Устройство для решения краевых задач теории поля

 

(72) Автор изобретения

Г. В. Евстратов

I

Харьковский ордена Ленина политехнический институт; им. В. И. Ленина

1 (71) Заявятель (S4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ КРАЕВЫХ ЗАДАЧ

ТЕОРИИ ПОЛЯ

Изобретение относится к аналоговой и гибридной вычислительной технике и предназначено для решения кра. евых задач теории поля.

Известно устройства для решения краевых задач теории поля, содержащее RC-сетку, блоки задания начальных и граничных условий, блок управления (1).

Недостатком данного устройства является невозможность решения краевых задач, описывающих поля с подвижным распределенным источником энергии.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее источник-.питания, блок управления, RC-сетку с блоками задания начальных и граничных условий, стабилиэатбр тока, блок щ задержки, коммутатор, блок индикации (2 3.

Недостатком известного устройства является невозможность решения кра2 евых задач, описывающих поля с подвижным распределенным источником энергии, Цель изобретения — расширение класса решаемых задач за счет возможности решения краевых задач теории поля, описывающих физические поля с подвижным источником энергии.

Поставленная цель достигается. за счет того, что в устройстве для решения краевых задач теории поля, содержащее источник питания, блок управления, первый выход которого соединен с первым входом RC-сетки, блоки задания начальных и граничных условий, выходы которых соединены с соответствующими входами

RC-сетки, стабилизатор тока, первый коммутатор, блок индикации, дополнительно введены регулятор потенциала, второй коммутатор и формирователь временных интервалов, причем выход источника питания подклю94 чен к входу регулятора потенциала, выход которого соединен с входом стабилизатора тока, выходы которого подключены к первой группе входов первого коммутатора, вторая группа входов первого коммутатора соединена с первой группой выходов формирователя временных интервалов, вторая группа выходов которого подключена к первой группе входов второго коммутатора, вторая группа входов кото рого соединена с группой информационных выходов RC-сетки, группа информационных входов которой подключена к выходам первого коммутатора, выход второго коммутатора соединей с управляющим входом регулятора потенциала и с первым входом блока индикации, второй вход которого соединен с выходом RC-сетки, второй выход блока управления соединен с управляющими входами формирователя временных интервалов, блоков задания начальных и граничных условий, блоком индикации, На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - блок-ехе« ма блока формирования временных интервалов; на фиг. 3 - блок управления.

Устройство для решения краевых задач теории поля содержит электрическую RC-сетку 1, блок 2 задания граничных условий, блок 3 задания начальных условий, блок 4 управления, стабилизатор 5 тока, коммутационно-наборную панель 6, коммутатор 7, формирователь 8 временных интервалов, коммутатор 9 напряжения, регулятор 10 потенциала моделируемого поля, источник 11 питания, блок 12 индикации.

Блок 8 формирования временных интервалов (фиг.2) содержит стабилизированный кварцем генератор 13 импульсов, делитель 14 частоты, элемент И 15, линейку 16 двоично-десятичных счетчиков импульсов, блок 17 дешифраторов двоично-десятичного кода в десятичный, коммутационно-наборную панель 18, блок 19 элементов И и блок 20 RC-триггеров с элементом

ИЛИ по установочному входу каждого триггера.

Блок 4 управления (фиг.3) содержит генератор 21 импульсов, делитель 22 частоты, линейку 23 двоично-десятичных счетчиков импульсов, блок 24 дешифратор двоично-десятич0184

Э0 зз бо бЗ

SS,б ного кода в десятичный, коммутационно-наборную панель 25, первый

26 и второй 27 элементы И, RS-триггер 28, первый 29 и второй 30 формирователи.

Блок 4 управления формирует периодически повторяющуюся временную программу решения и подготовки в виде следующих во времени друг за другом (по разным каналам) прямоугольных импульсов подготовки Г и решения Г . Импульс cg производит включение разрядников узловых точек

RC-сетки 1, подготавливая тем самым модель к решению задачи, Прямоугольный импульс 7,„7)Я5-15 Мксек) своим передним фройтом производит включение в работу блоков 2, З.и 8, определяя тем самым начало решения задачи и синхронизирует работу измерительного устройства 12.

Стабилизатор 5 тока моделирует исполнительное устроиство, т.е. подвижный (или неподвижный) источник тепла (холода). Он состоит иэ набора Р управляемых напряжением источников стабильного тока, максимальный ток которых регулируется перед началом решения задачи.

Коммутатор 7 состоит иэ m субблоков.

Устройство работает следующим образом.

Блок 4 управления вырабатывая прямоугольный импульс времени решения

7;, производит с его помощью подключение к RC-сетке блоков задания граничных 2 и начальных 3 условий, которые задают в ее узлы начальные и граничные условия, известные иэ исходных данных задачи. Кроме того, импульс В с выхода блока 4 управления своим передним фронтом запускает также в работу блок 8 формирования временных интервалов. И с этого момента блок 8 вырабатывая управляющие импульсы в соответствии с заложенной в него программой, подает их на управляющие входы первого субблока коммутатора 7, на входы другого субблока коммутатора

7 и т.д., осуществляя тем самым скачкообразное перемещение соответствующих элементарных участков источника тепла (электронного луча ) с заданной скоростью по заданной траектории. Предварительно на коммутационно-наборной панели 6 осуществляют набор задачи, подключая с помощью

5 9401 шнуровой коммутации или с помощью автоматического устройства ввода данных необходимые управляющие источники тока стабилизатора 5 тока к соответствующим входам коммутатора 7. 5

При этом один и тот же источник тока в зависимости от решаемой задачи может быть подключен ко многим cyG-блокам коммутатора 7, так как его подключение к RC-сетке осуществляет- 10 ся в различные моменты времени. Таким образом, на устройстве осуществляют управление температурным полем с помощью дискретного (скачкообразного ) перемещения источника тепла.

Причем узлы модели, в которых может пребывать элемент источника, предопределены заранее, и переход от одного узла сетки к другому может осуществляться только скачком. Степенями свободы такого подвижного управления служит время и очередность пребывания источника в ка><дом из допустимых узлов модели. пичем в каждый момент времени с О,Г, j данный источник может находиться в одном и только в одном из возможных узлов RC-сетки, а максимальная мощность элемента управляемого источника сохраняется в течение всего переходного процесса постоянной.

Управляющие импульсы напряжения заданной длительности поступают также с формирователя 8 на управляющие

84 блока индикации, а с другой — на вход регулятора потенциала моделируемого поля 10, напряжение с выхода которого поступает на входы управляемых источников стабильного тока стабилизатора 5 тока. Таким образом начинается регулирование температурного поля на поверхности металла в соответствии с заложенным в регулятор 10 законом управления (релейный, пропорциональнь|й, пропорционально-интегральный и т.д..). Поле объекта регулирования постепенно начинает выравниваться по всему объекту. При этом за время решения " подача тока в узлы RC-сетки по траектории движения источника циклически повторяется в соответствии со сканированием электронного луча до тех пор, пока температура во всех точках поля не достигнет заданной. На этом переходной процесс заканчивается. После окончания импульса Z в течение времени ; происходит приведение схемы в исходное состояние, а затем с приходом импульса с блока

4 управления процесс решения задачи повторяется.

Предлагаемое устройство благодаря наличию новых элементов и связей между ними позволяет решать краевые задачи, описывающие физические поля с подвижным источником энергии.

40

55 входы коммутатора 9, так что конец импульса на входе предыдущего субблока коммутатора 9 соответствует началу импульса с формирователя 8 на управляющем входе последующего субблока коммутатора 9. Таким образом осуществляется последовательная коммутация узловых точек по траектории движения соответствующего датчика потенциала моделируемого .поля. Причем согласно условию задачи коммутация узловых точек здесь происходит синхронно с подачей тока с узлы RC-сетки и опережает последнюю по фазе на один или несколько узловых точек. Длительность импульсов, поступающих на управляющий вход коммутатора 9, с формирователя

8 определяет время измерения напряжения в каждом узле RC-сетки, что соответствует времени пребывания датчика потенциала на соответствующем элементарном участке объекта.

Напряжение с выхода коммутатора

9 поступает с одной стороны на вход

Формула изобретения

Устройство для решения краевых задач теории поля, содержащее источник питания, блок управления, первый выход которого соединен с первым входом RC-сетки, блоки задания начальных и граничных условий, выходы которых соединены с соответствующими входами RC-сетки стабилизатор тока, первый коммутатор, блок индикации, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет воэможности решения краевых задач теории поля, описывающих физические поля с подвижным источником энергии, введены регулятор потенциала, второй коммутатор и формирователь временных интервалов, причем выход источника питания подключен к входу регулятора потенциала, выход которого соединен с входом стабилизатора тока, выходы которого подключены к первой группе

940184 входов первого коммутатора, вторая группа входов первого коммутатора соединена с первой группой выходов формирователя временных интервалов, вторая группа выходов которого подключенак первой группе входов второго коммутатора, вторая группа входов которого соединена с группой информационных выходов RC-сетки, группа информационных входов которой под ключена к выходам первого коммутатора, выход втррого коммутатора соединен с управляющим входом регулятора потенциала и с первым входом блока индикации, второй вход которого соединен с выходом RC-сетки, второй вы" ход блока управления соединен с управляющими входами формирователя вре менных интервалов, блоком задания начальных и граничных условий, блоком индикации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Николаев Н. С. Козлов Э. С., в Полгородник Н. П. Аналоговая математическая машина УСМ-1 для решения краевых задач уравнений математической физики. И., Иашгиз, 1962, с.59.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 2913818/13-24, кл. G 06 G 7/48, 1980 (прототип).