Устройство для решения нелинейныхзадач теории поля

 

Сеюз Севетсииз

Сециалистичеслик

Ресттублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОУС34ОМУ Св ИТЕЙЬСТВУ! )809243, (б1) Дополнительное v авт. санд-ву(22) Завалено 1",..0579 (21) 2768010/18-24 (5j jhow Ka.ç с прис-.>адриеннам .аявкн М

G 06 С 7/46

Гэсуавдстэбнныя кОннтФТ

СССР

No яФлвзФ KM 6)меняя я етк, >>та1 (23) Прнорнтет Опублнковано 2802,81, Бюллетень ИЯ 8 (53) УДК 681. 333 (088. 8) Дата опублнкоеання опнсання 280281 (72) Автор изобретения

A.H,,Арчаков

L т" ,-1

I объединения

Одесский филиал Научно-производственного Агроприбор (71) Заве нтель

) ,54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ

ЗАДАЧ ТЕОРИИ ПОЛЯ коэффициенты C(U) нелинейных уравнений в частных производных вида поскольку коммутируемыми в известном. устройстве являются только конденса-4 торы, Переменный коэффициент А (U) произвольного вида в данном устройстве не моделируется.

Это ограничивает функциональными воэможности устройства решением лишь тех задач, в которых

A(U) = А = const или же приводит к необходимости замены переменного коэффициента некоторым усредненным постоянным, что снижает точность решения нелинейных задач, Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей эа счет возможности решения дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами произвольного вида и повьваения точности, Указанная цель достигается тем, что в устройство для решения нелинейных задач теории поля, содержащее RCсетку, широтно импульсный модулятор, выход которого через ключ коммутации!

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для решения методами электрического моделирования нелинейных уравнений в частных производных, описывающих процессы переноса массы

> и тепла °

Известно устройство для решения нелинейных задач теории поля; содер- 10 жащее RC-сетку, ключ коммутации, широтно-импульсный модулятор, блок управляющих напряжений (11 .

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее RC-сетку с коммутируемыми и некоммутируемыми конденсаторами, ключи коммутации конденсаторов, управляемые широтно-импульсными модулято- 20 рами, а также блок управляющих напряже. ний, резисторы подзаряда, инверторы и повторители напряжений узловых точек, к которым подключены резисторы подзаряда, устраняющие скачки напря- 25 жений на конденсаторах в процессе их коммутации (2) .

Однако известное устройство позволяет моделировать лишь переменные 3О, „ fa(u> )=Д-(c(u>) < >

809243 соединен с одной обкладкой коммутируемого конденсатора и через инвертор— с первым входом ключа подзаряда, второй вход которого подключен к первым выводам резисторов подзаряда, выход ключа подэаряда соединен с одной обкладкой коммутируемого конднесатора, повторители напряжений, вход первого из которых подключен к одной обкладке конденсатора RC-сетки, другие обкладки коммутируемого конденсатора и конденсатора RC-сетки соединены с шиной нулевого потенциала, выход первого блока управляющих напряжений под ключен к первому входу широтно-импульсного модулятора, вход второго повторителя напряжений подключен к одному вы 15 воду соответствующего резистора RC— сетки, введены коммутируемые резисторы< ключи коммутируемых резисторов, дополнительные широтно-импульсные модуляторы, коммутируемые резисторы 20 подэаряда, ключи коммутируемых резисторов подэаряда и второй блок управляющих напряжений, выход которого подключен к первым входам дополнительных широтно-импульсных модуляторов, вто- ъя рые входы которых соединены с одними выводами соответствующих резисторов

RC-сетки, другие выводы которых подключены к первым выводам первого и второго коммутируемых резисторов и к первым выходам первого и второго ключей коммутируемых резисторов соответственно, второй вывод первого коммутируемого резистора и второй выход первого ключа коммутируемого резистора соединены сс вторым входом широтно-импульсного модулятора, второй вывод второго коммутируемого резистора и второй вход второго ключа коммутируемого резистора через второй повторитель напряжений соединены 40 с одним выводом первого коммутируемого резистора подзаряда, другой вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора подэаряда и с первым выходом первого ключа ре- 4 зистора подзаряда, второй выход которого соединен с одним выводом перaoro коммутируемого резистора подзаряда, второй вывод второго резистора подзаряда подключен к одному выводу второго коммутируемого резистора подэаряда и к первому входу вто-, рого ключа резистора подзаряда,второй выход которого соединен с другим выводом второго коммутируемого резистора подзаряда и через третий повторитель напряжений подключен к второму входу второго дополнительного широтно-импульсного модулятора, выход первого дополнительного широтно-импульсного модулятора соединен с уп- у) равляющими входами второго ключа коммутируемого резистора и первого ключа резистора подэаряда, выход второго дополнительного широтно-импульсного модулятора подключен к управляю- д щим входам первого ключа коммутируемого резистора и второго ключа резистора подзаряда.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для решения нелинейных задач теории поля.

Устройство содержит резисторы 1 и конденсаторы 2 RC-сетки, коммутируемые конденсаторы 3, ключи 4 коммутации, ключи 5 подэаряда, повторители 6 напряжений, резисторы 7 псдэаряда, широтно-импульсные модулято,ры (ШИМ) 8, инверторы 9, первый блок

10 Управляющих напряжений, коммутируемые резисторы 11, ключи 12 коммутируемых резисторов, коммутируемые резисторы 13 подзаряда, ключи 14 резисторов подзаряда, дОполнительные

:широтно-импульсные модуляторы 15, второй блок lб управляющих напряжений.

Устройство работает следующим образом.

Каждый резистор 1 в сочетании с коммутируемым резистором ll u его ключом 12 образуют ШИМ вЂ” управляемое сопротивление данной узловой точки

RC-сетки. Управляющие импульсы переменной длительности вырабатываются дополнительным широтно-импульсным модулятором 15 на основании сравнения низкочастотного напряжения узловой точки, к которой относится даное управляемое сопротивление, с высокочастотным периодическим напряжением, вырабатываемым дополнительным блоком

16 управляющих напряжений. Форма этого направления определяет заксн иэменения В(Щ ШИМ вЂ” управляемого сспрстивления, а.следовательнс, и перемен- ный коэффициенr A(U) в уравнении (1)

Широтно-импульсный модулятор 8 осуществляет аналогичное управление ключами 4 коммутации и ключами 5 подзаряда, обеспечивающими совместно с конденсаторами 2 и коммутируемыми конденсаторами 3, в каждой узловой точке ВС-сетки ШИМ вЂ” управляемой емкости

ВЗ

С(0), задающей соответствующий переменный коэффициент выражения (1) . Необходимый закон изменения С(У) определяется формой высокочастотного периодического напряжения, вырабатываемого блоком 10.

Нлагодаря инверторам 9 ключи 4 и

5 работают в противофазе, в результате чего при появлении имйульса на выходе 8 коммутируемый конденсатор 5 подключается к узловой точке RC †ñåòки, а при отсутствии импульса — через ключ подзаряда 5 — к резисторам подзаряда 7.

КаждЫй коммутируемый резистор 13 подэаряда шунтирован ключом 14, управляемым синхронно с соответствующим ключом 12 коммутируемого резистора 11 RC-сетки. При возникновении импульса коммутации на выходе дополнительного модулятора 15 ключи 14 и 12 замыкают накоротко выводы резис809243

Формула изобретения

Устройство для решения нелинейных задач теории поля, содержащее RC сетку, широтно-импульсный модулятор, выход которого через ключ коммутации соединен с одной обкладкой коммутируемого конденсатора и через 1инвертор с первым входом ключа подзаряда, вто рой вход которого подключен к первым выводам резисторов подзаряда, выход ключа подзаряда соединен с одной обкладкой коммутируемого конденсатора,.повторители напряжений, вход первого из которых подключен к одной обкладке конденсатора RC-сетки, другие обкладки коммутируемого конденсатора и конденсатора RC-сетки соединены с шиной нулевого потенциала, выход первого блока управляющих напряжений подключен к первому входу широтно-импульсного модулятора, вход второго повторителя напряжений подключен к-одному выводу соответствующего резистора RC — сетки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет возможности решения дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами произвольного:вида и повышения точности, оно содержит коммутируемые резисторы, ключи коммутируемых резисторов, дополнительные широтно-импульсные модуляторы, коммутируемые резисторы подзаряда, ключи коммутируемых резисторов подзаряда, и второй блок управляющих напряжений, выход которого подключен к первым входам дополнительных широтноимпульсных модуляторов, вторые входы которых соединены с одними выводами. соответствующих резисторов RC-сетки, другие выводы которых подключены к первым выводам первого и второго коммутируемых резисторов и к первым выходам первого и второго ключей коммутируемых резисторов соответственно, второй вывод первого коммутируемого резистора и второй выход первого коммутируемого ключа соединены со вто рым входом широтно-импульсного модулятора,,второй вывод второго коммутируемого резистора и второй вход второго ключа коммутируемого резистора через второй повторитель напряжений соединены с одним выводом первого коммутируемого резистора подэаряда| другой вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора подзаряда и с первым выходом ключа реэисторов 13 и 11, исключая их соответственно из цепи подэаряда и цепи RCсетки. При отсутствии импульса на выходе 15 резистор 13 включается последовательно резистору 7, а резистор

11 — последовательно резистору 1.

Если R R, R и В„ — соответст5

11 Р венно велйчины сопротивлений резисторов 1,11,7 и 13, то при наличии импульса на выходе 15 между узловыми точками сетки оказываются включенными сопротивления R„ а между входами клю- Р чей 5 подзаряда емкости данной узловой точки и повторителями б напряжейий соседних точек — сопротивления R

При отсутствии импульса на выходе 15 (ключи 12 и 14 РазомкнУты) в Укаэанных местах оказываются включенными соответственно сопротивления (R + 1 (R7 H7,3 °

Таким образом, в процессе подэаряда коммутируемого конденсатора 3 дан- 2р ной узловой точки (ключ 5 замкнут, ключ 4 разомкнут) при разомкнутом состоянии ключей 12 и 14 ток подзаряда подается через сопротивление (R

+ R„> ) от. первой (левой на фиг,) узловой точки через соответствующий повторитель б, От второй узловой точки сетки ток подзаряда подается через правый повторитель б также через сопротивление величиной (R7 + R„> подсоединенное к выходу этого повторителя.

При замкнутом состоянии 12 и 14 подзаряд 3 от первой и второй узловых точек осуществляется соответственно через первый и второй повтори- 35 тели б,через резисторы величиной В

Если C. и С3 — емкости соответственно конденсаторов 2 и 3 данной узловой точки, то при выполнении условий

R = R . — ) (2) с т С (R + R ) = (R + и ) — )(3)

Т 13 1 обеспечивающих при любом положении ключей 4,5,12 и 14 тождественное изменение напряжений на конденсаторах 45

2 и 3, скачков напряжений на конденсаторах в моменты коммутации ключей не будет.

Постоянное равенство напряжений на коммутируемом и некоммутируемом 5р конденсаторах узловых точек RC-сетки позволяет каждую иэ пар (12 и 14, 4 и 5) ключей коммутировать независимо от другой, в соответствии с тем, к какой узловой, точке подключен низкочастотный вход широтно-импульсного модулятора данной пары. А это позволяет с помощью блоков 10 и 16 задавать необходимые законы изменения

C(U) и A(U) = 1/R(U) коэффициентов нелинейного уравнения (1) . 40

Таким образом, по .сравнению с известным устройством, расширяются функциональные возможности предлагаемого устройства и повышается точность решения нелинейных задач теории поля. 65

При этом С(U) и A(U) могут являться произвольными функциями искомой переменной U уравнения в частных производных (1), а.моделирующие их ШИМ вЂ” управляемые емкости и сопротивления соответствующими произвольными функциями напряжений U в узловых точках RC-сетки.

809243

Составитель И.Дубинина

Редактор И.Ковальчук Техред А.Бабинец Хорректор E . .Рошко

Подписное

Заказ 428/62, Тираа 756

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r, Умгород, ул. Проеткная, 4 тора подзаряда, второй выход которого соединен с одним выводом первого коввсутируемого резистора подзаряда, второй вывод второго резистора подзаряда подключен к одному выводу второго коммутируемого резистора подэа-. ряда и к первому входу второго ключа резистора подзаряда, второй выход которого соединен с другим выводом второго коммутируемого резистора под-заряда и через третий повторитель напряжений подключен к второму входу второго дополнительного широтно-имаульсного модулятора, выход первого дополнительного широтно-импульсного модулятора соединен с урпавляющими входами второго ключа коммутируемого резистора. и первого ключа резистора подзаряда, выход второго дополнительного широтно-импульсного модулятора подключен к управляюшим входам первого ключа коммутируемого резистора и второго ключа резистора.подзаряда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 402023, кл. G 06 G 7/48, 1973

2. Авторское свидетельство СССР

В 566254 кл ° G G 7/46, l975 (прототип)