Устройство для решения дифференциальных уравнений в частных производных

 

Изобретение относится к аналого-цифровой вычислительной технике и может быть применено для решения краевых задач, описываемых дифференциальными уравнениями в частных производных с функциональными и нелинейными зависимостями коэффициентов, методом дискретного моделирования. Цель изобретения - повышение точности функционирования устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит R-сетку 1, пороговый блок.2, первый 3 и второй 4 регистры, блок постоянной памяти 5, цифроаналоговый преобразователь 6, аналого-цифровой преобразователь 7, первый 8 и второй 9 элементы сравнения , элемент ИЛИ 10, первый 11, второй 12, третий 13, четвертый 14 и пятый 15 элементы И, первый 16, второй 17, третий 18 ключи, счетчик 19, генератор импульсов 20, первый 21 и второй 22 триггеры, 3 ил. (Я v| со СЛ оо ФиеЛ

(19) (11) С0ЮЗ СОВЕТСНИХ

ЮИ

РЕСПУБЛИК

А1 рц G 06 F /40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

- Ир

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlQ ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГХНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4768317/24 (22) 22.12.89 (46) 23.05.92. Бюл. < 19 (71) Рижский политехнический институт и Научно-производственное объединение "Композит" (72) Ф.П. Эвиргздиньш, А.В, Патерсонс, 9.И. Должанский и А.П. Спалвинь (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Н 1322332, кл. G 06 F 3/00, 1987.

Авторское свидетельство СССР 1324043,, G 06 F 7/40, 1987 (прототип), (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ДИФФЕРЕН. ЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ В ЧАСТНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ (57) Изобретение относится к аналого-цифровой: вычислительной технике

2 и может быть применено для решения краевых задач, описываемых дифференциальными уравнениями в частных производных с функциональными и нелиней,— ными зависимостями коэффициентов, методом дискретного моделирования.

Цель изобретения - повышение точности Функционирования устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит R-сетку 1, пороговый блок.2, первый 3 и второй 4 регистры, блок постоянной памяти 5, цифроаналоговый преобразователь 6, аналого-цифровой преобразователь 7, первый 8 и второй. 9 элементы сравнения, элемент ИЛИ 1О, первый 11, второй 12, третий 13, четвертый 14 и пятый 15 элементы И, первый 16, вто" рой 17, третий 18 ключи., счетчик 19, генератор импульсов 20, первый 21 и второй 22 триггеры. 3 ил.

3 17

Изобретение относится к аналогоцифровой вычислительной технике и может быть примененодля решения краевых задач, описываемых дифферен циальными уравнениями в частных производных с функциональными и нелинейными зависимостями коэффициентов, методом дискретного моделирования.

Целью изобретения является повышение точности функционирования устройства.

На Фиг.1 представлена Функциональная схема устройства; на фиг.2 эпюры характера протекающего переходного процесса; на фиг.3 - эпюры работы устройства.

Устройство содержит R-сетку 1, пороговый блок 2, первый 3 и второй 4

;регистры, блок 5 постоянной памяти, цифроаналоговый преобразователь 6, аналого-цифровой преобразователь 7, первый 8 и второй 9 элементы сравнения, элемент ИЛИ 1О, первый .11, второй 12, третий 13, четвертый 14 и пятый 15 элементы И, первый 16, втоРой 17, третий 18 ключи, счетчик 19, генератор 20 импульсов, первый 21 и второй 22 триггеры, причем вход опти" мального значения опорного напряжения подключен к первому и информационному входу третьего ключа 18 и к первому входу порогового блока 2, первый выход которого подключен к первым входам первого 11 и второго

12 элементов И, к входу чтения/записи второго регистра 4, к выходу признака результата устройства и к управляющему входу второго ключа 17, соединенного выходом с входом измеряемого напряжения аналого-цифрового преобразователя 7, первым выходом . подключенного к первым входам третьего 13 и четвертого 14 элементов И.

Второй выход аналого-цифрового преобразователя 7 подключен к первому входу первого элемента 8 сравнения и к информационному входу первого регистра 3, выход которого подключен к информационному входу цифроанало" гового преобразователя 6, к выходу результата устройства, к первому адресному входу блока 5 постоянной памяти и к второму входу первого элемента 8 сравнения, выход которого подключен к второму входу четвер" того элемента И 14, связанного выходом с входом установки в единицу второго триггера 22, выход которого

Принцип работы устройства основан на изменении опорного напряжения

У в при Ума > Бор Обетах Рабочий диапазон R-сетки; loop% - оптимальное значение) и определейие временной

35840 4 подключен к вторым входам первого 11, второго 12 и третьего 13 элементов

И. Выход третьего элемента И 13 связан с входом чтения/записи первого регистра 3. Выход первого элемента

И 11 подключен к первому входу элемента ИЛИ 10, выход которого подключен к выходу признака завершения переходного процесса устройства. Выход цифроаналогового преобразователя

6 подключен к первому информационному входу первого ключа 16, вторым информационным. входом соединенного с выходом второго элемента И 12, Выход первого ключа 16 подключен к входу опорного напряжения R-сетки 1, выходом подключенной к первому информационному входу второго ключа 17 и к второму входу порогового блока 2, связанного вторым выходом с вторым инФормационным входом первого ключа 16 и с вторым информационным входом второго ключа 17. Вход нулевого значения напряжения устройства подключен к второму информационному входу третьего ключа 18, выход которого подключен к третьему входу порогового элемента 2, Вход начальной установки устройства подключен к входам установки в ноль первого 21 и второго 22 триггеров, счетчика 19, первого 3 и второго 4 регистра 4, выход второго регистра 4 подключен ко второму адресному входу блока постоян35 ной памяти 5, выход которого подключен к первому входу второго элемента 9 сравнения, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ

10, Вход запуска устройства подклю40 чен к входу установки в единицу первого триггера 21, выход которого подключен к управляющему, входу третье-. го ключа 18 и к первому входу пятого элемента И 15, связанного выходом

45 с счетным входом счетчика 19, выход которого подключен к второму входу второго элемента 9 сравнения и к информационному входу второго регистра 4. Выход генератора импульса 20

5О подключен к входу синхронизации ана лого-цифрового преобразователя 7 и к второму входу пятого элемента И 15.

735840 константы переходного процесса.

Если предположить, что R-сетки линейна и переходной процесс в ней происходит по экспоненциальному закону дпя отрезка (t,t) где U) F= UggF const, справедливы выражения

0пи1х(й) А(1-е ); Ф = -с/1n(1. «

-Ю

U><>(t)/А) .

Учитывая, что О,„ах(t>) UD, а при установившемся режиме справедливо соотношение

А/11ор1 11ЮГг„ „ /1 КЕГ > можно определить 1; = -t /1n (1

UgggЮ1 Р, ) т.е для определения

Ф требуется измерить t<, время, за которое 0,„а„достигает бар и U F..

Теоретическ U „ должен измерягься при t - co, однако для приблизитель" ных расчетов можно пользоваться значением U <Ä, измеренным быстрым аналого-циФровым преобразователем (мень.шей разрядности, чем у системного

Преобразователя), при условии совпа" дения двух последовательных отчетов

Возникающая из-за этого ошибка, а также ошибка, вносимая дискретностью отсчета времени t, может быть определена по Формуле

35 б ключ 18 переводит,в состояние, при котором U

Тактовый импульс с выхода генератора 20 импульсов поступает на вход синхронизации аналого-циФрового преобразователя (АЦП) 7 и на второй вход пятого элемента И 15; с выхода которого тактовые импульсы поступаМт на счетный вход счетчика 19, определяющего текущее время. ka выходе порогового блока 2 Формируется напря.жение UREF„(= Uopk), которое с его второго выхода поступает на вторые и инФормационные входы первого 16 и второго 17 ключей. С выхода первого ключа 16 напряжение 11 е посюмак тупает на вход опорного напряжения

R-сетки 1 в качестве опорного напряжения, С выхода второго ключа 17 на вход измеряемого напряжения АЦП 7 поступает U„„,;,((U а1 — модуль максимального йапряжения на К-сетке 1).

В R-сетке 1 протекает апериодический переходный процесс. В зависимости от того, как протекает переходный процесс e R-сетке 1, возможны два режима Фиксации конца переходного процесса. Первый режим — когда U „,а„ достигает оптимального значения опорного значения Uo, а второй - когда

Ulllz„ не достигает 0 ар .

В первом режиме устройство работает следующим ббразом.

45

55 и в последовательности учтена.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу КЕЯЕТ, поступающему на вход начальной установки устрой1 ства, устройство приводится в исходное состояние. При этом первый 21 и второй 22 триггеры, первый 3 и второй 4 регистры и счетчик 19 устанавливаются в нулевое состояние. С входа нулевого значения напряжения устройства через третий ключ 18 на третий вход порогового блока 2 поступает нулевое напряжение, а на вход опорного напряжения R-.ñåòêè 1 е выхода первого ключа 16 напряжение

11 ЮГ ах О

В момент времени са на вход запуска устройства поступает сигнал

START. По .этому сигналу первый триггер 21 устанавливается в единичное еостояние и сигналом с выхода отпи: рает пятый элемент 15, а третий

В момент времени t>, когда U „а„ на втором входе порогового блока 2 достигает Uz, входной операционный усилитель йорогового блока 2 переходит из состояния насыщения в активный режим, т .е напряжение на его выходе уменьшается, пороговый блок 2 срабатывает при напряжении

U<

Результат измерения с второго выхода

АЦП 7 поступает на первый вход первого элемента 8 сравнения и на информационный вход первого регистра 3.

1735840 ход признака завершения переходного процесса устройства. НалиЧие сигнала

READY на выходе устройства свидетель5

:ствует о завершении переходного процесса на R-сетке 1. Измеренное значение напряжения UREF с выхода пер - вого регистра 3 поступает на выход результата устройства (SCALE) кото10 рый сопровождается сигналом Г» на выходе признака результата устройства.

С первого выхода АЦП 7 на первые входы первого 13 и .второго 14 эле-. ментов И поступает сигнал RDY - ко" заец преобразования. По заднему фронту сигнала RDY ea выходе третьего элемента И 13 формируется сигнал за- писи результата измерения АЦП 7. По этому сигналу, поступающему на вход чтения/записи первого регистра 3, результат измерения АЦП 7 фиксируется в первом регистре 3. Первым элементом 8 сравнения сравнивается два последних отчета АЦП 7 - первый с выхода первого регистра 3, а второй с второго выхода АЦП 7, Фиксированные в момент времени t1 и t соответственно. В случае совпадения двух последовательных измерений на выходе первого элемента 8 сравнения вы-. рабатывается сигнал совпадения. Этот сигнал поступает на второй вход четвертого элемента 14, на первый вход которого с первого выхода АЦП 7 поступает сигнал RDY. На выходе четвертого элемента 14 формируется сигнал.SF м фЭ которыи поступает на вход установки . в единицу второго триггера 22. На На выходе второго триггера 22.формирует- ся сигнал Р, запрещающий последующую запись в первый регистр 3 и отпирающий второй элемент И 12. На выходе второго элемента И 12 формиру-, ется сигнал управления первым ключом

16. С выхода цифроаналогового преоб- З разователя 6 дискретизированное нап ряжение U в качестве опорного напряжения 0, через первый ключ

16 поступает на вход опорного напряжения R-сетки 1, На первый и второй.! . 40 адресные входы блока 5 постоянной памяти поступают код значения Ug с с выхода первого регистра 3 и код

Е ц значения еМ! Времени t4 с выхода второго регистра 4 соответственно. 45

В блоке 5 постоянной памяти записаны коды расчетного времени переходного процессора t „= п(+ Ьб ) в R-сетке 1 (и = 3,69 для обеспечения точности установки 0,0253). С вы. Я хода блока 5 постоянной памяти и с выхода счетчика 19 на первый и второй входы второго элемента 9 сравнения соответственно поступают коды

t „ и t (текущего времени). Если эти коды совпадают, на выходе эле-, мента сравнения формируется сигнал

READY,- который поступает на второй вход элемента ИЛИ 10 и далее íà вы-.

Второй режим отличается от первого тем, что сигнал готовности READY формируется при отсутствии сигнала

F1, В этом случае .после поступления сигнала START к входу измеряемо" го на применение АЦП 7 через второй ключ 17 с выхода R-сетки поступает напряжение U „ . АЦП 7 периодически измеряет это напряжение и е случае совпадения двух.последовательных измерений на выходе первого элемента

8 сравнения формируется сигнал сое- " падения, который отпирает четвертый элемент И 14, Сигнал SF с выхода четвертого элемента И 1ч устанавливает в едийичное состояние второй триггер 22, на выходе которого

Формируется сигнал F, поступающий на вторые входы первого 11, второго

12 и третьего 13 элементов И. Этот сигнал отпирает первый 11 и второй

12 элементы И и запирает третий элемент И 13. На выходе первого элемента И 11 Формируется сигнал готов". ности READY, который поступает на первый вход элемента ИЛИ 10 и далее на выход признака завершения переходного процесса устройства. Появление сигнала READY на выходе устройства при отсутствии F свидетельствует о том, что переходный .про" цесс íà R-сетке 1 окончен при ..

U x 0ор

Таким образом, устройство позволяет аппаратным путем определить момент времени окончания переходного про-. цесса на К-сетке 1 при использовании максимальной шкалы R-сетки 1 за один переходный процесс, что повышает точность функционирования устройства.

Кроме того, устройство позволяет повысить помехозащищенность и быстродействие по сравнению с прототипом в 2 раза, особенно в тех случаях, когда переходный процесс протекает медленно.

9 I 135И0

Формула изобретения

Устройство для решения дифференциальных уравнений в частных производных, содержащее R-сетку, пороговый блок, первый регистр, блок постоянной памяти, цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой пре" образователь, элемент сравнения, элемент ИЛИ и с первого по пятый элементы И, причем вход оптимального значения опорного напряжения подключен к первому входу порогового блока, первый выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И и к выходу признака .Результата устройства, первый выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первым входам третьего и четвертого элементов И, второй выход аналого-цифрового преоб.разователя подключен к первому входу первого элемента сравнения и к инФормационному входу первого регистра, выход которого подключен к информационному входу цифроаналогового преобразователя, к выходу результата устройства, к первому адресному входу блока постоянной памяти и к второму входу первого элемента сравнения, выход которого подключен к второму входу четвертого элемента И, выход

R-сетки, выход третьего элемента И и выход первого элемента И подключены соответственно к второму входу порогового блока, к входу чтения за-. писи первого регистра и к первому входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к выходу признака завершения,переходного процесса устройства, о"т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности функционирования устройства, оно содержит с первого по третий ключи, счетчик, генератор импульсов, первый и второй триггеры, второй регистр и второй элемент сравнения, причем выход цифроаналогового преобразователя и выход второго элемента И подключены соответственно к первому информационному и к управляющему входу первого ключа, выход которого и од ключ ен к входу on ор5 ного напряжения R-сетки первый выt ход порогового блока подключен к входу чтения записи второго регистра и к управляющему входу второго ключа, выход которого подключен к входу измеряемого напряжения аналогоцифрового преобразователя, выход

R-сетки подключен к первому информационному входу второго ключа, второй выход порогового блока подключен к вторым инФормационным входам первого и второго ключей, вход оптимального значения опорного напряжения и вход нулевого значения напряжения устройства подключены соответствен0 но к первому и к второму информационным входам третьего ключа, выход которого подключен к третьему входу порогового блока, вход начальной установки устройства подключен к 5 входам установки в "0" первого и второго триггеров, счетчика и второго регистра, выход которого подключен к второму адресному входу блока постоянной памяти, выход которого подключен

30 к первому входу второго элемента сравнения, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ, вход; запуска устройства подключен к входу установки в "1" первого триггера, выход которого подключен к управляю35 щему входу третьего ключа и к ïåð вому входу пятого элемента И, выход которого подключен к счетному входу счетчика, выход которого подключен к второму входу второго элемента

<0 сравнения и к информационному входу второго регистра, выход генератора импульсов подключен к входу синхронизации аналого-цифрового преобразователя и к второму входу пятого

45 элемента И, выход четвертого элемен.та И подключен к входу установки в "1" второго триггера, выход кото" рого подключен к вторым входам первого, второго.и третьего элементов И.

173 58И

Еь

Фиа Я ЯЕР жх

Фиг У

Составитель Ю. Должанский

Техред Л. Олийнык КорректорЛ. Пилипенко

Редактор И, Янкович

Заказ 1816 Тираж Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 и Ф 5 ° ° Ю

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10