Устройство для задания граничных условий

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАДАНИЯ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ, содержащее токозадаю щий резистор, первый дифференциальный усилитель, повторитель, вход которого является выходом устройства, и первый переменный резистор, подвижный контакт которого соединен с инвертирУкщим входом первого дифференциального усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй переменный резистор, второй дифференциальный усилитель, четыре масштабных резистора и источник эталонного напряжения , выход которого подключен к первому выводу второго переменного резистора , подвижный контакт которого соединен с неинвертирующим входом первого дифференциального усилителя, выход которого подключен к первому выводу первого масштабного резистора и к первому выводу токозадающего резистора , второй вывод которого через повторитель соединен с первыми выводами первого переменного резистора и второго масштабного резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу третьего масштабного резистора и к инвертирукядему входу второго дифференциального усилителя, выход котоi рого соединен с вторыми выводами первого переменного резистора и третье (Л го масштабного резистора, второй вывод первого масштабного резистора подключен к неинвертирующему входу второго дифференциального усилителя и к первому выводу четвертого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого посо тенциала, которая подключена к второ му выводу второго переменного резис4 тора. 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ъ

4 (51) G 06 G 7/48 :у

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3640825/24-24 (22) 23.06.83 (46) 30.01.85. Бюл. Р 4 (72) Д. И. Стариков, 3. С, Козлов, Н, Т. Прокофьев, В. А. Иирошкин и P. А. Янбицкий (53 ) 681 . 333 (088 ° 8 ) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 506874, кл. G 06 G 7/48, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

У 399873, кл. G 06 G 7/60, 1971 (прототип) . (54) (57) устройство для злдАния грАНИЧНЫХ УСЛ0ВИй, содержащее токозадающий резистор, первый дифференциальный усилитель, повторитель, вход которого является выходом устройства, и первый переменный резистор, подвижный контакт которого соединен с инвертирующим входом первого дифференциального усилителя, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй переменный резистор, второй дифференциаль ный усилитель, четыре масштабных резистора и источник эталонного напряжения, выход которого подключен к пер.

„„Я0„„1137489 A вому выводу второго переменного резистора, подвижный контакт которого соединен с неинвертирующим входом первого дифференциального усилителя, выход которого подключен к первому выводу первого масштабного резистора и к первому выводу токозадающего резистора, второй вывод которого через повторитель соединен с первыми вывода ми первого переменного резистора и второго масштабного резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу третьего масштабного резистора и к инвертирующему входу второго дифференциального усилителя, выход которого соединен с вторыми выводами пер- Я вого переменного резистора и третьего масштабного резистора, второй вывод первого масштабного резистора подключен к неинвертирующему входу второго дифференциального усилителя и к первому выводу четвертого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, которая подключена к второ- ©ф му выводу второго переменного резис- е,) тора. «Фь

1 1137

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для задания граничных условий на электрических моделях при реше, нии краевых задач математической физики

Известно устройство для задания токов, содержащее R-C-сетку, диод, блок масштабирования и суммирования токов, выполненный в виде магазина резисторов, коммутатор и генераторы Я.

Данное устройство характеризуется сложностью конструкции и недостаточной точностью задания граничных условий ° !

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для задания граничных условий, содержащее токозадающий резистор, первый дифференциальный усилитель, повторитель, вход которого является выходом устройства, и первый переменный резистор, подвижный контакт которого соединен с инвертирую ì входом первого дифференциального 25 усилителя, Кроме того, это устройство содержит два незаземленных источника питания (2).

Недостатком известного устройства является то что в случае задания

30 граничных условий II рода необходимо с помощью элемента коммутации разрывать цепь обратной связи, в которую включен повторитель, что снижает точность задания граничных условий.

Цель изобретения — упрощение устройства и повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее токозада ющий резистор, первый дифференциальный усилитель, повторитель, вход ко40 торого является выходом устройства, и первый переменный резистор, подвижный контакт которого соединен с инвертирующим входом первого дифферен циального усилителя, введены второй переменный резистор, второй дифференциальный усилитель, четыре масштабных резистора и источник эталонного напряжения, выход которого подключен к первому выводу второго переменного резистора, подвижный контакт которого соединен с неинвертирующим входом первого дифференциального усилителя, выход которого подключен к первому выводу первого масштабного резистора и к первому выводу токозадающего резистора, второй вывод которого через повторитель соединен с первыми выво489 2 дами первого переменного резистора и второго масштабного резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу третьего масштабного резистора и к инвертирующему входу второго дифференциального усилителя, выход которого соединен с вторыми выводами первого переменного резистора и третьего масштабного резистора, второй вывод первого масштабного резистора подключен к неинвертирующему входу второго дифференциального усилителя и к первому выводу четвертого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потен циала, которая подключена к второму выводу второго переменного резистора.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство содержит источник 1 эталонного напряжения, переменный резистор 2, дифференциальные усилители 3 и 4, переменный резистор 5, повторитель 6, токозадающий резистор

7, масштабные резисторы 8 — 11.

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства подается эталонное напряжение 0 с вьжода источника 1, равное 100% граничных условий. На неинвертирующий вход дифференциального усилителя 3 с потенциометри-. ческого вывода переменного резистора

2 подается напряжение, пропорциональное величине задаваемых граничных условий. На выходе дифференциального усилителя 3 устанавливается напряжение такой величины, чтобы напряжения на дифференциальных входах усилителя были равны. Напряжение на инвертирующий вход дифференциального усилите ля 3 подается с отвода (средней точки) переменного резистора 5. Повторитель б выполняет роль развязывающего элемента, необходимого для того, чтобы ток с выхода устройства весь поступал в узловую точку границы моделируемой области и не ответвлялся в резисторы 5 и 8. Дифференциальный усилитель 4 с включенными на его вхо. де резисторами 8-11, выполняющий роль раэностной схемы, на выходе вырабатывает напряжение пропорциональ) ное величине выходного тока канала.

Резистор 7 устанавливает зависимость между управляющим напряжением и выходным током при задании граничных условий II рода, Инвертирующий вход

1 где 0 х — напряжение на выходе пов- 40

Вых 6 торителя 6;

0 „,„ - напряжение на выходе усилителя 4;

К вЂ” коэффициент передачи делителя, образованного ре- 45 зистором 5 со стороны выхода повторителя 6.

Перепишем выражение (1) в следующем виде, заменив 08„ на 0ех94

0вых K 0Вх + 0 (1 K) Q ° (2) Найдем выражение для напряжения на выходе повторителя 6 на основе уравнений, записанных по закону Кирхгофа:

1 55

ВЬа 6 В» 4- Вых q вх 4" — О.

3 11374 усилителя 3 является входом отрицательной обратной связи. Очевидно, при соединении средней точки резисто. ра 5 с выходом повторителя 6 образуется последовательная отрицательная обратная связь по напряжению и на выходе усилителя 3 устанавливается такое напряжение, чтобы напряжение на выходе канала устройства было равно входному, а при соединении средней точки резистора 5 с выходом усилителя 4 образуется последовательная отрицательная обратная связь по току. При этом на выходе усилителя 3 устанавливается напряжение такой величины, чтобы задаваемый каналом в узловую точку границы моделируемой области ток был пропорционален напряжению на неинвертирующем входе усилителя 3, т.е. пропорционален величине задаваемых граничных условий

II рода. Промежуточные положения средней точки переменного резистора

2 позволяют устанавливать различную глубину или соотношения отрицательной обратной связи по току или напряжению, что соответствует заданию граничных условий Шрода.

Напишем выражение для напряжения на входе усилителя 3 исходя из услоЭ

30 вия, что коэффициент усиления Ко усилителя 3 достаточно велик (К -+ao ), а входные токи 1 „ достаточно малы (1 - О) и при этом фазовые сдвиги

Вх усилителя в рабочей полосе частот отсутствуют: ех-, 89 4

Принимая во внимание, что 0Е 4 = Ue ех9 Bb«4 R b R«

Р0

0выхб "вык Р„+ Р„

Rd

Рн

Вых4 "Bbx) Р (о и

=О

9

Ви и R ВЫ 5 (8 ho fi 8 или

+ U

1! аь|к 0вых 9 R +

= О, 9

Вых 4 Выйх Ъ а

R9

Вых 6

Р

В (3) Подставим выражение (3) для U

ЕЫК4 в выражение (2);

R((Выкб вх В Выкь R y p о М

R9

0 — (1-К) = О

ВЫкe R

У

8 но 08ык > = 0Вых 6 + Твых R7 где Ieb „- выходной ток канала, тогда 0Вык6 К - 0вху+ "Bblx 6"

9 0

x 1 + — — (1-к) = o. 7

РВ Rо4 R„.

При выполнении условия

11 9

40 Ь имеем следующее выражение:

Но так как напряжение на выходе повторителя 6 равно напряжению на выходе канала устройства, а напряжение на входе .усилителя 3 равно напряжению, пропорциональному величине задаваемых граничных условий, то имеем

0Sbix К - 0В„4 1,„R7(l К) О, к4) 1137489

d Ugb

R — -- 1, (5)

&bill

d LBblX

Дифференцируя 0 Ь,„ в выражении (4) по |вь, полу 1!вь — R (1 с! "Вых

Тогда выходное сопротивление канала равно

Изменяя коэффициент К от 0 до 1, можно получить как частные случаи ис. точники задания граничных условий I

II 1П рода. Из выражений (4) и (5) видно, что при К = "Вх = "еыя

R = О. Это соответствует граничных ным условиям 1 рода. При К = 0 U>

R1 1 R.B „ = 00 . Это соответBbi y1 B bill ствует граничным условиям П рода. При 0 с К i 1 Й ь® изменяется от цо до О, получаем граничные условия

III рода.

Величина резистора R выбирается исходя из величин базовых токов и на. пряжений канала.

Отметим, что предлагаемым универсальным каналом можно задавать не только граничные условия 1, II u III рода, но и мощности внутренних распределенных источников (задаются в виде токов), а также начальные условия.

Реализация изобретения позволяет получить значительный экономический

5 эффект за счет снижения объема аппаратуры сеточной аналоговой вычислительной машины, которая включает в себя набор каналов для задания граничных условий !. рода и набор каналов для задания граничных условий II рода

Сокращение вдвое аппаратуры задания граничных условий при применении универсального канала дает следующую экономию, !

5 За базовый об сект можно принять каналы задания начальных и граничных условий (КНГУ) аналого-цифрового вычислительного комплекса "Сатурн-2".

Стоимость одного канала аналого-циф20 рового вычислительного комплекса

"Сатурн-2" составляет в среднем

200 руб., ориентировочная стоимость одного канала, реализованного в виде двух микросборок, составит !60 руб.

При числе узловых точек сеточной модели 2048 ожидаемый экономический эффект составит

3 = (200-160 ) х 2048,= 80 000 руб. на одну сеточную модель, а при серийном выпуске машин экономический эффект может быть весьма существенным.

l l 37489

Составитель 3. Рыбин

Редактор М, Циткина Техред Т.Фанта Корректор Е. Сирохман

Заказ !0526/37

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

rо делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раутская наб., д. 4/5

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