Вычислительное устройство для решения уравнений

 

(72) Авторы изобретения

А. А. Першин и Л. Т. Глушкова (71) Заявитель (54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ

УРАВНЕНИЙ

Изобретение относйтся к вычислительной технике и может быть ис пользовано, например, в устройствах для обработки информации, являющихся узлами измерительных приборов, в част ности в двухканальных нейтронных влагомерах, измеряющих весовую влаж-. ность сыпучих материалов с переменной плотностью.

Известно устройство,,содержащее три счетчика импульсов, формирователь импульсов, триггеры, элементы

И, сумматор, два сдвиговых регистра, регистры, узлы вычитания и делитель частоты (1f.

Недостатком этого устройства является то, что при его использовании, например, в приборах для исследования физических свойств веществ для решения более сложной матема- 20 тической зависимости общая схема устройства значительно усложняется из-за многоступенчатой обработки информации, каждая ступень которой

4 реализуется известным устройством в комплексе с другими устройствами.

Из известных устройств наиболее близким к изобретению по технической сущности является вычислительное устройство, которое содержит два счетчика, два элемента И, два триггера и формирователь, причем пер- вые входы триггеров и счетчиков соединены с первым входом устройства, нулевой выход первого триггера подключен к первым входам первого и второго элементов И, единичный выход второго триггера подключен к вторым входам первого и второго элементов

И, выход первого элемента И подключен к второму входу первого счетчика, выход второго счетчика через формирователь подключен к второму входу второго триггера и является выходом устройства, третьи входы перaoro и второго элементов И являются соответственно вторым и третьим входами устройства.

138287

Устройство также содержит третийэлемент И, три группы элементов И и элемент ИЛИ, причем выходы элементов И первой группы подключены к группе входов первого счетчика, группа выходов которого через вторую группу элементов И подключена к первой группе второго счетчика, к второй группе входов последнего подключены выходы третьей группы элементов И, выход второго счетчика .подключен к входу второй группы элементов И, входы первой и третьей групп элементов И и второй вход первого триггера подключены к четвертому входу устройства, нулевой выход. второго триггера подключен к первому входу третьего элемента И, выходы второго и третьего элементов И подключены к входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к .второму входу второго счетчика, второй вход третьего элемента И является пятым входом устройства,.группы входов первой и третьей группы элементов И являются группами входов устройства (2).

Недостатком этого устройства является ограниченность функциональных возможностей, которая выражается в том, что что оно не решает бо лее сложные математические зависимости с большим числом аргументов и математических операций при обра ботке информации в измерительных. при борах для определения физических свойств веществ.

Использование таКого устройства возможно в тех приборах для определения физических свойств, где производится определение лишь одной физической величины, например в радиоизотопных приборах одноканального. типа, определяющих . влажность вещества. В тех же приборах, где определение одной физической величины производится с коррекцией по другой физической величине, т.е. приборах двухканального типа, например, в ра- диоизотопных влагомерах с определением весовой влажности с коррекци- ® ей по плотности решаемая задача усложняется и сводится к решению системы с двумя неизвестными и постоянными коэффициентами.

Целью изобретения является расши- SS рение функциональных воэможностей за счет обеспечения выполнения мате- матических операций при обработке информации измерительных приборов и решения математических зависимостей с большим числом аргументов.

Поставленная цель достигается тем, что в вычислительное устройство для решения уравнений, содержащее два счетчика, два триггера, три элемента И, выход первого из которых подключен к счетному входу первого счетчика, первый вход первого элемента И соединен с входом эталонной частоты устройства, второй вход подключен к выходу первого триггера,группы информационных входов первого и второго счетчиков являются соответственно первой и второй группы информационных входов устройства, ведены четырнадцать счетчиков, третий и четвертый триггеры, четвертый, пятый и шестой элементы И, блок сравнения, причем выходы первого, второго, третьего и четвертого счетчиков соединены соответственно с первыми входами первого, второго, третьего и четвертого триггеров и соответственно с упраЬляющими входами первого, второго, третьего и четвертого счетчиков, выходы второго, третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к счетным входам второго третьего и четвертого счетчиков, группы информационных входов третьего и четвертого счетчиков являются соответственно третьей и четвертой группами информационных входов устройства, выходы первого, второго, третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к счетным входам пятого, шестого, седьмого и восьмого счетчиков, счетные входы девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого счетчиков соединены соответственно с выходами тринадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого и шестнадцатого счетчиков, первые входы второго, третьего, четвертого элементов И и счетные входы тринадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого и шестнадцатого счетчиков соединены с входом эталонной частоты устройства, выходы второго, третьего и четвертого триггеров подключены соответственно к вторым входам второго, третьего и четвертого элементов И, вторые входы первого, второго третьего и четвертого триггеров соединены с выходом шестого элемента И, второй вход пятого

87 6 а, Ь - коэффициенты, соответствующие чувствительности преобразователя к изменению влажности; а, Ь вЂ” коэффициенты, соответствующие чувствительности преобразователя к изменению влажности и плотности.

Дпя определения влажности материала при нейзвестной его плотности систему уравнений можно преобразовать в уравнение вида:

3®-ao 043 3p-bo-919 с1 +а У Ь +b®g

Задавая приращение bp в диапазоне от минимума до максимума можно определить влажность материала в мо .:; мент, когда. произойдет равенство правой. и левой части уравнения (2).

Таким образом, определение влажности сводится к заданию и суммированию приращения, решению обеих частей уравнения (3) и поиску мо.мента сравнения значения функции. щ-,-; У р- о- . У

a<+a>Q y Ь +Ь Бьу

Устройство работает следующим образом.

Сигналом "Пуск", поступающим с управляющего входа устройства, блок

17 сравнения кодов устанавливается в исходное состояние и íà его выходе появляется единичный потенциал. В счетчики 5-8 записываются коды: в счетчик 5 записывается код, соответствует текущему значению 3 -ав, в счетчик 6 записывается код, соответствующий значению а, в счетчик 7 записывается код, соответствует текущему значению 39 -Ь, в счетчик 8 записывается код, соответствуюций значению b .

Кроме того.сигналом "Пуск", прошедшим через элемент И 22, триггеры

24-27 устанавливаются в состояние "1"

Единичные потенциалы с выходов каждого триггера поступают соответственно на входы элементов И 18-21, разрешая прохождение импульсов эталонной частоты на входы счетчиков

1, 2, 3, 4, 5 и 7, работающих в режиме вычитания.и на входы счетчиков

6 и 8, работающих а режиме сложения.

Поскольку счетчики 1-4 находятся в нулевом состоянии, с приходом пер5 9382 элемента И и управляющие входы блока . сравнения, пятого, шестого, седьмого и восьмого счетчиков подключены . к входу пуска устройства, входы шестого элемента И соединены соответственно с выходами блока сравнения, десятого и двенадцатого счетчиков, информационные входы блока сравнения соединены соютветственно с выходами девятого и одиннадцатого счетчиков, 10 выход блока сравнения подключен к управляющим входам девятого и одиннадцатого счетчиков, выходы пятого, шестого, седьмого и восьмого счетчи ков соединены соответственно с ин- iS формационными входами тринадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого и шестнадцатого счетчиков, группы информационных входов пятого, шестого, седьмого и восьмого счетчиков являют- 20 ся соответственно пятой, шестой и седьмой и восьмой группами информационных входов устройства.

На чертеже представлена схема устройства. 2s

Устройство содержит счетчики 1-16, блок 17 сравнения, элементы И 1823, триггеры 24-27. В радиоизотопных измерительных приборах, определяющих весовую влажность сыпу чих материалов с переменной плотностью (кокс, аглошихта, руда и проч.), для повышения точности измерения необходимо измерять объемную влажность и насыпную плотность материала, затем по этим данным определить весовую влажность по следующей зависимости.

Система уравнений (1) представля ет зависимость выходных сигналов 40 (1, 1р) двухканального первичного измерительного преобразователя от влажности и плотности материалов.

- =во+ а1,9+ а +аэЯ и 1 (1)

39=bp+Ь„9 Ь и+ЬЗУщ J

4S где, Д вЂ” текущие значения сиг" налов на выходе первичного измерительного преобразователя; а0, Ь вЂ” постоянные коэффициенты, соответствующие сигналам 3,, g9 при нулевой влажности и мини— мальной плотности материала;

И а„, Ь„ - коэффициенты, соответствующие чувствительности преобразователя к изменению плотности;.

7 9 382 вого импульса эталонной частоты на выходах счетчиков 1-4 появляются импульсы переноса, поступающие на соответствующие управляющие входы счет" чиков 1-4 и входы триггеров 24-27.

При этом, триггеры 24-27 устанавливаются в нулевом состоянии, запрещая прохождение импульсов эталонной частоты, через элементы И 18-21, а в счетчики 1-4 записываются коды: 10 в счетчик 1 - код, соответствующий значению с 1/n, в счетчик 2 - код, соответствующий значению с(Ь/и, в счетчик 3 - код, соответствующий значению Ь jn, а счетчик 4 - код, 1у соответствующий значению ЪЬ)п. Выбор значения величины коэффициента и зависит от выбора уровня квантования значений (насыпной плотности).

Коды с выходов счетчиков 5-8 пос- 20 тупают соответственно на входы счетчиков 13-16. Счетчики 13-16 осуще. ствляют преобразование параллельного кода в частоту импульсов.

Необходимым условием работы данного устройства является

Ся(Ф % аС г

10 11 1С где Lg,С®,С„, 1 - время заполнения счетчиков импульсов

9-12 соответственно. З0

Коды с выходов счетчиков 9 и 11 по. поступают на входы блока 17, где происходит их сравнение. На этом заканчивается первый такт работы устройства.

Импульсы переноса с выходов счет- чиков 11 и 12 поступают через элементы И 23 и 22 на входы триггеров

24-27, устанавливая их в единичное состояние. Далее работа вычислительного устройства повторяется. При этом, поскольку в счетчиках импульсов 1-4 записаны коды, то заполнение каждого из них происходит эа некоторое время.

Счетчик 1 импульсов заполняется у й1 С(1 1 за время i> = —" ° — гчетч к

2 импульсов " за время % = у = — х

" г Х и счетчик 3 импульсов - за время

% Ф

0 — счетчик 4 - за время йЬ Ь S0

4 З - — ", 3à время С1 из содержимого счетчика 5 вычитается код, равИ ныи 5 О 1 П

Код в счетчике 5 становится равным

ЗВ

87, 8

За время Ф в счетчик 6 импульсов, прибавляется код, равный с33

N f ь

Ь 0

Код в счетчике 6 становитСя равным чЬ

МЬ=а1+ „

Аналогичным образом за время изменяются коды в счетчиках импульсов 7 и 8. Код в счетчике 7 импульсовравным Ъ

N =1 "b

1 Я 0 и

Код в счетчике 8 импульсов равным 3

МВ=Ь1+ л

Изменение кодов счетчиков 6 и 8 приводит к изменению времени заполнения счетчиков импульсов 10 и 12.

После набора информации в счетчиках 9 и 11 образуются коды а1

3 "с1

Cl 0 t1 3 с 1 +

Ь1

Р 0 П

3-Ь-—

"10

В каждом последующем такте работы устройства в счетчиках 5-8 изменяются коды на величины:

С1, 1 с1

n, и ЬЬ

К =C 1; я С вЂ”1 „П B

Таким образом, в вычислительном устройстве решаются два уравнения вида.

Ж 0

6 Фс1, + 1

1 л 1 -Ь,-Ь„С-— н- "

П

Ъ, + Ь и где 2 — „- сумма приращений, проI порциональная приращеt1 нию 1 ар.

В блоке 17 сравнения непрерывно происходит сравнение кодов N9 Й10.

Решение уравнений (4) происходит до момента равенства кодов. В момент равенства кодов на выходе блока 17 срав нения появляется нулевой потенциал, поступающий на вход элемента И 23 и

10

9 93828 запрещающий прохождение импульсов пе- реноса с выходов счетчиков 10 и 12 через элемент И 23. Нулевой потен- . циал с выхода блока 17 сравнения поступает также на входы счетчиков 9 и

1, запрещая в них набор информации.

На этом работа вычислительного устройства заканчивается. Следующий цикл вычисления начинается с приходом очередного сигнала,"Пуск", Таким образом, вычислительное устройство осуществляет задание приращения, их суммирование и решение уравнения.

15 с информационными входами тринадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого и шестнадцатого счетчиков, группы информационных входов пятого, шестого, седьмого и восьмого счетчиков являются соответственно пятой, шестой, седьмой и восьмой группами информационных входов устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке и 2829745/18-24, кл. G 06 F 15/46, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР 532097, кл. G 06 F 15/32, 1975 (прототип). формула изобретения

Вычислительное устройство для решения уравнений, содержащее два счет. чика, два триггера, три элемента И,! 2ф выход первого из которых подключен к счетному входу первого счетчика, первый вход первого элемента И сое.динен с входом эталонной частоты устройства, второй вход подключен 25 к выходу первого триггера, группы информационных входов первого и второго счетчиков являются соответственно первой и второй группами информационных входов устройства, о т л и Зв ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения решения математических зависимостей с большим чйслом аргументов, в него введены четырнадцать счетчиков, третий и четвертый триггеры, четвертый, пятый и шестой элементы И и блок сравнения, причем выходы первого, второго, третьего и четвертого счетчиков соедине- ны соответственно с первыми входами первого, второго, третьего и четвертого триггеров и соответственно с уп-. равляющими входами первого, второго, третьего и четвертого счетчиков, выходы второго, третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к счетным входам второго, третьего и четвертого счетчиков, группы информационных входов третьего и четвертого счетчиков являются соответственно третьей и четвертой группами инфор-. мационных входов устройства, выходы первого, второго, третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к счетным входам пятого, шестого, седьмого H восьмого счетчиков, счетные входы девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого счетчи. ков соединены соответственно с выходами тринадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого и шестнадцатого счетчиков, первые входы второго, третьего и четвертого элементов И и счетные входы тринадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого и шестнадцатого счетчиков соединены с входом эталонной частоты устройства, выходы второго, третьего и четвертого триггеров подключены соответственно к вторым входам второго, третьего и четвертого элементов И, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого триггеров соединены с выходом шестого элемента И, второй вход пятого элемента И и управляющие входы блока сравнения, пятого, шестого, седьмого и восьмого счетчиков подключены к входу пуска устройства, входы шес. того элемента И соединены соответственно с выходами блока сравнения, десятого и двенадцатого счетчиков, информационные входы блока сравне" ния соединены соответственно с выхо-. дами девятого и одиннадцатого счетчиков, выход блока сравнения подключен к управляющим входам девятого и одиннадцатого счетчиков, выходы пятого, шестого, седьмого и восьмого счетчиков соединены. соответственно