Устройство для моделирования трубопроводной сети

 

Союз Советскнх

Соцналистнческнх

Республнк

ОП ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 1926664 (61) Дополнительное к авт. свкд-ву (22) Заявлено 07.01.80 (21) 2865132/18-24 с прксоедииениеет заявки М (28) Приоритет (53)M. Кл.

G 06 F 15/20

Государстесниый комитет

СССР по делан изобретений и открытий

Опубликовано 07.05.82. Бюллетень М 17

Дата опубликования описания 07.05.82 (53) УДК 681.333 (088.8) (72) Авторы изобретения

М. Н. Кулик, В. С. Мазурчук, В. Н. Белецкий, В. В. Рыбченко, и Мь И. Стасюк

1 .3 - :

Институт электродицамики АН Украинской ССФ и Опытнб-конструкторс)сое технологическое бюро Института металлофизик AH Укфайнской-ССР (7l ) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРУБОПРОВОДНОЙ

СЕТИ

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может бьць использовано автономно.

Известно устройство, содержащее мостиковый выпрямитель, составной транзистор, на вход которого через резисторы обратной связи включен составной диод и переменные резисторы для задания величины гидродинамического сопротивления (1) .

Однако известное устройство имеет низкую то (аналоговую) точность моделирования и низкую скорость решения вследствие ручной установки величин гидродинамических сопротивлений.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее наборное поле, модели ветвей, входы которых посредством коммутатора соединены с выходами блока вычисления уравновешивающих воздействий, блок памяти сопротивлений ветвей, вход которого подключен к выходу бЛока управления и управляющему входу коммутатора, а выход — к входу блока вычисления уравновешивающих воздействий, 2 зыходы моделей ветвей соединены с группой входов наборного поля и через коммутатор с входами блока вычисления уравновешивающих воздействий (2).

Недостатком известного устройства является низкая точность, определяемая точностью аналоговых вычислительных элементов.

Цель изобретения — повышение точности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирования трубопроводной сети, содержащее блок управления, вход которого является управляющим входом устройства, первый выход блока управления соединен с управляющим входом коммутатора и с управляющим входом блока памяти, вход которого является первым информационным входом устройства, выход блока памяти подключен к информационному входу блока вычисления, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым н вторым информационными входами коммутатора, к третьему и четвертому информационным входам которого подключены два источника нагде Оп1 а

Р9

И

0-g t1 где Н, Н с

3 92ббб пряжения, задания напора, а первый н второй управляющие выходы коммутатора соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами блока вычисления, введены три блока моделирования участка трубопроводной сети, причем первый и второй информационные входы первого, второго и третьего блоков моделирования участка трубопроводной сети соединены соответственно с первым и вторым, третьим и четвертым, пятым и 10 шестым информационными выходами коммутатора, второй выход блока управления подключен к управляющим входам первого, второго и третьего блоков моделирования участка трубопроводной сети, axon задания расхода которых являются соответственно вторым, третьим и четвертым информационными входами устройства, выходы первого, второго и третьего блока моделирования участка трубопроводной сети подключены соответственно к пятому, шестому и седьмому информационным входам коммутатора и являются соответственно первым, вторым и третьим выходами устрой ства.

Кроме того, блок моделирования участка трубопроводной сети содержит три регистра, сумматор и блок деления, причем первый и второй информационные входы блока подключены соответственно к входам первого и второго регистров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, третий вход которого соединен с выходом третьего регистра, вход которого является входом задания расхода блока, выход сумматора подключен к первому входу блока деления, второй вход которого соединен с управляющим входом блока, выход блока деления является выходом блока моделирования участка трубопроводной сети.

Кроме того, блок управления содержит генератор тактовых импульсов, счетчик, дешифратор и элемент И, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к входу счетчика, выход которого соединен с первым входом элемента И и с входом дешифратора, выход которого является первым выходом блока, второй вход элемента И является входом блока, выход элемента И является вторым выходом блока.

На фиг. 1 представлена схема устройства;

50 на фиг. 2 — схема блока управления.

Устройство содержит трй блока 1.1, 1.2 и

1.3 моделирования участка трубопроводной сети, коммутатор 2, блок 3 вычисления, блок

4 памяти, блок 5 управления. Блоки 1.1, 1.2 и 1.3 моделирования участков трубопроводной сети содержат регистры б, 7 и 8. сумматор 9 и блок 10 деления. Блок 5 управления содержит генератор 11 тактовых импуль4 4 сов, счетчик 12, дешифратор 13 и элемент

И 14.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Трубопроводная сеть, содержащая 0 ветвей и q узлов, описывается системой алгебраических уравнений, содержащей о — 1 линейных уравнений вида:

9с

r, R„=Ge поток в m ветви, подтекающей к узлу 1 или вытекающей из него; узловой расход (отбор) в узле количество ветвей, сходящихся в узле f нелинейных уравнений вида: где Н вЂ” падение давления Hà m — n участке (ветви) сети;

S — количество ветвей, образующих контур;

3 щ — гидродинамическое сопротивление ветви;

n — число, определяемое характером движения потока.

Исходными для моделирования данными являются напоры Н1, создаваемые в определенных узлах сети, называемых задающими узлами, расходы (отборы) в узлах сети М и гидродинамические сопротивления ветвей (m = 1, 2, ..., Р ). Каждую ветвь моделируют регистры 7 и 8 блоков 1.1, 1.2 и

1.3, каждый узел моделируют сумматор 9 и блбк 10 деления блоков 1.1, 1.2 и 1.3, все ветви моделируемой трубопроводной сети представляются s модели Т-образными квазирезисторами, каждый из которых представляет собой трехполюсник, состоящий из двух эталонных сопротивлений R, к которым подключены источники уравновешивающих воздействий $; и 8„., величины которых определяются в соответствии с зависимостями напряжения в узлах с номерамы (для удобства изло-. жения масштабные коэффициенты опущены); гидродинамическое сопротивление ветви, включенной между узлами с номерами и1

926664 6

< где G =

1.(ч=. 40

55

Уравновешивание аналоговой модели заключается в последовательном определении для каждого квазирезистора по формулам (1) < и (2) уравновешивающих воздействий $" и

S" и ввода их в модель автоматически г.

< или вручную. Итерационный процесс ввода уравновешивающих воздействий сходится, как правило, за несколько итераций. Узловые напряжения узлов при уравновешивании модели получаются практически мгновенно. Таким образом, в устройстве уравновешивают

1цие воздействия $ф и S вычисляются алгоритмически, в соответствии с выражениями (1) и (2), а узловые напряжения неалгоритмически реализуются устройством. Напряжения узлов в то же время, в соответствии с методом узловых потенциалов, могут быть вычислены по формулам: ь

S +$ьs — йц (Я {или полагая R = 1, получаются уравнения

„. В<а* Я, -0„Ю

S .„ Ю ь ЬЪ ъ= УС вЂ”

Уравновешивающие воздействия вычисляются по формулам (1) и (2), узловые напоры — по формулам (6), (7) и (8).

В общем случае напор узла с номером

i может быть вычислен по формуле

I где Е 8 „ — сумма уравновешивающих воздействий, инцидентных

Ч ц,гЛ узлу i (запись S означает, что в сумме присутствует одно из двух уравновешивающих воздействий каждой ветви, т.е. либо

S," либо S ö ");

К вЂ” количество ветвей, инцидентных узлу с номером i.

Таким образом, из формулы (9) следует, что модель узла трубопроводной сети может

35 быть предствлена в виде сумматора и блока деления.

В блок 4 памяти по входу записываются величины гидродинамических сопротивлений

k,>, J g ь; 3-ь,q, Зч, э ветвей.

В регистры 6 записываются величины узловых расходов 0, 05 и 0?, . Тактовый импульс поступает с выхода генератора 11

I тактовых импульсов на вход счетчика 12, на выходе дешифратора 13 в соответствии с двоичным кодом, поступающим. на его вход с выхода счетчика 12, появляется единичный сигнал. Этот сигнал поступает на управляющий вход коммутатора 2 и на вход блока памяти 4. По этому сигналу двоичный код, соответствующий гидродинамическому сопротивлению L<,а„поступает с выхода блока памяти

4 на вход блока 3 вычисления. Двоичные коды напоров Н?. и Н5 подаются на входы коммутатора 2. Электрические сигналы, соответствующие напорам, поступают на входы блока 3 вычисления, на выходе которого образуются величины Эi а= Н1 - V,p и

$, = На + Ч,z. Величина S,а с выхода

2. ? блока 3 вычисления через коммутатор 2 записывается в регистр 7 блока 11.

На следующем такте работы устройства сигнал управления с выхода блока 5 управления, поступая на вход. блока памяти и на управляющий вход коммутатора 2, вызывает подключение выходов блоков 1.1 и 1.2, соответствующих моделируемым узлам, к входам блока 3 вычисления. По этому же сигналу управления на вход блока вычисления 3 поступает код гидродинамического сопротивления 4 i, ветви. На выходах блока

3 формируются величины

Яа,> - На — зф (1 а-Мъ) п 111Э.- М которые через коммутатор 2 записываются в регистры.7 и 8 соответствующего блока

1.1, 1.2 или 1.3. Аналогично вычисляются

V уравновешивающие воздействия $> <, $ ь и

$„, которые формируются на выходах блока 3 вычисления уравновешивающих воздействий и записываются через коммутатор

2 в соответствующие регистры 7 и 8. В сумматорах 9 формируются

=S +$ -0 halo) э.

Хр-Sg>+$ ц-Qg .

Хц = ?ь 4t- )ч,g Я.q . (/2)

1 которые поступают на входы соответствующих блоков 10 деления. На б -м такте работы

926664 формационным входом устройства, выход блока памяти подключен к информационному входу блока вычисления, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым информационными входами коммутатора, к третьему и четвертому информационным входам которого подключены два источника напряжения, задания напора, а первый и второй управляющие выходы коммутатора соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами блока вычисления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены три блока моделирования участка трубопроводной сети, причем первый и второй информационные входы первого, второго и третьего блоков моделирования участка трубопроводной сети соединены соответственно с первым и вторым, третьим и четвертым, пятым и шестым информационными выходами коммутатора, второй выход блока управления подключен к управляемым входам первого, второго и третьего блоков моделирования участка трубопроводной сети, входы задания расхода которых являются соответственно BIopblM) третьим и четвертым информационными входами устройства, выходы первого, второго и третьего блока моделирова-. ния участка трубопроводной сети подключе- ны соответственно к пятому, шестому и седьмому информационным входам коммутатора и являются соответственно первым, вторым и третьим выходами устройства.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что блок моделирования участка трубопроводной сети содержит три тригтера, сумматор и блок деления, причем первый и второй информационные входы блока подключены соответственно к входам первого и второго регистров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторьпи входами сумматора, третий вход которого соединен с выходом третьего регистра, вход которого является входом задания расхода блока, выход сумматора подключен к первому входу блока деления, второй вход которого соединен с управляющим входом блока, выход блока деления являетея выходом блока моделирования участка трубопроводной сети, 3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что блок управления содержит генератор тактовых импульсов, счетчик, дешифратор и элемент И, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к входу счетчика, выход которого соединен с первым входом .элемента И и с входом дешифратора, выход которого является первым выходом блока. второй вход

1! Н х " - H I! C Iv! гце M — требуемая точность решения;

Н и Н вЂ” векторы узловых напоров на

К1(25 ! (и . + 1 итерациях.

Введение в устройство новых блоков и организация новых связей между блоками устройства выгодно отличает предлагаемое устройство для моделирования трубопроводной сети от известных устройств аналогичного назначения, поскольку устройство позволяет моделировать режим работы разветвленной трубопроводной сети с высокой точностью, определяемой длиной разрядной сетки устройства. В то же время предлагаемое уст35 ройство сохраняет важные достоинства известных устройств — возможность автоматизированного ввода в модель гидродинамических сопротивлений.

При предложенной структурной организации .устройства и вышеописанном распределении вычислительных функций одновременно с увеличением точности увеличивается надежность устройства вследствие того, что все блоки устройства могут быть выполнены на цифровой элементной базе, допускающей высокую степень интеграции и более простую настройку.

50

Формула изобретения

1. Устройство для моделирования трубопроводной сети, содержащее блок управления, вход которого является управляющим вхо55 дом устройства, первый выход блока управления соединен с управляющим входом коммутатора и с управляющим входом блока памяти, вход которого является первым ин устройства (где 0 — число ветвей моделиру. емой трубопроводной сети) код на выходе счетчика 12 ветвей совпадает с кодом, поданным на второй вход схемы И, на выходе которой появляется управляющий. сигнал, поступающий на управляющие входы блоков

10 деления. На выходах блоков 10 деления в соответствии с выражениями (6), (7) и (8) формирутотся напоры H„H3) Н» узлОВ) кО торые поступают на входы коммутатора 2. 10

Далее по вычисленным значениям узловых напоров H>, Н3, Н» вычисляются по формулам (1) и (2) новые значения уравновешивающих воздействий для всех ветвей сети, по которым, в свою очередь, по формулам (6), 15 (7) и (8) вычисляются новые значения узловых напоров. Итерационный процесс заканчивается естественным образом, либо при достижении требуемой точности решения

926664

1О элемента И является входом блока, выход элемента И является вторым выходом блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Р 341050, кл. G 06 F 15/36, 1972.

2. Нухов Г. E., Кулик М. Н. Гибридное моделирование в энергетике. "Наукова Дум5 ка", К., 1977 (прототип) .

926664

Составитель В. Рыбин

Техред А.Ач Корректор А. Гриценко

Редактор И. Тыкей

Заказ 2983/42

Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1)3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная. 4