Моделирующее устройство для решения задачи оптимального распределения потоков в многополюсной сети

 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах, осуществляющих решение задачи оптимального распределения потоков в многополюсной сети, когда для каждого потока заданы его величина и пара конечных узлов. Техническим результатом является повышение точности. Устройство содержит модели ветвей, соединенные между собой согласно топологии исследуемой сети, регулируемые модели источников потока, подключаемые к конечным узловым точкам, и приборы измерения величины потока. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при создании специализированных вычислительных устройств, осуществляющих решение задачи оптимального распределения потоков в многополюсной сети, когда, наряду с пропускными способностями элементов сети, для каждого потока заданы его величина и пара конечных узлов (полюсов).

Известно "Устройство для моделирования задачи распределения потоков в многополюсной сети" [1] , содержащее соединенные согласно топологии исследуемой сети модели ветвей, а также блок индикации максимума, распределитель, источники тока и управляемые ключи, причем каждая модель ветви представляет собой соединенные последовательно диод, регулируемый источник ЭДС и измерительно-вычислительный блок. Основными недостатками этого устройства являются значительная сложность его конструкции, обусловленная наличием большого количества различных составных элементов, а также большие затраты времени решения задачи вследствие последовательного выполнения определенного количества машинно-ручных операций.

За прототип данного изобретения принято "Моделирующее устройство для решения задачи оптимального распределения потоков в многополюсной сети" [2], содержащее соединенные согласно топологии исследуемой сети модели ветвей, а также источники тока, управляемые ключи и распределитель, при этом каждая модель ветви содержит соединенные последовательно диод и функциональный преобразователь.

Работа устройства-прототипа заключается в поочередном подключении по командам распределителя источников тока к парам конечных узлов и измерении в это время токов, протекающих по моделям ветвей, с последующей обработкой результатов измерений.

Из приведенного описания следует, что основными недостатками устройства-прототипа также являются значительная сложность его конструкции, обусловленная наличием таких элементов, как функциональные преобразователи и распределитель, большие затраты времени и низкая точность получаемого результата, обусловленные поочередным подключением источников тока к конечным парам узлов с измерением в эти моменты времени величины токов в моделях ветвей и последующей обработкой полученных результатов измерений.

Целью данного изобретения является упрощение конструкции устройства, повышение точности и оперативности решения задачи определения оптимального распределения потоков в многополюсной сети.

Указанная цель в заявляемом устройстве достигается благодаря введению в состав устройства приборов измерения величины потока, а в состав каждой его модели ветви выпрямительных мостиков, элемента с регулируемым сопротивлением прохождению потока и регулируемого ограничителя величины потока по максимуму, при соответствующей схеме соединения их между собой и с остальными составными частями устройства.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием дополнительных элементов при соответствующем схемном решении. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого устройства с другими аналогичными техническими решениями показывает, что наличие в подобных устройствах источников тока (потока) и приборов для измерения величины тока (потока) известно. Однако благодаря введению в состав моделей ветвей выпрямительных мостиков, элементов с регулируемым сопротивлением прохождению потока и регулируемых ограничителей величины потока по максимуму при соответствующем схемном соединении их между собой и с другими элементами устройства появляются новые свойства заявляемого устройства, проявляющиеся в упрощении его конструкции и повышении точности и оперативности решения задачи оптимального распределения потоков в многополюсной сети. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

На примере фрагмента исследуемой сети, состоящего из шести узловых точек - A, B, C, D, E и N, и семи ветвей - AB, BC, AD, DE, BE, CN и EN, на фиг.1 приведена структурно-функциональная схема предлагаемого моделирующего устройства для решения задачи оптимального распределения потоков в многополюсной сети. Там же на примере модели ветви BE изображена функциональная схема модели ветви, единая для каждой модели ветви предлагаемого устройства.

На чертеже обозначено: 1 - модель ветви; 2 - регулируемая модель источника потока; 3 - прибор измерения величины потока; 4 - выпрямительный мостик; 5 - элемент с регулируемым сопротивлением прохождению потока; 6 - регулируемый ограничитель величины потока по максимуму.

Как показано на фиг. 1, в предлагаемом устройстве каждая модель 1 ветви содержит выпрямительные мостики 4, количество которых соответствует количеству одновременно распределяемых потоков, элемент 5 с регулируемым сопротивлением прохождению потока и регулируемый ограничитель 6 величины потока по максимуму. При этом однополярные узловые точки внутренних диагоналей выпрямительных мостиков соединены друг с другом, а между ними, т.е. узловыми точками различной полярности, включены соединенные последовательно элемент 5 с регулируемым сопротивлением прохождению потока и регулируемый ограничитель 6 величины потока по максимуму; внешние узловые точки каждого выпрямительного мостика 4 являются соответствующими парами выводов модели 1 ветви.

Составные части, образующие предлагаемое устройство, соединены между собой следующим образом.

Модели 1 ветвей соединяются между собой согласно топологии исследуемой многополюсной сети, при этом их взаимное соединение осуществляется раздельно по каждой паре их выводов, образуя тем самым соответствующее количество параллельных контуров. В каждом таком контуре последовательно с каждой моделью 1 ветви включен прибор 3 измерения величины потока. Каждая регулируемая модель 2 источника потока подключается к соответствующей паре конечных узловых точек по одной в каждом из контуров.

Предлагаемое моделирующее устройство для решения задачи оптимального распределения потоков в многополюсной сети может представлять собой электрическую, либо трубопроводную модель. Алгоритм его работы в обоих случаях будет абсолютно одинаковым.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства на примере электрической модели. В этом случае в качестве регулируемых моделей 2 источников потока используются регулируемые источники тока, в качестве приборов 3 измерения величины потока используются приборы измерения величины тока, то есть амперметры, в качестве элементов однонаправленной проводимости выпрямительных мостиков 4 используются диоды, в качестве элементов 5 с регулируемым сопротивлением прохождению потока используются переменные резисторы, а в качестве регулируемых ограничителей 6 величины потока по максимуму используются регулируемые ограничители тока по максимуму.

Под регулируемым ограничителем 6 тока (потока) по максимуму в данном случае понимается прибор, внутреннее сопротивление которого равно нулю, пока величина протекающего через него тока (потока) не превышает установленной величины, и увеличивается до необходимой величины при возникновении предпосылок увеличения проходящего через него тока (потока) сверх установленной величины (максимума) так, чтобы величина протекающего тока (потока) в конечном итоге не превысила установленной допустимой максимальной величины. Под понятием "регулируемый" понимается наличие возможности изменять устанавливаемую величину ограничения тока (потока) по максимуму.

Исходными данными для решения задачи оптимального "распределения потоков в многополюсной сети, помимо топологии исследуемой сети, являются перечень пар конечных узлов, интенсивности потоков, подлежащих передаче между ними, и характеристики ветвей исследуемой сети, основными из которых являются их пропускная способность, надежность, стоимость передачи единицы потока, и т. п.

При этом физическая природа исследуемой сети и передаваемых по ней потоков могут быть самыми различными, - потоки сообщений в информационных сетях (сетях связи), всевозможные грузы в транспортных сетях, потоки жидкости, либо газа в трубопроводных сетях, и т.п.

Подготовка предлагаемого устройства к работе заключается в выполнении следящих четырех операций: 1. Установка в каждой модели 1 ветви определенного значения сопротивления элемента 5 с регулируемым сопротивлением прохождению потока, в рассматриваемом случае - сопротивления переменного резистора, величина которого должна быть обратно пропорциональна таким показателям соответствующей ветви, как ее пропускная способность и надежность, и прямо пропорциональна показателям типа стоимости передачи по ней единицы потока, при определенных коэффициентах важности отмеченных частных показателей; 2. Установка в регулируемых ограничителях 6 величины потока по максимуму (в рассматриваемом случае регулируемых ограничителях тока по максимуму) каждой модели 1 ветви определенной величины максимально допустимого тока, определяемого пропускной способностью соответствующей ветви.

3. Подключение регулируемых моделей и источников потоков, в рассматриваемом случае регулируемых источников тока, к конечным парам узловых точек по одному на контур. В качестве примера на фиг. 1 показано подключение регулируемых источников тока к следующим трем парам конечных угловых точек: A-C, A-N и C-N.

4. Установка в каждой регулируемой модели 2 источника потока, в данном случае в каждом регулируемом источнике тока, величины тока в определенном соответствии с заданной в исходных данных интенсивностью потока, подлежащего передаче между соответствующей парой конечных углов (полюсов).

По выполнении перечисленных операций тут же установится протекание тока определенной величины по каждому из элементов модели исследуемой сети, соответствующее принципу наименьшего теплового действия в электрических цепях (принцип Максвелла). При этом протекание определенной величины тока каждого регулируемого источника тока по той или иной модели ветви в первую очередь будет определяться взаимным расположением данной ветви и конечной парой узловых точек, установленной величиной сопротивления переменного резистора и установленной величиной тока соответствующего источника тока. Но если суммарная величина токов (потоков), протекающих через какую-либо модель ветви, имеет основания для превышения заданной пропускной способности ветви, то внутреннее сопротивление соответствующего регулируемого ограничителя тока по максимуму соответствующим образом возрастет, и определенная величина тока того или иного регулируемого источника тока потечет в оптимальном соотношении по другим, наиболее приемлемым, моделям ветвей.

Поскольку протекание электрического тока по составным элементам предложенного устройства можно рассматривать как аналог оптимального прохождения моделируемых потоков, то, зафиксировав на каждом входе каждой модели ветви показания приборов 3 измерения величины потока, в данном случае амперметров, и учитывая соответствующие коэффициенты преобразования, мы получим решение задачи оптимального распределения потоков в исследуемой многополюсной сети.

Как следует из приведенного описания, в предложенном устройстве, в отличие от прототипа: а) определение оптимального распределения потоков в многополюсной сети осуществляется практически мгновенно по вводу в него исходных данных; б) получаемый результат отличается высокой точностью, поскольку отпадает необходимость выполнения серии пересчетов; в) само устройство характеризуется использованием простейших составных элементов при отсутствии в нем таких сложных составных частей как распределитель и функциональные преобразователи.

Следовательно, можно сделать вывод, что цель, поставленная перед предполагаемым изобретением - упрощение конструкции устройства и повышение точности и оперативности решения задачи определения оптимального распределения потоков в многополюсной сети - достигнута.

Как уже отмечалось выше, предлагаемое устройство может быть выполнено и в виде трубопроводной модели исследуемой сети, заполненной какими-либо жидкостью или газом. В этом случае в качестве регулируемых источников потоков могут быть использованы соответствующие насосы с регулируемой мощностью, а в качестве элементов однонаправленной проводимости выпрямительных мостиков - соответствующие обратные клапаны. Принцип действия и алгоритм работы устройства остаются аналогичными изложенному выше.

Предложенное устройство может найти применение на пунктах управления различными действующими как информационными, так и транспортными сетями, а также в проектных организациях, занимающихся их разработкой.

Технико-экономический эффект, обусловленный применением предложенного устройства, заключается в повышении оперативности и качества управления соответствующими многополюсными сетями, а следовательно - а повышении эффективности их функционирования.

Количественная величина ожидаемого технико-экономического эффекта от использования предложенного устройства определяется в первую очередь назначением, важностью и сложностью исследуемых многополюсных сетей; ее определение возможно только после внедрения предложенного устройства на конкретных объектах.

Источники информации 1. А.с. СССР N 440671, МКИ G 06 G 7/48, 1974, БИ N 31;
2. А.с. СССР N 548366, МКИ G 06 G 7/50, 1977, БИ N 8. (прототип).

Формула изобретения

1. Модулирующее устройство для решения задачи оптимального распределения потоков в многополюсной сети, содержащее модели ветвей, соединенные между собой согласно топологии исследуемой сети, и регулируемые модели источников потока, количество которых соответствует количеству одновременно распределяемых потоков, отличающееся тем, что в состав устройства введены приборы измерения величины потока, а модели ветвей имеют несколько пар выводов, количество которых определяется количеством одновременно распределяемых потоков, при этом взаимное соединение моделей ветвей согласно топологии исследуемой сети осуществляется посредством каждой их пары выводов раздельно, образуя тем самым соответствующее количество параллельных контуров, в каждой ветви каждого контура последовательно с моделью ветви включен прибор измерения величины потока, а регулируемые модели источников потока подключаются к соответствующим парам конечных узловых точек контуров по одному в каждом из контуров.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая модель ветви содержит выпрямительные мостики, элемент с регулируемым сопротивлением прохождению потока и регулируемый ограничитель величины потока по максимуму, при этом однополярные узловые точки выпрямительных мостиков соединены друг с другом, между узловыми точками различной полярности выпрямительных мостиков включены соединенные последовательно элемент с регулируемым сопротивлением прохождению потока и регулируемый ограничитель величины потока по максимуму, а соответствующие узловые точки каждого выпрямительного мостика являются парами выводов модели ветви.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде электрической модели, при этом в качестве регулируемых моделей источников потока используются регулируемые источники тока, в качестве приборов измерения величины потока используются амперметры, в качестве элементов однонаправленной проводимости выпрямительных мостиков используются диоды, в качестве элементов с регулируемым сопротивлением прохождению потока используются переменные резисторы, а в качестве регулируемых ограничителей величины потока по максимуму используются регулируемые ограничители тока по максимуму.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде трубопроводной модели, заполненной жидкостью или газом, при этом в качестве регулируемых источников потоков используются соответствующие насосы с регулируемой мощностью, а в качестве элементов однонаправленной проводимости выпрямительных мостиков используются соответствующие обратные клапаны.

РИСУНКИ

Рисунок 1