Устройство для решения нелинейных задач теории поля
Иллюстрации
Показать всеРеферат
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ЗАДАЧ ТЕОРИИ ПОЛЯ, содержащее генератор тактовых импульсов, блок сравнения, кодоуправляемую R-сетку, центральный узел которой подключен к неинвертирующему входу блока сравнения , два элемента ИЛИ и два элемента И, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия , в него введены ключ, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь , блок формирования нелинейности типа экспоненты и регистр, группа выходов которого подключена к управляющим входам кодоуправляемой R-сетки, выход генератора гактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, а через первый и второй замыкакнще контакты ключа - соответственно с суммирующим и вычитакнцим входами реверсивного счетчика , группа выходов которого подключена к группе входов второго злемента И и к группе входов 1р1фроаналогового преобразователь, выход которого соединен с входом блока формн рования нелинейности типа экспоненты вькод которого подключен к инвертирующему входу блока сравнения, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которо (Л го подключен к входу записи регистра и к второму входу первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом счётчика, группа выходов которого подключена к группе входов регистра, вход сброса устройства соединен с входом обнуления реверсивного счетчика и с первым входом 4: Ю второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу обнуления счетчика, выход второго элемента И соединен 00 с вторым входом второго элемента ИЛИ, вход запуска устройства подклюю чен к второму входу первого элемента ИЛИ.
СО1ОЭ COBETCHHX
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (19) (I I) 4(s)) С 06 Г 7/46
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ h
Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТБУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3666701./24-24 (22) 28.11.83 (46) 07.04.85. Бюл. Р 13 (72) В.Е.Прокофьев, Т.А.Денисенко и С.А.Положаенко (21) Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (53) 681.333 (088.8) (56) 1.Козлов Э.С. и др. Автоматизация процессов решения краевых задач с помощью сеточных АЦВМ. М., "Энергия", 1974, с. 112.
2.Авторское свидетельство СССР по заявке )) 338134 1/24, кл. С 06 G 7/48, 23. 12.82 (прототип) . (54)(57)УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ЗАДАЧ ТЕОРИИ ПОЛЯ, содержащее генератор тактовых импульсов, блок сравнения, кодоуправляемую R-сетку, центральный узел которой подключен к неинвертирующему входу блока сравнения, два элемента ИЛИ и два элемента И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены ключ, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, блок формирования нелинейности типа экспоненты и регистр, группа выходов которого подключена к управляющим входам кодоуправляемой К-сетки, выход генератора гактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, а через первый и второй замыкающие контакты ключа — соответственно с суммирующим и вычитаняцим входами реверсивного счетчика, группа выходов которого подключена к группе входов второго элемента И и к группе входов цифроаналогового преобразователь, выход которого соединен с входом блока формР. рования нелинейности типа экспоненть; выход которого подключен к инвертирующему входу блока сравнения, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу записи регистра и к второму входу первого элемента
И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, группа выходов которого подключена к группе входов регистра, вход сброса устройства соединен с входом обнуления реверсивного счетчика и с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу обнуления счетчика, выход второго элемента И соединен с вторым входом второго элемента
ИЛИ, вход запуска устройства подключен к второму входу первого элемента ИЛИ.
11 9?82
40
50
Изобретение относится к аналого-" вой вычислительной технике и редназначено для решения нелинейных уравнений в частных производных.
Известно устройство для решения нелинейных задач теории поля, содержащее R-сетку, токоэадающие резисторы, блоки задания начальных и граничных условий и блок управления j1).
Недостатком этого устройства является низкая точность.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования объектов с рапределенными.параметрами, содержащее сеточную модель, к каждому узлу которой подключены цифроуправляемые резисторы, схему управ- ления параметрами сеточной модели, состояющую из генератора функционального напряжения, блока сравнения (компаратора), двух счетчиков, один из которых работает в фазоимпульсном режиме, элемента ИЛИ-НГ, RS-триггера, элемента 2И-ИЛИ, причем выход элемента 2И-ИЛИ подключен к счетному входу первого счетчика, выходы которого соединены с входом сеточной модели, выход блока сравнения подключен к первым входам элемента 2И-ИЛИ и элемента ИЛИ-HF., выход которого соединен с первым входом второго счетчика, второй тактовый вход устройства подключен к второму и третьему входам элемента 2И-ИЛИ и к второму входу второго счетчика, выход которого соединен с
S-входом RS-триггера, К-вход которого подключен к первому тактовому входу устройства, выход RS-триггера соединен с четвертым входом элемента 2И-ИЛИ, второй вход элемента
ИЛИ-НЕ и пятый вход элемента 2И-ИЛИ объединены и являются входом устройства.
Устройство позволяет автоматизировать процесс набора параметров модели и осуществлять изменение их по требуемои однозначной нелинейной зависимости g(U ) непосредственно в процессе решения нелинейных задач одновременно во всей области моде лирования. Параллельный принцип учета нелинейности, положенный в основу функционирования указанного устройства, делает его более быстродействующим по сравнению с другими средствами вычислительной техники, применяемыми для решения нелинейных задач теории поля t2j .
Известное устройство характеризуется ограниченными функциональными возможностями, выражающимися в невозможности задания развертывающего напряжения U (t), определяющего характер моделируемой нелинейности
g(U ), убывающей функцией.
Цель изобретения — расширение функциональных возможностей и повышение быстродействия при одновременном упрощении схемы.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, блок сравнения, кодоуправляемую R-сетку, центральный узел которой подключен к неинвертирующему входу блока сравнения, два элемента ИЛИ и два элемен. та И, введены ключ, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, блок формирования нелинейности типа экспоненты и регистр, группа выходов которого подключена к управляющим входам кодоуправляемой К-сетки, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, а через первый и второй замыкающие контакты ключа — соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, группа выходов которого подключена к группе входов второго элемента И и к группе входов цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом блока формирования нелинейности типа экспоненты, выход которого подключен к инвертирующему входу блока сравнения, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу записи регистра и к второму входу первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, группа выходов которого подключена к группе входов регистра, вход сброса устройства соединен с входом обнуления реверсивного счетчика и с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу обнуления счетчика, выход второго элемента И соединен вторым входом второго элемента ИЛИ, вход запуска устройства подключен к второму входу первого элемента ИЛИ. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2-3 — временные
1149282
1О
30 диаграммы, поясняющие работу устрой- ства.
Устройство содержит кодоуправляе.мую К-сетку 1, генератор 2 тактовых импульсов, элементы ИЛИ 3 и 4, блок
5 сравнения, ключ 6, элементы И 7 и 8, счетчик 9, регистр 10, реверсивный счетчик 11, цифроаналоговый преобразователь 12 и блок 13 формирования нелинейности типа экспоненты.
Устройство работает следующим .образом.
Рассмотрим работу устройства в случае задания моделируемой нелиней- 15 ности g(U ) возрастающей функцией.
Перед началом работы устройства счетчики 9 и 11 сбрасываются в
"нуль" импульсом, поступающим на вход сброса устройства, кроме того, 20 триггеры регистра 10 при этом также находятся в невозбужденном состоянии. После сброса счетчиков с поступлением тактовых импульсов от генератора 2 устройство начинает вырабатывать развертывающее напряжение U@(t) причем для задания зависимости p U ) возрастающей функцией ключ б должен быть замкнут на вход прямого счета счетчика 11. В подготовительном периоде осуществляется запись начального значения g узловой проводимосК ти s регистр 10. Для этого на вход запуска устройства поступает прямоугольный импульс, передний фронт которого совпадает по фазе с началом выработки развертывающего напряжения
U (t}. Относительная длительность этого импульса равная „= †" и пропорци«н„ т ональна начальному значению узловой 4б проводимости р „. Этот импульс через элемент ИЛИ 3 поступает на один из входов элемента И 7. Одновременно на второй вход этого элемента поступают тактовые импульсы с частотой й,. Та- 45 ким образом, за время действия импульса на входе запуска устройства счетчик 9 сосчитает число тактовых импульсов, пропорциональное начальному значению узловой проводимости 5п
g<„ Код, соответствующий этому значению, запоминается на триггерах .:регйстра 10. По окончании действия имиульса на входе .запуска устройства, разрешается перезапись значения у
g и цифроуправляемые проводимости
R-сетки 1 по заднему фронту импульса на выходе элемента ЙЛИ 3.
После заполнения счетчика 11, т.е. в конце периода развертывающего напряжения, на выходе элемента И 8 возникает импульс, который через элемент ИЛИ 4 воздействует на вход сброса счетчика 9, обеспечивая его переход в исходное состояние °
В первый период после подготовительного решение задачи осуществляется при заданных начальных узловых проводимостях g Результат решения в этот период в виде потенциала узловой точки U на блоке 5 сравнивается.с развертывающим напряжением
U+(t) формируемым на выходе блока
13. В результате этого на выходе блока 5 появляется импульс, относительная длительность которого 1 определяется величиной потенциала
U, а также формой развертывающего напряжения U (t) и характеризует значение узловой проводимости g при котором решается задача в.следующий период.
Порядок задания значения я уз1 ловых проводимостей следующий.
Импульс, относительной длительностью 1 с выхода блока 5 через элемент ИЛИ 3 поступает на один из входов элемента И 7. Одновременно на второй вход этого элемента поступают тактовые импульсы с частотой
Е . 3a время действия импульса на выходе блока 5 счетчик 9 сосчитает число тактовых импульсов, пропорциональное новому значению узловой проводимости g,. В момент окончания действия импульса на выходе элемента ИЛИ 3 новое значение узловой проводимости g1 переносится из регистра 10 в кодоуправляемую R-сетку f. В конце периода развертывающего напряжения счетчик 9 переходит в исходное состояние.
Рассмотрим работу устройства в случае задания моделируемой нелинейности g(Uð) убывающей функцией (в этом случае ключ 6 замкнут на вход обратного счета счетчика 11). В подготовительный период происходит sa" пись начального значения узловой проводимости р,„, которая осуществляется аналогично рассмотренному случаю задания зависимости g(Uä) возрастающей функцией.
В следующий за подготовительным периодом работы -происходит запись нового значения g, узловых-проводи1149282 мостеи. Происходит это следующим образом. Импульс на выходе компаратора 5 появляется в момент равенства развертывающего напряжения Ц (1) и потенциала узловой точки U . Время действия этого импульса прекращает" ся в конце периода развертывающего напряжения. Число тактовых импульсов, подсчитанных счетчиком 9 до конца периода развертывающего напряжения, определяет новое значение узловых проводимостей g Задним фронтом импульса на выходе элемента ИЛИ 3 это значение переносится из регистра 10 на кодоуправляемую R-сетку 1.
Перевод счетчика 9 в исходное состояние происходит в начале следующего периода развертывающего напряжения.
В последующие периоды укаэанные циклы работы повторяются, в результа. те чего параметры сетки изменяются в каждом периоде развертывающего напряжения, т.е, в предлагаемом устройстве изменение параметров сеточного процессора происходит автоматически, непосредственно в процессе решения задачи параллельно по всей области моделирования. При этом в отличие от известных структур гибридных систем типа"R-сетка—
ЦВМ" после каждого шага итерации
У нет необходимости осуществлять последовательный опрос всех узловых точек, преобразовать информацию о потенциалах узлов в цифровой код и вводить ее в цифровую машину, произ- водить обратную передачу информации о новых значениях узловых проводимостей из ЦВМ в сеточный процессор с
1 целью их перезадания. Исключение укаэанных операций вычислительного процесса значительно повышает быстродействие и. информационную производительность предлагаемого устройства
10 по сравнению с другими, применяемыми для решения задач теории поля.
При сравнении предлагаемого устройства с известным следует отметить, что экономия не аппаратурных затрат
15 с учетом действующего прейскуранта цен на интегральные микросхемы се-. рии К155 составляет О,á5 руб. Для устройства, содержащего 1000 узлов, экономия на аппаратурных затратах
26 составит не менее 650 руб. Если число узлов модели возрастает, то растет и экономическая эффективность применения предлагаемого устройства.
25 Ввиду того, что генератор развертывающего напряжения специальной формы используется один на всю одно" родную область моделирования, затраты на его реализацию для устройства, щ содержащего 1000 узлов, незначительны по сравнению с получаемой экономией.
Таким образом, расширяются. функциональные возможности устройства при одновременном упрощении схемы.
1149282
1I49282
1149282
Составитель В.Рыбин
Редактор В.Данко Техред M.Ãåðãåëü
Корректор, С.Черни
Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4
Заказ 1901/36 Тираж 710 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5