Устройство для моделирования многомерных диффузионных процессов
Союэ Соввтсинн
Соцнапнстнчесинк
Ресяубпни
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
3Ъвударвтвснный квмнтвт
СССР во авлам нввбрвтвнн|| н етврытнй
Опубликовано 07 05. 82.Бюллетень .%17
Дата опубликования описания 07.05.82 (53) УДК 681.333 (088.8), К. И. Диденко, К. Г. Карнаух, 6. П. Кочур и В. Ф. Луценко
|
Специальное конструкторское бюро систем автоматического управления (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель
1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ МНОГОМЕРНЫХ
ДИФФУЗИОННЪ|Х ПРОЦЕССОВ
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании диффузионных процессов.
Известно устройство для моделирования многомерных диффузионных прг цессов, содержащее генераторы случайных последовательностей, блок формирования шага, счетчик. Формирователь траектории точки в нем осуществляется путем интегрирования по каждой координате импульсов, посту лающих с генераторов случайных последовательностей, причем длительность этих импульсов соответствует текущему значению коэффициента диффузии. Счетчик в этом устройстве служит для формирования координаты точки (1).
Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство для моделирования многомерных дифшузионных процессов, содержащее генераторы случайных поале2 довательностей, блок формирования ша га, блок управления, формирователь координат, Формирование траектории точки в этом устройстве осуществляется при ве блуждении в случай5 ном направлении, определяемом сигналами, поступающими от генераторов случайных последовательностей. блуждание точки выполняется шагами, дли10 тельность которых зависит от коэффициента диффузии, при этом код состояния каждой координаты изменяется на единицу после окончания шага j2) .
Известные устройства не позволя15 ют оперативно изменять режимы формирования траектории точки, а также управлять направлением движения в про. цессе формирования траектории, что ограничивает их функциональные возможности. Формирование координаты точки в них осуществляется счетчиком только при наличии стохастического воздействия (диффузионной составляющей). В то же время, при
926684 моделировании процесов, протекающих в реальных обьектах, в процессе формирования координаты точки и ее траектории необходимо учитывать воздействие дополнительных стационарных составляющих (составляющих сноса )..Невозможность формирования координаты и траектории точки под . воздействием составляющих сноса ограничивает область применения известных устройств, а также приводит к снижению точности процесса моделирования.
Цель изобретения - расширение Функциональных возможностей устройства.
Указанвя цель достигается тем, .что в устройство для моделирования многомерных диффузионных процессов, содержащее генератор случайных чисел, блок управления, информационный и первый управляющий входы которого являются соответственно первым и вторым входами устройства, блок формирования шага, выход которого соединен со входом генератора случайных чисел, а первый выход блока управления соеди нен с первым входом блока формирования шага, второй вход которого подключен к информационному входу блока управления, и формирователи координат, дополнительного введены дешифратор, .элементы ИЛИ, регистр сдвига и блок инверсии знака, причем первый выход генератора случайных чисел соединен с первым входом дешифратора, один выход которого .соединен с- пер вым входом регистра сдвига, выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И 1И, вто: рые входы которых подключены соответственно к другим выходам дешифратора, а выходы элементов ИЛИ соединены соответственно с первыми входами формирователей координат, выходы которых являются соответственно выходами устройства, второй выход генератора случайных чисел соединен с первым входом блока инверсии знака, выход которого соединен со вторыми входами всех формирователей координат, третьи входы которых подключены к информационному входу блока управления, второй выход которого соединен с его первым выходом и подключен к четвертым входам формирователей координат, третий выход блока управления соединен со вторым вхо
10
20 динен co BtopIIM входом регистра суммы, второй выход которого соедиI нен с первыми входами обоих элемен25 тов сравнения, вторые входы которых
55 дом блока инверсии знака, четвертый выход блока управления связан со вторым входом регистра сдвига, а пятый выход подключен ко второму входу дешифратора, причем выход блока формирования шага соединен со вторым управляющим входом блока управления. формирователь координаты содержит регистр суммы, сумматор, ре гистр исходных данных, первый и второй элементы сравнения и счетчик, причем разрешающий, знаковый, информационный и управляющий входы счетчика являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами формирователя, а управляющий вход счетчика связан с первым входом регистра суммы, первый выход которого соединен с первым входом сум-. матора, первый выход которого соеПодключены к первому выходу регистре исходных данных, второй выход которого соединен со вторым входом сумматора, второй выход которого соединен с третьими входами обоих элементов сравнения, выход первого элемента сравнения соединен с третьим входом регистра суммы, а выход второго элемента сравнения соединен со счетным входом счетчика, третий вход которого соедиНен со входом регистра исходных данных, а выход счет чика является выходом формирователя координаты.
Блок управления содержит формирователь импульсов, четыре элемента И,.генератор тактовых импульсов и регистр режимов, вход которого является информационным входом блока, первый и второй выходы регистра pewwoe соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам генератора тактовых импульсов, третий выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, второй вход третьего элемента И является вторым управляющим входом блока управления, первый и второй входы генератора тактовых импульсов и второй вход четвертого элемента И яв5
926684 6 ляются первым управляющим входом блока управления, третий выход регистра режимов соединен со входом формирователя импульсов, причем выход первого элемента И является 5 первым и вторым выходами блока, выход второго элемента И является вторым выходом блока, выходы третьего и четвертого элементов И являются третьим выходом блока, выход 10 формирователя является четвертым выходом блока, а третий, четвертый и пятый выходы регистра режимов являются пятым выходом блока управления. 15
Блок инверсии знака содержит элемент 2И-ИЛИ-НЕ, элемент HE и триг гер, причем первый вход элемента
2И-ИЛИ-НЕ является первым входом блока, второй вход элемента 2И-ИЛИ- 20
НЕ подключен к выходу триггера, инверсный выход которого соединен с третьим входом элемента 2И-ИЛИ-HE первый вход которого через элемент
НЕ соединен со своим четвертым вхо- 25 дом, выход элемента 2И-ИЛИ-НЕ является выходом блока, а вход триггера является вторым входом блока инверсии знака.
На фиг. 1 приведена структурная 30 схема устройства; на фиг. 2 — структурная схема формирователя координа ты; на фиг. 3 — структурная схема блока управления; на фиг. 4 - структурная схема блока инверсии знака.
Устройство содержит блок 1 формирования шага, генератор 2 случайных
- чисел, дешифратор 3, элементы ИЛИ 4-6, регистр 7 сдвига, блок 8 управления, блок 9 инверсии знака, формировате. ли tO координаты. 1
Блок 1 формирования шага осуществ. ляет формирование шага, длительность. которого пропорциональна коэф45 фициенту диффузии. Генератор Я, случай ной последовательности .вырабатывает случайную последовательность двоичных сигналов для формирования траектории
° точки, движущейся в случайном направлении. Дешифратор 3 совместно с эле50 ментами ИЛИ 4-6 и регистром 7 сдвига в зависимости от режима работы устройства обеспечивает последовательную равновероятную выборку координат. Блок 8 управления организует работу устройства в процессе формирования траектории точки. Блок 9 инверсии знака позволяет оперативно изменять направление движения точки на противоположное. Формирователи 10, 10,, 10 координаты осуществляют формирование координат точки при ее дви. жении в пространстве.
Структурная схема формирователя 10 координаты (фиг. 2 ) содержит регистр
11 суммы, сумматор 12, регистр 13 исходных данных, первый элемент 14 сравнения, второй элемент 15 сравнения, счетчик 15.
Структурная схема блока 8 управления (фиг. 3) содержит формирователь 17 импульсов, элементы И 18-21, генератор 22 тактовых импульсов, регистр 23 .режимов.
Блок 1 формирования шага содержит регистр, соединенный с информационным входом устройства, и последовательно с ним включенные сумматор и регистр суммы, причем выход регистра суммы соединен со вторым входом сумматора.
Структурная схема блока 9 инверсии знака (фиг. 4) содержит элемент
2И-ИЛИ-НЕ 24, элемент НЕ 25, триггер 26.
Формирование траектории точки осуществляется при моделировании диф фузионного процесса путем блуждания точки в исследуемой подобласти. При этом коды координат точки изменяются под воздействием диффузионной составляющей, составляющих сноса по каждой координате или при одновременном воздействии этих составляющих.
Под воздействием диффузионной сос. тавляющей точка двигается стохастически, движение осуществляется шагами.
Каждый шаг состоит из микрошагов, количество которых в шаге пропорционально коэффициенту диффузии. Направление движения точки в течение одного шага определяется выбранными координатой и знаком направления движения. Количество координат, участвующих в формировании траектории точки, может быть от одной до трех и зависит от вида задания исследуемой подобласти.
Под воздействием составляющей сноса осуществляется смещение точки в направлении, определяемом величиной и знаком составляющих сноса по каждой координате.
Составляющая сноса - это стационар- ная величина, постоянная в пределах исследуемой подобласти, причем она по абсолютной величине не превышает ве7 92668 личину диффузионно 1 составляющей и для каждой координаты может иметь различное значение как по величине,так и по знаку.
Устройство работает следующим обра-s зом.
Перед началом формирования траектории точки в устройство с информационного входа заносятся исходные данные: в блок 1 формирования шага - код коэффициента диффузии, в формирователи 10, 10, 10> координаты - коды начальных . значений координат точки и коды состав ляющих сноса (соответственно в счетчик 16 и регистр 13), в блок 8 управ ления — режим работы устройства
После занесения исходных данных сигналом, поступаЮщим на управляющий вход осуществляется запуск устройства.
В процессе формирования траектории о точки под воздействием диффузионной составляющей по управляющему сигналу от блока 8 управления блок 1 Формирования шага осуществляет формирование длительности шага путем суммирования щ на каждом микрошаге кода коэффициента диффузии до переполйения разрядной сетки блока 1 формирования шага.
Сигнал переполнения указывает на окончание шага.По этому сигналу генера- зв тор 2 случайных чисел вырабатывает новое случайное двоичное число, указывающее направление движения точки и код номера координаты. Сигнал направления движения точки через блок 9 инверсии знака поступает в блоки формирования координат 10„, 10<, 10> первой, второй и третьей координаты соответственно.
Код номера координаты поступает на дешифратор 3. Дешифратор 3 по управляющим сигналам от блока 8 управления в зависимости от режима работы устройства преобразует код номера координаты в еаиничный позиционный сигнал выбора координаты.
При одномерном блуждании дешифратор 3 выбирает только первую координату, при этом соответствующий сигнал через элемент ИЛИ 4 поступает на счетчик 16 (Фиг, 2 ) формирователя координаты 10„ . В этом случае по сигналу от блока 8 управления, поступающему на четвертый вход формирователя координаты 10, состояние счетчика 16 Формирователя координаты на каждом микрошаге изменяется на единицу в зависимости от знака направления движения точки, поступающего через второй вход от блока 9 инверсии знака. При положительном знаке направления движения точки код состояния счетчика 16 увеличивается, при отрицательном - уменьшается. Через выход код координаты формирова еля 1О выдается на выход устройства для использования.
Формирование траектории точки по двум координатам осуществляется следующим образом, Дешифратор 3, управляемый блоком
8 управления, настраивается на такой режим работы, при котором анализируется один разряд кода номера координаты от генератора 2 случайных чисел. При этом в зависимости от состояния этого разряда дешифратором 3 выбирается первая или вторая координата и формирование траектории точки в течение шага осуществляется выбранным формирователем 10 или 10 координаты аналогично описанному выше.
При формировании траектории точки в трехмерном пространстве дешифратор 3 анализирует два разряда кода номера координаты, поступающего от генератора 2 случайных чисел. Двум анализируемым разрядам на выходе дешифратора 3 могут соответствовать четыре позиционных сигнала. Три из них .однозначно определяют первую, вторую и третью координаты. При появлении на выходе де шифратора 3 четвертого позиционного сигнала осуществляется поочередная выборка координат. В этом случае четвертый позиционный сигнал поступает на трехразрядный регистр 7 сдвига, клапанируемый выход каждого разряда которого подключен к соответствующим элементам ИЛИ 4-6, причем один из разрядов регистра 7 сдвига находится в единичном состоянии, в которое он был установлен сиг. налом с блока 8 управления по зане- сении в него режима работы устройства. При этом четвертым позиционным сигналом с выхода дешифратора 3 осуществляется сдвиг на один разряд содержимого регистра 7 сдвига, и на том выходе регистра сдвига, разряд которого находится в единичном состоянии, формируется сигнал, который через один из элементов ЙЛИ 4-6 подключает для работы соответствующий фор35
9 92668 мирователь 10, 10 или 10 коорди2. наты.
При необходимости изменить .направление движения точки на противоположное, например при выходе ее на отража-5 ющую границу, на управляющий вход уст. ройства поступает сигнал признака инверсии ° По этому сигналу блок 8 управления формирует соответствующий сигнал, по которому в блоке 9 инверсии знака производится инверсия знака направления движения точки. Инверс.ное движение точки осуществляется до поступления от блока 1 формирования шага в блок 8 управления сигнала окой-t5 чания шага, по которому в блоке 8 управления вырабатывается сигнал сброса инверсии, поступающий затем в блок 9 инверсии знака.
Формирование траектории точки под 20 воздействием составляющей сноса осуществляется следующим образом.
В течение выполнения каждого микрошага на сумматоре 12 осуществляется суммирование кода составляющей
2S сноса, хранящегося в регистре 13, с содержимым регистра 11 суммы с последующей перезаписью суммы в регистр
11 суммы. ссли на выходе сумматора
12 абсолютная величина кода суммы превышает величину дискреты изменения состояния счетчика 16, то на выходе второй схемы 15 сравнения формируется сигнал, по которому состо" яние счетчика 16 изменяется на единицу. Сигнал с выхода второй схемы 15 сравнения на изменение состояния счетчика 16 вырабатывается в результате анализа второй схемой
15 сравнения знаковых разрядов регис- "6 ров 11 и 13 и сумматора 12. Например, при. положительных значениях кодов. хранящихся в регистрах 11 .и 13, и от- рицательном значении знакового раз-:. ряда на выходе сумматора 12 на выходе45 второй схемы 1 сравнения формируетСя сигнал, по которому состояние счет. чика 16 увеличивается на единицу.
При отрицательных значениях кодов в регистрах 11 и 13 и положитель- 50 ном значении знакового разряда на выходе сумматора 12 сигналом с выхода второй схемы 15 сравнения состояние счетчика 16 умвньшается на единицу. Одновременно первая схема 14 сравнения анализирует знаковые разряды регистров 11 и 13 и сумматора 12 и формирует на выходе сигнал, по кото4 10 рому знаковый разряд регистра 11 суммы устанавливается в состояние, соответсвующее состоянию знакового раз" ряда слагаемого, большего по абсолютной величине.Это необходимо для обеспечения согласованного Формирования траектории на границе двух подобластей, имеющих противоположные значения знаковых разрядов кодов составляющих сноса.
Формирование траектории точки при одновременном воздействии диффузионной составляющей и составляющей сноса осуществляется аналогично описанному выше.
Блок 8 управления в соответствии со схемой, приведенной на фиг. 3, работает следующим образом.
При занесении исходных данных через информационный вход в регистр 23 заносится режим работы устройства, определяющий вид задания исследуе. мой подобласти, а также наличие диффузионной составляющей и составляющей сноса. При этом на пятом выходе блока управления формируются сигналы-lM, 2М, 3М, определяющие соответственно, одномерность, двумерность или трехмерность пространства при формировании траектории точки. Кроме того, при формировании сигнала 3М формирователь 17 вырабатывает сигнал, который через четвертый выход блока управления поступает в регистр 7 сдвига и устанавливает его в исходное состояние (заносит единицу, например, в первый разряд } .
По сигналу "Пуск", поступающему на управляющий вход блока 8 управления,запускается генератор 22 тактовых импульсов, вырабатывающий синх. росигналы, по которым осуществляется выполнение микрошагов. Эти синхросигналы поступают на клапаны
l8 и 19 и на их выходах формируется сигналы ДС, СС, которые через второй выход блока управления поступаЬт на формирователи 10, 10, 10
;координаты для управления их работой в процессе формирования координат точки. ОДновременно сигнал ДС через первый выход поступает на блок
1 формирования шага, по этому сигналу на каждом микрошаге в блоке формирования шага осуществляется сум мирование кода коэффициента.диффузии.
11 9266
При необходимости изменения нап равления движения на противополонное на управляющий вход блока 8 управления подается сигнал признака инверсии (ПИ). При, этом на выходе клапана 21 формируется сигнал установки инверсии (УИ), который через третий выход поступает на блок 9 инверсии знака и изменяет знак направления движения точки на прот вопо- 10 ложный. По .окончании шага в блоке
1 формирования шага вырабатывается сигнал Окй, который через вход блока 8 управления подается на вход клапана 20 и по синхросигналу от ге- 4S нератора 22 на его выходе формируется сигнал сброса инверсии (СИ).
Сигнал СИ подается на блок 9 инверсии знака для снятия инверсии движения точки. га
При необходимости остановить процесс формирования траектории точки на управляющий вход блока 8 управления подается сигнал "Стоп", по которому осуществляется останов гене- 25 ратора 2 тактовых импульсов . При этом прекращается формирование синхросигналов и траектории точки до поступления сигнала."Пуск", 36
Таким образом, выполнение устройства в соответствии с изобретением позволяет при наличии одного re. нератора случайной последовательности, дешифратора, элементов ИЛИ и ре
3S гистра сдвига осуществлять формирование траектории точки по одной, двум или трем координатам в зависимости от режима функционирования устройства, что повышает коэффициент использования оборудования и расширяет его функциональные возможности, Введение в устройство блока инверсии знака позволяет оперативно управлять направлением движения точки в процессе формирования траектории, что также расширяет .Функ циональные возможйости устройства.
Наличие в нем формирователей координаты позволяет осуществлять формирование траектории точки под воздействием диффузионной или стационарной составляющих или при одновременном воздействии обеих составляющих, что, в ceoi> очередь, расширяет функциональные возможности устрой ства формирования траектории точ84 ки для моделирования многомерных диффузионных процессов.
Формула изобретения
1. Устройство для моделирования многомерных диффузионных процессов, содержащее генератор случайных чисел, блок управления, информационный и первый управляющий входы которого являются соответственно первым и . вторым входами устройства, блок формирования шага, выход которого соединен с входом генератора случайных чисел, а первый выход блока управления соединен с первым входом блока формирования шага, второй вход которого подключен K информационному вхо" ду блока управления, и формирователи координаты, о,т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности учета воздействия дополнительных стационарных составляющих диффузионного процесса, в него дополнительно введены дешифратор, элементы ИЛИ, регистр сдвига и блок инверсии знака, причем первый выход генератора случайных чисел соединен с первым входом дешифратора, один выход которого соединен с первым входом регистра сдвига, выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены соответственно к другим .выходам дешифратора, а выходы элементов ИЛИ соединены соответственно с первыми входами формирователей координаты, выходы которых являются соответственно выходами устройства, второй выход генератора случайных чисел соединен с первым входом блока инверсии знака, выход которого соединен с вторыми входами формирователей координаты, третьи входы которых подключены к информационному входу блока управления, второй выход которого объединен с его первым выходом и подключен к четвертым входам
Формирователей координаты третий выход блока управления соединен с вторым входом блока инверсии зна. ка, четвертый выход блока управления связан с вторым входом регистра сдвига, а пятый выход подкл очен к второму входу дешифратора, при чем выход блока формирования шага соединен с вторым управляющим входом блока управления.
926684
2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что формирователь координаты содержит регистр суммы, сумматор, регистр исходных данных, первый и второй элементы сравнения и счетчик, гричем разреша ющий, знаковый, информационный и управляющий входы счетчика являются соответственно первым, вторым, l третьим и четвертым входами форми- 10 рователя, а управляющий вход счет- . чика связан с первым входом регистра .суммы, первый выход которого соединен с первым входом сумматора, первый выход которого соединен с вторым !5 входом регистра суммы, второй выход которого соединен с первыми входами элементов сравнения, вторые входы которых подключены к первому выходу регистра исходных данных, второй вы- щ ход которого соединен с вторым входом сумматооа, второй выход которого соединен с третьими входами элементов сравнения, выход первого элемента сравнения соединен с третьим 2S . входом регистра суммы, а выход второго элемента сравнения соединен со счетным входом счетчика, информационный вход которого соединен с входом регистра исходных данных, а выход Зо счетчика является выходом формирователя координаты. . 3. Устройство по и . 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управ. ления содержит формирователь импуль- З сов, четыре элемента И, генератор тактовых импульсов, и регистр режимов, вход которого является информационным входом блока, первый и второй выходы регистра режимов соедине- <6 ны соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам генератрра тактовых импульсов, третий выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, второй вход третьего элемента И является вторым управляю щим вкодом блока управления, первый и второй входы генератора тактовых импульсов и второй вход четвер-. того элемента И являются первым управ ллющим входом блока управления, тре» тий выход регистра режимов соединен с входом .формирователя импульсов, причем выход первого элемента И является первым выходом блока управления, выход второго элемента И яв" ляется вторым выходом блока управления, выходы третьего и четвертого элементов И являются третьим выходом блока управления, выход формирователя импульсов является четвер» тым выходом блока, а третий, четвертый и. пятый. выходы регистра режимов являются пятым выходом блока управления.
4. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок инверсии знака содержит элемент 2И-ИЛИ-НЕ, элемент НЕ и триггер,причем первый вход элемента 2И-ИЛИ-НЕ является пеовым входом блока, второй вход элемента 2И-ИЛИ-НЕ подкпючен к выходу триг гера, инверсный выход которого соединен с третьим входом элемента
2И-ИЛИ-НЕ, первый вход которого через элемент HE соединен со своим четвертым входом, выход элемента
2И-ИЛИ-НЕ является выходом блока, а вход триггера является вторым входом блока инверсии знака.
Источники информации, принятые во внимание-при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР 458839, кл. С )6 G 7/48, 1973.
2. Авторское свидетельство СССР 377808, кл. С 06 G 7/48, 1971 (прототип).
