Устройство для моделирования трубопроводных систем

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 100578 (2)) 2612766/18 — 24 ()) M

2 с присоединениел заявки ¹

G 06 G 7/50

Государственный комитет

СССР ло делам изобретений и отк рыти и (23) Приоритет

Опубликовано 230780. Бюллетень Мо 27 (53) УДК 681, 333 (088, 8) Дата опубликования описания 230780 (72) Авторы изобретения

М.Н.Кулик, В.С.Мазурчук, В.Н. Белецкий и В.В.Дрянь

Институт электродинамики AH Украинской CCP (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ

Изобретение относится к гибридной вычислительной технике и может быть использовано автономно, а также в составе вычислительного комплекса для быстрого расчета установившихся 5 режимов гидравлических, газовых, вентиляционных и т.п.

Известно устройство для моделирования участка сети .трубопроводов, содержащее функциональный преобразо- l0 ватель, регулятор источников напряжения, делители напряжения и дополнительный источник напряжения (1) .

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устрой-15 ство для моделирования трубопроводных систем, содержащее наборное поле, модели трубопроводов, коммутатор, блок задания нелинейности, кодоуправляемый элемент, формирователь 20 напряжения, буферный запоминающий блок и блок управления (2).

Недостатком известных устройств является недостаточная точность.

Цель изобретения — повышение 25 точности.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройство для моделирования трубопроводных систем, содержащее наборное поле, модели трубопрово- 30 дов, каждая из которых состоит из блока памяти и масштабирующих резисторов, одни выводы которых подключены к выходу соответствующего . блока памяти, входы блоков памяти соединены с первой группой выходов коммутатора, вторая группа выходов которой подключена к входам вычислительного блока, блок задания нелинейности, кодоуправляемый элемент, выход которого соединен с одним входом формирователя напряжения, выходы которого подключены к первой группе входов коммутатора, вторая группа входов которого соединена = другими выводами масштабирующих резисторов и группой вЫходов наборного поля, блок управления, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, буферный запоминающий блок, первый вход которого подключен к выходу блока управления, первый выход буферного запоминающего блока соединен с управляющим входом кодоуправляемого элемента, другие входы формирователя напряжения подключены ко второй группе выходов коммутатора, введены блок масштабирования, вычислительный блок, сумматор, преобразователь код-аналог, 750520 (2) где

65 триггер и ключи, управляющие входы которых соединены с выходами триггера, вход которого подключен к первому выходу блоКа масштабирования, второй выход которого соединен со вторым входом буферного запоминающего блока, второй выход которого через преобразователь код-аналог подключен к первому входу сумматора, второй вход которого через блок задания нелинейности соединен с выходом первого ключа, информационные входы первого и второго ключей подключены к выходу вычитающего блока, выход второго ключа соединен с третьим входом сумматора, выход которого подключен к входу кодоуправляемого элемента, выход наборного поля соединен с первым входом блока масштабирования, второй вход которого пс дключен к первому выходу вычислительного блока, вход которого соединен 20 с третьим выходом блока масштабирования, первый выход которого подключен к сигнальному входу блока управления, второй выход вычислительного блока является выходом 25 ус тройс тв а, входом устройства является третий вход -блока масштабирования.

На чертеже представлена схема устройства для моделирования трубопроводнЫх систем.

Устройство содержит наборное поле 1,модели 2 трубопроводов, состоящие иэ масштабирующих резисторов 3 и блоков 4 памяти, коммутатор 5, управляемый функциональный преобразователь 6, состоящий из вычитающего блока 7, блока 8 задания нелинейности, кодоуправляемого элемента 9, формирователя 10 напряжения, сумматора 11, преобразователя 12 40 код-аналог, ключей 13 и 14, триггера 15, кроме того устройство содержит блок 16 управления, буферный запоминающий блок 1 7, блок 18 масштабирования и вычислительный блок 19.

Входом устройства является вход 20 блока 18 масштабирования, а выходом — выход 21 вычислительного блока 19. Входы и выходы устройства

22-36„ .ПрЕдлагаемое устройство работает следующим образом.

Аналоговые модели 2, моделируют систему:уравнений, описывающих потокораспределение в трубопроводной сети:

Щ где Н„, - падение давления íà m-м участке сети; .Q — поток в и:-й ветви, подтекающей к данному узлу или вы- текающий иэ него; р — количество ветвей, сходящихся в узле;

S — количество ветвей, образующих контур;

< — гидродинамическое сопротивление ветви; п - число, определяемое характером движения потока, Трубопроводная сеть, состоящая из у участков, g óçëîâ и к независимых контуров, причем, как известно, к= 1тд+1 описывается cистемой уравнений (1), состоящей из к нелинейных уравнений вида

Al=!

Н = Q m" и g — 1 линейных уравнений вида Q = О.

tn= 1

Система уравнений (1) решается в устройстве следующим образом.

На первом шаге решения вычисляются нулевые (начальные) приближения решения системы (1) Н„„,> и Qmo путем решения системы уравнений (1) на моделях 2, Разлагая величины Н,„ Q в ряд

Тейлора в окрестности точек H„„, и Q 0, и отбрасывая члены разложения выше первого порядка малости, преобразуем систему (1) к виду: к — номер итерации, к=1,2...f;

h Н и Q — поправки;

ГП, К т,К

vm è й,„ „ — невязки,причем

rlliy

=н„„;э ц„,„.

Р й=1 " к 1 )

Решение системы уравнений (1) ищется в виде н,, = н„„„,+лн„„„ (3) () п,g = Q rn,x-s + Ощк

Устройство работает таким образом, что после получения нулевого приближения решения системы уравнений (1), происходит перестройка структуры управляемого функционального преобразователя 6 и на моделях 2 решается система уравнений (2).

Структура моделей 2 не изменяется на протяжении всего времени решения задачи.

После того, как на наборном поле 1 сформирована схема аналоговой модели трубопроводной сети, производится пуск модели, при этом триггер

15 по сигналу 22 блока 18 устанавливается в единичное состояние, на его прямом выходе появляется высокий потенциал, ключ 13 замкнут, ключ 14 разомкнут. Выход вычитающего блока 7 через ключ 13 подключен ко

750520 (4) S

l aU =0 л1} =о

»! к»!,K. и! о

Р . > rn,к= п!,r. "к

Pl=-I где ки-4

»1 к-1»1,к гп,к к (9)

< номер итерации, к — 1,2.. ° f невяуки, причем

Рm,ê=À. »!.к.1 масштаб к-й итера ции.

Е „ и I, як 1)с!!к-! с!mo 1m,к.!!

М к входу блока 8 задания нелинейности. ! е Устройство решает систему:

S 0 =О; 0 =а и!-1»<<

Р

71 =о;

»!=, rno нп о «6}rn,о, !!! причем (} o= „ Io=rn а п гДе ma o i ш„o и п !!,,о — масштабные коэффициенты по току, напряжению и сопротивлению для нулевого приближения решения системы уравнений (1).

При решении системы уравнений (4) с выхода 23 блока 18 масштабирования на вход 24 буферного запоминающего блока 17 поступают и записыи< — — ваются коды чu, ä . Блок 16 управления по сигналу с выхода 22 блока

18 масштабирования вырабатывает импульсы считывания, поступающие на вход 25 буферного запоминающеro блока 17 и на вход 26 коммутатора 5.

Коммутатор 5 при поступлении на его вход 26 -го импульса считывания подключает выходы 27 и 28 управляемого функционального преобразователя ,6 ко входам 29 и 30 i-й модели трубопровода, а входы 31 и 32 управляемого функционального преобразователя — к выходам 33 и 34 i-й модели трубопровода. Одновременно i-й им.пульс считывания поступает на вход

25 буферного запоминающего блока 17, на выходе которого появляется код

lа о, устанавливающий величину проводимости копоуправляемого элемента 9, равной (/ Йс

На выходных полюсах 27 и 28 управляемого функционального преобраэователя при подключении .его к i-й модели трубопровода формируются напряжения.

27 Ъ5 И (ЬЗ 34)

Ф!« « Я"«<ъ! ««}я — — ф0 о(,о

zде (1, (1 4 — напРЯжениЯ на выходах 33 и 34 i-й модели трубопровода.

Коммутатор 5 под действием импульсов считывания последовательно подключает модели трубопроводов 2 к выходам управляемого функционального преобразователя 6, который вводит модели трубопроводов в нелинейный режим. Уравновешивание моделей трубопроводов происходит за время, равное нескольким тактам (тактом работы устройства будем называть время, в течение которого управляемый функциональный преобразователь подключается поочередно ко всем моделям трубопроводов) и обычно составляет 4-6 тактов.

Решение системы уравнений (4) с выхода наборного оля поступает на вход блока масштабирования 18. Блок масштабирования 18 производит демасштабирование решения:

Hm,o щн î U»! (6)

Решение Н!„,О поступает с выхода блока масштабирования на вход блока 19 и записывается в память вычислительного блока 19. Вектор токов Imo вычисляется по формуле

Ъ5 55 Зь S4 ! по 2Р (7) где Uyr, и L o — напряжения на выхо" дах блоков памяти 4 m-й модели трубопровода. Блок 18 масштабирования производит демасштабирование решения !

» о с! << .«О (8}

Решение Q о. заносится в память вычислительного блока 19.

На первой итерации блок 19 вычисляет невяэки

IA,Î w,0 !»,o " l», 1 rn,0 < которые с его выхода поступают на вход блока масштабирования 18. Блок масштабирования производит масштабирование невязок

»!,! »!,1»;,! m,1 где "!1 — масштаб первой итерации.

Кроме этого, на первой итерации блок масштабирования 18 вычисляет

<< 1 величины,д >m,o и I»„o .

Далее невязки V!. Ь,„, и величины Rm < поступают с вьиода 23 блока 18 масштабирования на вход 24 буферного запоминающего блока 17 и записываются в его память.

На первой и последующих итерациях управляемый функциональный преобразователь 6 работает в линейном ре жиме. Триггер 15 по сигналу с выхода 22 блока 18 масштабирования устанавливается в нулевое состояние, на инверсном выходе триггера появляется высокий потенциал, ключ 13 разомкнут, ключ 14 замкнут, выход блока 7 через ключ 14 подключен ко входу сумматора 11.

На первой и последующих итерациях стройство решает систему уравнений

750520

На первой итерации блок управления по сигналу с выхода 22 блока масштабирования 18 вырабатывает импульсы считывания, поступающие на вход 25 буферного запоминающего блока 17 и на вход 26 коммутатора 5. коммутатор 5 при поступлении на его вход

26 1-ro импульса считывания подключает к входам управляемого функционального преобразователя i-ю модель трубопровода 2. На втором выходе буферного запоминающего блока 17 появляется код числа 7 = М„ Е,1 на первом выходе — код числа

100r I""0 Проводимость

41 о о кодоуправляемого элемента 9 становится равной 1/Р;, на выходе преобразователя код-аналог 1 3 устанавливается напряжение V „ =И, 1,, На выходах 27 и 28 управляемого функционального преобразователя 6 формируются напряжения

4, =дО„+ (д0„-дД + С7. ) и (10)

1 где Ь0 и U>p -напряжения на выходах 33 и 34 i-й модели трубопровода, ЗО

R — сопротивление 3 в модели трубопровода

2.

Напряжения Ф и Ф 8 через коммутатор 5 поступают на входы 29 и 30 35

i-й модели трубопровода. Управляемый функциональный преобразователь 6 поочередно подключае-ся ко всем моделям трубопроводов и производит их уравновешивание. Коды невязок 40 поступают с выхода буферйого запоминакшего блока 17 на вход..преобразователя код-аналог 12 и с выхода 28 формирователя напряжения 10 невязки p < вводятся в узлы моделей трубойроводной сети 2, Решение аистемы уравнений (9) h i поступает на вход блока масштабиро вания 18. Блок 18 масштабирования производит демасштабирование решения д Н =m Д1.) 4 " (11

rn,1 Н,0 рз,о

Решение h Н„поступает с выхода блока масштабйрования на вход блока 19, где вычисляется нсвое приближение ,Н„„= Н +дН „, (12) которое записывается в память блока

1У! -Поправки д J „вычисляются по формуле д - эь д145 д(.) ь д "у дт 2R (13) где h U иьин 6 - напряжения H» " ходах Клоков йамяти 4 m-й модели трубопровода. Блок 18 масштабированкя производит демасштабкрование решения

I (14)

Решение Q „поступает в блок 19; где вычисляется новое приближение

Qrn, = Qrn,î + Qql,q ° (15) которое запис. знается в память вычислительного 19 блока.

Дальнейшие вычисления производятся по схеме первой итерации.

На К-й итерации блок масштабирования 18 заносит в память буферного запоминающего блока 17 по входу

24 величины (15) (U -a T п1,к к" vB х-1 гп,о тп,к.g)

Р

=И Е 1

rr,v r. m,ê

П 1 п,,к rn,î " 1п, к-1 (18)

Поправки Ь,„, к к Д 1„ к, полученные путем решенкя системы (9) вводятся в блок 18 масштабирования, который кх демасштабирует. к к 0 затем поПравки ЬН„„< к Д Qrr,q постУпают в блок 19, где вычисляется к-е приближение решения

Н =Н +дй п,к m,ê-< m,к (20) rn,ê n,ê-< m,ê, (17) дН „„4g ° (21) где g - допустимая погрешность решения, Введение в устройство новых элементов — блока масштабирования, вычислительного блока,"-умматора, преобразователя код-айалог, ключей и триггера, и организация новых связей между элементами устройства выгодно отличает предлагаемое устройство для моделирования трубопроводных систем от известного, поскольку устройство позволяет раскоторое записывается в память вычислительного 19 блока. Система уравнений (9) при нулевых значениях невязок „1к к „ к имеет нулевое решение. С увеличением числа итераций к масштабы Мк возрастают, а поправки Ь Н„„к к g к уменьшаются по абсолютной величине. Вычисления прекращаются естественным образом, когда невязки E и „к превращаются в машинные нули вычислительного 19 блока, при этом поправки

ЬНп,q иЬЯд„,к также будут равны нулю. Вычисления могут быть прекращены также несколько ранее, а именно, при выполнении .условия

750520

10 считывать потокораспределение в трубопроводных сетях с цифровой точностью, определяемой длиной разрядной сетки блока вычисления невязок.

Формула изобретения

Устройство для моделирования трубопроводных систем, содержащее наборное поле, модели трубопроводов, каждая из которых состоит из блока памяти и масштабирующих резисторов, одни выводы которых подключены к выходу соответствующего блока памяти, входы блоков памяти соединены с первой группой выходов коммутатора, вторая группа выходов которой подключена к входам вычитающего блока, блок задания нелинейности, кодоуправляемый элемент, выход которого соединен с одним входом формирователя напряжения, выходы которого подключены к первой группе входов коммутатора, вторая группа входов которого соединена с другими выводами масштабирующих резисторов и группой выходов наборного поля, блок управления, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, буферный запоминающий блок, первый вход которого подключен к выходу блока управления, первый выход буферного запоминающего блока соединен с управляющим входом кодоуправляемого элемента, другие входы формирователя напряжения подключены ко второй группе выходов коммутатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в устройство введены блок масштабирования, вычислительный блок, сумматор, преоб. разователь код-аналог„триггер и ключи, упраВляющие входы которых соединены соответственно с выхода5 ми триггера вход которого подклюI чен к первому выходу блока масштабирования, второй выход которого соединен со вторым входом буферного запоминающего блока, второй выход которого через преобразователь код-аналог подключен к первому входу сумматора, второй вход которого через блок задания нелинейности соединен с выходом первого ключа, информационные входы первого и

15 второго ключей подключены к выходу вычитающего блока, выход второго ключа соединен с третьим входом сумматора, выход которого подключен к входу кодоуправляемаго элемента, ;Я выход наборного поля соединен с первым входом блока масштабировани:-;,. второй вход которого подключен к первому выходу вычислительного блока, вход которого соединен с третьим выходом блока масштабирования, первый выход которого подключен к сигнальному входу блока управления, второй выход вычислительного блока является выходом устройства, входом устройства является третий вход блока масштабирования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 583458, кл. G 06 G 7/50, 1976.

З5 2, Пухов Г.Е,, Кулик M.Н. Гибридное моделирование в энергетике.

К., Наукова думка, 1977, с. 50.

Составитель И. Дубинина

Редактор Т.Киселева Техред М.Петко Корректор М. Шароши

Заказ 4470/20 Тираж 751 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по.делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4