Устройство для моделирования физических полей

 

Изобретение относится к области аналоговой вьгчислительной техники и может быть использовано для решения задач оптимального размещения источника физического поля с учетом ограничений на значения физического поля в контролируемых точках области и ограничений на местоположение источника в области. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет выделения зон возможного размещения источника. Новым в предложенном устройстве является наличие блока 15 задания ограничений, счетчика 14,двух блоков сравнения I2и 13, элементов И и ИЛИ 10 и 11,формирователя импульсов 6,Применение устройства при решении задач оптимального проектирования позволяет повысить надежностные характеристики проектируемых технических устройств и сократить временные и материальные затраты на проектирование, 6 ил. с (Л т Tt-Tt итог ю N9 Bffo MlXOdW Uft(fN Mtn4«M

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

511 4 G 06 G 7/56 д(ГРп п. ц q

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

O А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3856233/24-24 (22) 19. 02.85 (46) 15.08.86. Бюл. 11- 30 (71) Институт проблем машинострое— ния АН УССР (7 2) Ю.М. Мацевитый, Ю. Г. Стоян и В.П.Путятин (53) 681 . 333 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 568953, кл. G 06 G 7/56, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Р 1059584, кл. G 06 G 7/56, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ (57) Изобретение относится к области аналоговой вЫчислительной техники и может быть использовано для решения задач оптимального размещения источÄÄSUÄÄ 1251122 А1 ника физического поля с учетом ограничений на значения физического поля в контролируемых точках области и ограничений на местоположение источника в области. Цель изобретения расширение функциональных возможностей за счет выделения зон возможного размещения источника. Новым в предложенном устройстве является наличие блока 15 задания ограничений, .счетчика 14,двух блоков сравнения 12и 13, элементов И и ИЛИ 10 и ll,формирователя импульсов 6.Применение устройства при решении задач оптимального проектирования позволяет повысить надеж-. ностные характеристики проектируемых технических устройств и сократить временные и материальные затраты на проектирование. 6 ил.

1251122

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для выделения зон возможного размещения источника физического поля с учетом ограничений на значения поля в нескольких контролируемых точках и местоположения размещаемого источника в области.

Цель изобретения — расширение, функциональных возможностей за счет выделения зон возможного размещения источника.

Необходимо в заданной области выделить зону (подобласть) возможного местоположения источника, причем такую, чтобы для любого местоположения источника в этой зоне выполнялись следующие ограничения: а1значения поля в контролируемых точках области не должны превышать на перед заданные величины;

51 размещаемый источник не должен попадать в области, занимаемые неподвижными источниками и областями запрета, задаваемые из конструктивных технологических и др. требований;

6) источник не должен находиться ближе наперед заданного расстояния от границы области, в которой осуществляется его размещение.

На фиг.l представлена блок-схема устройства для моделирования различных полей; на фиг.2 — блок задания интенсивности источников физического поля; на фиг.3-4 — блоки

35 сравнения; на фиг.5 — блок задания ограничений; на фиг.6 — временная диаграмма, поясняющая работу блока задания интенсивности источников физического поля.

Устройство для моделирования физических полей состоит из коммутатора 1, R-сетки 2, блока 3 задания граничных условий, блока 4 цифроаналоговых преобразователей, блока 5 сравнения, формирователя импульсов 6, сумматора 7, блока 8 задания интенсивности источников физического поля, блока 9 регистрации, элемента И 10, элемента ИЛИ ll, блоков 12 и 13 сравнения, счетчика 14, блока 15 задания ограничения.

Коммутатор 1 представляет собой стандартный (и+1)-разрядный (n— 55 число узлов К-сетки) регистр последовательного сдвига, имеющий один информационный и один тактирующий вход. Он предназначен для организации поочередного включения цифроана.— логовых преобразователей 16 блока 4 (фиг.1) кодами, приходящими с регист ра последовательного сдвига коммутатора 1. Причем "нулевой" разряд этого регистра не связанный с цифроаналоговыми преобразователями) слу-жит для подачи в него "1", которая

J затем передвигается по регистру, путем подачи и тактирующих импульсов, что позволяет на выходе коммутатора иметь следующую последовательность кодов

100 ... 0

010 ... 0

001 ... 0

000 ... 1 и подключающих поочередно .цифроаналоговые преобразователи 16 блока 4.

Блок 2 R-сетки представляет собой обычную сеточную модель, с помощью которой моделируется физическое поле, создаваемое неподвижными и подвижным источниками, а также граничными условиями.

Блок 4 цифроаналоговых преобразователей представляет собой набор стандартных идентичных цифроаналоговых преобразователей 16, функциони-. рующих независимо друг от друга. За,цача каждого из преобразователей состоит в преобразовании кода, соответствующего интенсивности источника, в ток-аналог источника физического поля.

Блок 5 сравнения представляет собой блок выделения максимального зна. чения потенциала среди постоянных аналоговых величин.

Блок 6 представляет собой стандартный формирователь импульсов, предназначенный для формирования импульса по аналоговой величине, поступающей от блока 5 сравнения.

Блок 7 сумматоров представляет собой набор стандартных идентичных сумматоров 17, функционирующих независимо друг от друга.

Блок 8 задания интенсивности источников физического поля (фиг.2) содержит генератор 18 тактовых импуль-. сов, элемент И 19, элемент И 20, триггер 21, блок 22 запуска, группу регистров 23, триггер 24, группу з 12511 цифроаналоговых преобразователей 25, с первого по четвертый элементы 26-29 задержки.

Блок 9 — регистрирующее устройство представляет собой стандартное алфа- 5 витно-цифровое устройство.

Блок 12 сравнения на равенство двух чисел фиг.3 содержит регистры

30-31, включающие триггеры 32-33, схему 34 сравнения на равенство, содержащую элементы ИЛИ 35 и элемент

,И 36. В регистры 30 и 31 подаются два числа, если они равны, то на выходе элемента И 36 появляется сигнал.

>5

Блок 13 сравнения нескольких чисел на равенство (фиг.4) содержит блоки 37 сравнения на равенство двух чисел, аналогичные блоку 12, выходы которых подключены к элементу ИЛИ 38. 0

На выходе элемента ИЛИ 38 появляется сигнал только в том случае, когда хотя бы в одном из блоков 37 числа, поданные на его входы, совпадают.

Блок 14 является стандартным счет- 25 чиком.

Блок 15 задания ограничений (фиг.5) содержит две группы регистров 39-40, регистр 41 и группу цифроаналоговых преобразователей 42.

Подготовка устройства к работе.

Каждому узлу R — сетки присваивается номер 1,2,...п (фиг.l). Далее с устройства ввода (например, клавишного) заносятся коды, соответ- 35 ствующие исходным данным, в регистры 23 блока 8 (фиг.2} — интенсивности неподвижных источников„ в регистры 24 — интенсивности размещаемого источника. В регистры 39 блока 40

15 заносятся коды, соответствующие допустимым значениям физического поля, в регистры 40 — номера точек запрета., т.е. номера узлов R-сетки, помещение источника в которые 45 противоречит ограничениям на местоположение размещаемого источника (ограничения о, 5 ) . В регистр 41 заносится общее число точек R-сетки, т.е. число и 50

Устройство .работает следующим, образом.

При включении блока 22 происходит установка в "0" (фиг.2) цифра- 55 вых блоков устройства: коммутатора l, блоков 12 и 13 сравнения, счетчика 14 и цифроаналоговых преаб22 4 разавателей 16 (фиг.1). Связь "Установка 0" (фиг.2) на фиг.l не показана.

Импульс ат блока 22,кроме того, поступает на вход элемента 26 задержки и устанавливает триггер 21 в состояние "1" (фиг.6). Это обеспечивает поступление на входы регистров 23-24 блока 8 и регистров

39-41 блока 15 сигнала, позволяющего переслать содержимое регистров 23 в цифроаналоговые преобразователи

25, преобразующие коды в таки-аналоги неподвижных источников; содержимое регистра 24 в цифроаналоговые преобразователи 16 блока 4, преобразующие код в так-аналог размещаемого источника; содержимое регистров 39 — в цифроаналоговые преобразователи 42, преобразующие коды в напряжения, соответствующие допустимым значениям физического поля; содержимое регистров 40-41 соответственно ва входные регистры блоков сравнения 12 и 13. Входным регистрам, например, в блоке 12 является регистр 31.

Кроме того, этот же импульс от блока 22 поступает на вход элемента 29 задержки, а затем на первый вход элемента И 19, на второй вход которого поступают тактовые импульсы от генератора 18 импульсов. Это позволяет с выхода элемента И 19 (фиг.2) обеспечить подачу одного импульса в "нулевой" разряд (не связанный ни с одним цифроаналоговым преобразователем) регистра 1, т.е. ни один преобразователь 16 еще не включен.

Тактовые импульсы (фиг.21 ат генератора 18 импульсов поступают на элемент И 20, на второй вход которого через элемент 28 задержки поступает "1" от триггера 21. Эта обеспечивает прохождение тактовых импульсов через элемент И 20 (фиг.2) к коммутатору 1, элементу 10 И, счетчику 14.

Поступление на тактовый вход коммутатора 1 импульсов позволяет за и импульсов сгенерировать коды

100 ... 0

010 ... 0

000 ... l — — — — -

1251122

p r>

55 дающие возможность последовательно каждый раз по одному включать цчфроаналоговые преобра"-.îâàòåëè 16 блока

4, связанные соответственно с узлами 1, 2. ..n 2-сетки (фиг.l) . Ha информационные входы каждого цифроаналогового преобразователя 16 блока

4 подан код, соответствующий интенсивности размещаемо-о источника.

Последовательное включение по одно— му преобразователей 16 кодами, подаваемыми с коммутатора 1, позволяет преобразовывать коды, соответствующие интенсивности размещаемого источника в аналоговую величину -- ток, имитирующий источник физического поля.

Поскольку выходы преобразователей 1 б соединены с узлами R сетки, ток соответствующий подвижному источнику ! подается последовательно в узлы 1,2, ...,n R-сетки (фиг.l)., что позволяет совместно с граничными условиями и неподвижными источниками формиро вать п -различных физических полей.

Каждое полученное таким образом поле анализируется путем подачи с каждого узла R-сетки потенциалов, соответствующих значению физического поля, в сумматоры 17 блока 7, на второй вход которых с цифроаналоговых преобразователей 42 блока 15 подаются допустимые значения поля. С выхода блока 7 сумматоров сигнальt рассогла-. сования подаются на вход блока 5 сравнения, позволяющего выделить мак. симальное значение сигнала среди нескольких поданных на вход. С выхода блока 5 сравнения выделенный сигнал поступает на вход формирователя импульсов 6, оттуда — на элемент ИЛИ

11. На другой вход элемента ИЛИ )1 С блока 13 сравнения подается сигнал в том случае, если содержимое счетчика 14 (номер узла R-сетки, в который подается источник) совпадает с одним из номеров узла R-сетки, в

l который запрещена подача размещаемого источника. Таким образом, если сформированное на модели поле не удовлетворяе т наперед заданным ограничениям, т.e. U; v У . (i=1,2, ...,n), где U, — значение поля в

Ф

i-è узле R-сетки, а U; — заданное допустимое значение, то формирователь импульсов 6 формирует импульс, который обеспечит срабатывание элемента ИЛИ 11 и с выхода элемента

ИЛИ ll будет подан сигнал на элемент H 1 О,,который совместно с поданным с блока 8 на элемент И 10 так товым импульсом отключит блок 9 регистрации. Аналогично, если номер узла, куда помещается источник, пришедший со счетчика 14 на схему сравнения 13, совпадает с одним из номеров узла . запрета, хранящегося во входных регистрах блока .13 сравнения, то с выхода блока 13 сравнения на вход элемента ИЛИ ll поступает сигнал, обеспечивающий срабатыванне элемента ИЛИ 11. В этом случае с выхода элемента ИЛИ 11 подается сигнал на элемент И 10, который совместно с поданным с блока 8 на элемент И 10 тактовым импульсом отключает блок 9 регистрации. Если же ни в том, в другом случае элемент ИЛИ 11 не срабатывает, то число тактовых и пульсов, подсчитываемых счетчиком !2 и соответствующих номеру узла R-сетки, в который помещается источник, регистрируется блоком 9 регистрации. Множество таких точек и образует зону возможноrQ размещения источника физического поля.

Для автоматической остановки ра боты устройства введен блок 12 сравнения, на один вход которого со счетсчетчика 14 подается номер узла

R-сетки, в который помещается источник, а на другой вход блока 12 ранее, с блока 15 подано общее число узлов

R-сетки. Если поданные на входы блока 12 сравнения сигналы совпадают то с выхода блока 12 подается сигнал на вход блока 8 задания интенсивности источников физического поля, который поступает на элемент задержки 27, предназначенный для разнесения во времени выполнения операций (фиг.б), а затем на триггер 21, который устанавливается в состояние

О (фиг.б). При этом подача тактовых импульсов через элемент 20 И в коммутатор, элемент И 10 и счетчик 14 прекращается, .что соответствует окончанию решения задачи.

Таким образом, блок 9 регистрации фиксирует номера узлов R-сетки, куда можно помещать источник физического поля, при этом выполняются ограничения как на значения физическо-. го поля в контролируемых точках, так !

1251122

t5

55 и на местоположение источника в области (ограничения а, 6).

Изобретение расширяет функциональные возможности устройства, Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для моделирования физических полей, содержащее R-сетку, коммутатор, блок задания граничных условий, выход которого соединен с граничными узлами R-сетки, блок цифроаналоговых преобразователей, выходы которых соединены с внутренними узлами R-сетки, блок регистрации, блок выбора максимума и блок задания интенсивности источников физического поля, выходы коммутатора соединены с группой тактирующих входов блока цифроаналоговых преобразователей, блок задания интенсивности источников физического поля содержит генератор тактовых импульсов, блок запуска, вход которого является входом

"Пуск" устройства, первый элемент.И первый и второй элементы задержки, триггер и группу регистров, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, выходы первого и второго элементов задержки подключены к первому и второму входам триггера, информационные входы регистров группы блока задания интенсивности источников физического поля являются первой группой информационных входов устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет выделения зон возможного размещения источника, в него введены первый и второй блоки сравнения, счетчик, формирователь импульсов, блок сумматоров, элемент И, элемент ИЛИ, блок задания ограничения, и в блок задания интенсивности источников физического поля дополнительно введены второй элемент И, третий и четвертый элементы задержки, регистр и группа цифроаналоговых преобразователей, блок задания ограничений включает регистр, две группы регистров и группу цифроаналоговых преобразователей, причем в блоке задания интенсивности источников физического поля выход триггера соединен с входом третьего элемента задержки и с входами разрешения считывания регистра и регистров группы, а также подключен к входам разрешения считывания регистра и регистров первой и второй групп блока задания ограничений, выход блока запуска блока задания интенсивности источников физического поля соединен с входом четвертого элемента задержкн, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, выход которого соединен с тактируюшим входом коммутатора, в блоке задания интенсивности источников физического поля выход третьего элемента задержки подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выходы регистров группы блока задания интенсивности источников физического поля подключены к входам цифроаналоговых преобразователей группы, группа выходов которого соединена с внутренними узлами R-сетки, вход регистра блока задания интенсивности источников физического поля является входом задания интенсивности размещаемого источника, а выход подключен к группе информационных входов блока цифроаналоговых преобразователей устройства, выход первого блока сравнения соединен с входом второго элемента задержки блока задания интенсивности источников физического поля, выход второго блока сравнения подключен к второму входу элемента ИЛИ, выход регистра блока задания ограничений соединен с вторым входом первого блока сравнения, выходы регистров второй группы блока задания ограничений подключены к группе входов второго блока сравнения устройства, информационные входы первой группы регистров блока задания ограничений являются второй группой информационных входов устройства, третьей группой информационных входов которого является группа информационных входов регистра второй группы, вход задания чис ла узлов R — сетки устройства ""îåäèíåí с информационным входом регистра блока задания ограничений, выходы ре-гистров первой группы которого подключены к входам цифроаналоговых пре преобразователей группы, выходы которых соединены с первой группой входов блока сумматоров, вторая группа входов которого подключена к внутренним узлам R-сетки, выходы блока сумматоров соединены с входами блока выбора максимума, выход которого

1251122

ВВод и

ИРПОдоу нико5

Пуск через формирователь импульсов подключен к первому входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к первому входу блока регистрации, выход второго элемента И блока задания интенсивности источников

Вдод интенси8ности разме àå и иа физического поля соединен с инфор мационным входом комму" àòîðà, с вторым входом элемента И и с входом счетчика, выход которого подключен к первому входу первого блока срав- нения,к входу второго блока сравнения и к второму входу блока регистрации. оку 8

1251122

Оооо числа точек

Я- сетки !

Ъ а

D о

Ъ о „ (ц

1 э

, Ъ(Ъ

Ю

0а gP»

От блока 8

Пуск ат &22

7риггер 2

Генератор мипу ьсоИ

Злемент

И/9

Элемент

И20

"аано " (к триггера

21)

ВНИИПИ Заказ 4414/48 Тираж 671

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4