего в схеме роль широтно-импульсного модулятора, Он производит сравнение потенциала узловой точки R-сетки с периодическим напряжением специальной формы П (), вырабатываемым генератором 6 йапряжения. Схема настроена так, что с выхода триггера Шмитта 5 на ключ 4 поступают прямоугольные импульсы U, амплитуда которых равна

50 где С и С

Т

Т4 емкости конденсаторов 2 и 3 соответственно; относительная длительность прямоугольных импульсов; период следования импульсов; время, в течение кото- ° рого ключевой элемент 4

Ф з амкнут (при э том U

11макс)Параметр зависит от уровня потенциала U,, а также от формы напряжения U (Г). Соответствующим выбором

9 формы этого напряжения можно воспроизвести любой вид зависимости С = .= Е (V ), следовательно, смоделировать требуемую нелинейность в решаемом уравнении. Для формирования напряжения U (7) используется единый для

Ч всей модели генератор 6 напряжения.

Он может быть построен либо на дискретном, либо на аналоговой принципе.

В последнем случае в качестве него может быть использован операционный усилитель, во входной цепи которого или в обратной связи включено нелинейное или управляемое сопротивление с требуемой вольт-амперной характеристикой, причем на вход этого усилителя должно подаваться развертывающее пилообразное напряжение с периодом Т.

В i-й момент размыкания ключа 4 на конденсаторе 3 остается напряжение

U ., равное в этот момент напряжению

С1 Э

= U на конденсаторе 2. В течение интервала времени, когда ключ 4 разомкнут, напряжение U = Uo изменяется, поэтому в следуюц|ий (i+I)-й момент. замыкания ключа сначала происходит скачок напряжения, вызванный выравниванием напряжений на обкладках конденсаторов 2 и 3,. а затем начинается их совместный заряд (разряд).

Для исключения скачка в интеграторе используются эмиттерный повторитель 7 и диодный ключ 8. Эмиттерный повторитель 7 с высокоомным входом необходимы в схеме для исключения влияния зарядной цепи, состоящей из конденсатора 3, генератора и триггера Шмитта 5, на работу интегратора. Поскольку коэффициент усиления эмиттерного повторителя всегда меньше единицы, то при размыкании ключа 4 диодный ключ 8 автоматически запирается и наоборот. !

1352512

Формула изобретения

Составитель В. Рыбин

Редактор M. Андрушенко Техред Л.Олийнык Корректор С. Шекмар

Заказ 5568/50 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква,.Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная,4

Таким образом, диодный ключ 8 работает в противофазе с ключом 4.

При замыкании ключа 4 конденсаторы 2 и 3 включаются параллельно, вследствие. чего суммарная емкость, подключенная к узловой точке R-сетки, равна С;-С,+С .При размыкании ключево-, го элемента 4 С = С,, однако при этом конденсатор 3 продолжает заря- 10 жаться, но уже не непосредственно от узловой точки, а через диодный ключ 6 выходным напряжением эмиттерного повторителя 7. В результате этого напряжения на обкладках конденсаторов 2 15 и 3 всегда равны независимо от того, в каком состоянии ключ 4 находится: замкнутом или разомкнутом. При этом исключается скачок напряжения в мо-. мент замыкания ключа 4. 20

При решении задач хрупкого разрушения горных пород интегратор работает следующим образом.

При изменении потенциала узла А происходит изменение величины сопро-: 25 тивления нелинейных элементов IO ÷òî в свою очередь приводит к изменению постоянной времени заряда емкостей в близлежащих узлах В, С, D, Е. В качестве нелинейных элементов могут 30 быть применены, например, двуханодные стабилитроны или динисторы, сопротивления которых изменяются по известным нелинейным законам в функции изменения потенциала узла A.

Устройство, осуществляющее индикацию и отображение моделируемого процесса на экране, работает следущим образом.

В процессе решения задачи происхо- 40 дит изменение потенциалов в узлах сетки (А, В, С, D Е,...), что позво ляет изменить потенциалы затворов соответствующих усилительных полевых транзисторов 11. Это в свою очередь 45 приводит к изменению величины тока истока, а следовательно, и к измене-, нию яркости свечения светодиодов 12 °

Положением средней точки переменного резистора 10 осуществляется выбор рабочей точки всех полевых транзисторов 11.

Информация, полученная при помощи устройства индикации, регистрируется кино-фото-телеаппаратурой, что позволяет осуществлять одновременную регистрацию во всех узлах RC-сетки скорости распространения и формы области хрупкого разрушения массива горной породы.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет уменьшить затраты времени на регистрацию решения задачи и обеспечивает возможность отображения моделируемого процесса, на демонстрационный экран.

Сеточный интегратор для решения нелинейных задач по авт. св. 11 890410, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены источник постоянного напряжения, переменный резистор, группа усилительных полевых транзисторов и группа светодиодов, катоды которых подключены к выходу отрицательной полярности сигнала источника постоянного напряжения, выход положительной полярности сигнала которого соединен с истоками усилительных полевых транзисторов группы и с подвижным контактом переменного резистора, крайний вывод которого соединен с граничным . узлом R-сетки, группа центральных узлов которой подключена к затворам соответствующих усилительных полевых транзисторов группы, стоки которых соединены с катодами соответствующих светодиодов группы, второй вывод переменного резистора подключен к шине нулевого потенциала.