Электронная клавишная вычислительная машина

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИС

ИЗОБРЕ

К АВТОРСКОМУ

>785869 (61) Дополнительное к (22) Заявлено 10. 05. 7 с присоединением заявки Й (23) Приоритет—

К„з

G 06 F 15/02

Госухарствениый комитет

СССР во деаам изобретений и открытий

Опубликовано 071280. Бюллетень ¹ 45

Дата опубликования описания 071280 (53) УДК 681. 14 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.И.Ведерников и Л.Н.Даровских (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОННАЯ КЛАВИШНАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ

МАШИНА

Изобретение относится к области. вычислительной техники и может быть использовано при инженерно-техничес ких и других расчетах.

Известны ЭКВМ, содержащие арифме тическое устройство с сумматором, операционными регистрами, регистром запятой, устройством знаков, устройством памяти, устройством управления операциями, устройством управления индикацией, блок индикации, блок клавиатуры и блок питания (11.

Недостатком известной ЭКВМ является ограниченные функциональные зозможности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является

ЭКВМ, содержащая блок клавиатуры, блок арифметических устройств, блок памяти, блок знаков, устройство управления индикацией, блок индикации, блок накопления операндов и результатов вычислений, блок управления, блок синхронизации и блок питания с соответствующими взаимосвяэями123.

Недостатком прототипа являются ограниченные возможности вычислений, исключающие расчет линейных дифференциальных уравнений и синтез передаточных функций линейных динамических систем.

Целью изобретения является расширение класса решаемых задач, что

5 позволит производить расчеты линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами любого порядка и синтезировать передаточные функции линейных динамических cuf0 стем.

Эта цель достигается тем, что в

ЭКВМ, содержащую блок клавиатуры, блок записи чисел, блок хранения знаков, буферный накопитель, блок управления, память, арифметический блок, причем первый и второй выходы блока клавиатуры соединены соответ" ственно с первыми входами блока записи чисел и блока управления, выход которого соединен с управляющими входами блока записи чисел, буферного накопителя, памяти, блока хранения знака и арифметического блока, выход блока записи чисел соединен с

25 первым инФормационным входом буферного накопителя, первый выход арифметического блока соединен с информационным входом памяти, введены блок вычисления масштаба, блок возведения в степень, блок умножения на масштаб785869 управления 4, а выходы соединены с входом блока хранения знаков 11 и входом буферного накопителя 8, подключенного к выходу блока управления

4 и входу арифметического блока 12, соединенного с выходом блока хранения знаков 11, входом памяти 1) и входом блока управления 4. Блок хранения знаков 11 соединен с выходом блока управления 4. Память 13 соединена с выходом блока управления 4 © и входами дешифратора дискретности

14 и дешифратора значений функции 15, вторые входы которых подключены к выходу блока управления 4, а выходы— к входам светодиодной матрицы 16.

15 Для вычисления переходной функции линейной динамической системы, описанной линейными дифференциальными урав нениями (передаточной функцией)любого установлена закономерная связь между коэффициентами передаточной

25 функции и значениями переходной функции в отдельных ее точках с дискретностью Ь1 =1, выражающаяся следующим образом:

K-a-Ъ,, 1 1 11

КХ К OI1 СМ2t1D2i а 1 1 К

Ж, „х ные коэффициенты, блок вычисления ,коэффициентов, дешифратор дискретности, дешифратор значений функции и светодиодная матрица. Выход блока записи чисел соединен с первыми входами блока вычисления. масштаба и блока умножения на масштабные коэффициенты, выход которого через блок вычисления, коэФфициентов соединен со вторым ин формационным входом буФерного накопителя, выход которого соединен с первым входом арифметического блока, второй вход которого соединен с выходом блока хранения знаков. Второй выход арифметического блока, сигнальные выходы блока вычисления масштаба, блока возведения в степень, блока умножения на масштабные коэффициенты и буферного накопителя соединены с соответствующим входом блока управления, выход которого соединен с управляющими входами дешифратора дискретности и дешифратора значений функции, инФормационные входы которых соединены с соответствующими выходами памяти, а выходы — соответственно со входами столбцов и строк светодиодной матрицы. Информационный выход блока вычисления масштаба соединен со входом блока возведения в степень, выход которого соединен с информационным входом блока умножения на масштабные коэФфициенты. ЗО

Функциональная схема ЭКВМ приведена на Фиг.1; график переходной

Функции и ее дискретные значения, рассчитанные при правильно выбранном масштабе. — на фиг.2; графики и расчетные дискретные значения переходной апериодической и колебательной функции — на фиг.3; таблица связи и перерегулирования переходной функции и коэффициентов передаточной gg функции — на Фиг.4, зависимость между коэФФициентом передаточной Функции второго порядка и перерегулированием переходной Функции — на Фиг.5; график переходной Функции и расчетные ее значения при различных масштабах — на Фиг.6.

Блок 1 клавиатуры соединен со входом блока 2 записи чисел и входом

3 блока управления 4. Второй вход 5 блока 2 записи чисел подключен к выходу блока управления 4, а выходы ко входу блока вычислений масштаба 6, входу блока 7 умножения на масштабные коэффициенты и входу буферного накопителя 8. Вход блока 6 вычисления масштаба подключен к выходу бло-, ка управления 4, а выход — к входу блока 9 возведения в степень, второй вход которого соединен с выходом блока управления 4, а выход — с вхо- 60 дом блока управления и входом блока

7. Блок 7 подключен к входам блока управления 4 и входу блока 10 вычисления коэффициентов, второй вход которого подключен к выходу блока Я где 3 — дискретные значения пере1 ходной функции;:

К вЂ” коэффициенты, рассчитывае. 1 мые по формулам

К - КР„-К1а Оз з А. — масштаб времени, рассчитанный для апериодической переходной функции по формуле Мп- оф /1 1 и для колебательной переходной Функции по формуле

Вычисления в предложенном устройстве осуществляются следующим образом.

С блока питания при включении выключателя питания подаются все необходимые питающие напряжения на блоки ЭКВМ и при нажатии на блоке клавиатуры кнопки "Сброс" через блок управления 4 выдается команда, приводящая блоки ЭКВМ в исходное состояние. Блок управления служит для выработки последовательности команд, необходимой для выполнения каждой операции и представляет собой регистры, состояние которых меняется по. специальной программе, обеспечиваю785869 щей выполнение операций. Порядок изменений состояния регистров определяется внутренними и внешними связями и зависит от алгоритма операций.

Блок управления вырабатывает сигналы управления работой блоков ЭКВИ.

В блоке клавиатуры 1 на циФровых клавишах производится последовательный набор коэффициентов линейных дифференциальных уравнения 41 и 0 и

1 вспомогательных чисел 0,5,1 и 2, которые при нажатии операционных клавиш ц;, ф, 0,5,1 и 2 записываются ,1 в регистрах блока записи чисел.

Вычисление апериодической переходной Функции осуществляется следующим образом. Нажатием на блоке клавиатуры 1 операционных клавиш "Масштаб

Ща" и "Вычисление" -по команде из блока управления 4 производится запись из блока 2 записи чисел в блок вычисления масштаба значения коэФ- Щ фициента а1и операнда 0,5, в блок 7 всех значений коэффициентов, а в блок 8 значение операнда "1".

В блоке вычисления масштаба йо

0,5 формуле М1 = вычисляется масшатаб времени. Конец операции вычисления масштаба сообщается в блок 4 управления, с которого выдается.команда в блок 9 возведения в степень, где масштаб последовательно возво- 30 дится в степень И(, М, Щ,..., N, 2. 3 - 1 и эти значения записываются в регистрах блока. Окончание вычислений из блока 9 возведения в степень передается в блок 4 управления, с ко- 3$ торого выдается команда начала счета в блок 7. B блоке 7 вычисляются коэфФициенты А1 и В; по Формулам

4,. Pdg„N N«б hA В„, y 1-K

1 1 которые записываются в регистрах блока 10 вычисления коэффициентов.

Конец операции масштабирования коэФФициентов выдается в блок 4 управления, с которого поступает команда начала вычисления в блок 10 вычисле" ния коэФФициентов и последовательно вычисляются коэффициенты по формулам

К1=А1-Ь1

56

К к A-КК+Д В, и

K = K. A -K A. +.- +(-1) g..

1 1-1 1 1-2 2 1

Значения вычисленных коэФФициентов записываются в блок 8, а знаки каждого коэФФициента — в регистры блока 11. Окончание вычисления коэФФициентов выдается в блой 4 управления, который Формирует команду выдачи операндов и результатов вычислений 60 и знаков из блока 8 и блока 11 в арифметический блок 12, где производится вычисление по Формуле

Полученные значения Функции у за1 писываются в регистры памяти 13.

Окончание вычисления передается в блок 4 управления, который формирует команды передачи значений функции в дешифратор дискретности и дешифратор значений Функций, в которых

-происходит преобразование значений

Функции и их номера дискретности в управляющие напряжения, подаваемые на соответствующие входы светодиод ной матрицы 16. Диоды матрицы высвечивают график переходной функции.

Вычисление колебательной переходной функции в ЭКЮ осуществляется следующим образом. В блоке клавиатуры 1 на цифровых клавишах производится последовательный набор коэфйициентов передаточной функции g, 5 и

1 вспомогательных чисел 0,5,1 и 2, которые при нажатии операционных клавиш 0(b,, 0,5,1 и 2 записываются в регйстрах блока 2 записи чисел.

При нажатии операционных клавиш

"Вычисление" и "Масштаб МК " происходит запись коэффициентов 4;, (з1 в блок 7, а коэффициентов c(02 и операндов "1" и "2" в блок 6 вычисления масштаба, где производится вычисление масштаба по формуле

Ж+ с(Остальные операции по вычислению значений Функции и индикации ее на светодиодной матрице совпадают с вычислениями апериодической переходной функции.

Для оценки характеристик переходной Функции достаточно рассчитать двадцать дискретных значений следовательно, необходимо взять

20. При этом дешифратор дискретности должен иметь двадцать выходов, а матрица — двадцать столбцов светодиодов.

Точность определения переходной функции должна быть не хуже 5Ъ (установившийся режим 0,05), следовательно, при максимальном перерегупировании, равном 1, необходимо имет. -"орох значений функции,0 05=40), а

У светодиодная матрица должна иметь

40 строк светодиодов.

Решение линейных диФФеренциальных уравнений для определения переходной функции линейной динамической системы укаэанным способом приводится впервые, поэтому приведем его доказательство.

Для передаточной функции вида

1+О Р b2P "- Р

1+о p+Q р2 «Q p коэффициенты К; получаются путем последовательных преобразованиИ

Р ) %. (р) - (К -W (р)), 1 1

1ч1(Р) р (К 1 -W„. (p))

7858б9 примененных для установившегося режима

К1 1»1

К2-- К„С „-а Ь

kÚ = K2O1

2 Ъ

К =К а -К ol +".+(-1) Ь .

1 1-1 1 1-2 2

Докажем, что существует масштаб времени Щ, при применении которого к коэффициентам передаточной функции

g и Ь. коэффициенты К„. дадут дискре1 1 тные значения переходной Функции

1 — К„ (фиг.2).

К передаточной функции 9l(p) применим искусственный масштаб времени

М и (, и получим передаточную функцию

1+В,q В p+" +В„,р ) (р) =, А „,А рг,... 1. A pn гд, А„=ма1; A,= М o,; -; A„=м"с >,, коэффициенты которой равны

К =МК =A — Â

1 1 1 1>

1 2 2>

К =И К =К А-К„Д Д -В, Известно,что форма кривой переходной функции не зависит от искусственного масштаба времени, т.е.форма кривой переходной функции, соответствующая передаточной функции %(p), будет такой же, что и Форма кривой переходной Функции, соответствующая переходной Функции %„ (р) .Однако величины коэфФициентов К„ зависят от масштаба времени.

Запишем коэФфициенты К в виде

y =A -S1, 1

К 2- А 1 — А 2+ В2- А161>

К,,=А - 2А1А;А„@„ A2B„4 А> ВЗ

+ 2 A1A - А1А„,- A,B„+ А1

Сравнивая эти коэффициенты с коэффициентами передаточной функции ( апериодического звена 4> (p) =

11Д„р

К1=А1, К2 = К2А1 и т.д. с коэф фициентами колебательного звена «(Р) - q+А р+д p2 > )(1 А 2 1А1 А2>

)(Ъ = K2 А1 — К1 А2 >...К1 К1-1 1 -2А2 видим, что коэффициенты К„, рассчитанные для передаточной функции щ„ (р), состоят из коэФФициентов передаточной функции Ъ/а (p) и N«(p) и других коэффициентов-добавок. Отсюда следует вывод, что форму кривой переходной функции, имеющеи передаточную функцию Жц (р), можно получить из формы переходной функции, имеющей передаточную функцию Cl (p) или %I„(p) изменяя ее соответствующими добавками. Но поскольку коэФФициенты А;и )

1 получены из коэффициентов с 1. и, 1 применением одного и того же масштабирования, постольку можно теперь масштаб времени определить по передаточной функции 4О(р) для апериодической переходной Функции и по пере5

10 даточной функции ФК (р) для коле, бательной переходной Функции.

Остановимся на определении масштаба времени, когда переходная функция апериодическая. При правильно выбранном масштабе времени коэфФициенты )(1 должны быть меньше "1" и, бО

65 ной функции системы, имеющей передаточную функцию W« (p), была определена.

На фиг.5 по данным таблицы построена зависимость )1..(А2), из которой следует, что эта зависимость являетследовательно, на коэфФициент А.( передаточной функции фс,(р) необходим мо наложить то же условие А1(1. Это условие выполняется при различных масштабах времени, значит на коэфйициенты К1 накладывается лишь требование, чтобы при постоянном-интервале

Ь1 = 1 они давали экспоненту. Так как форма экспоненты одинакова, убедимся, что коэффициенты К„ дают экспоненты на одном из масштабов.

Наиболее удобным для расчетов является масштаб времени, при котором

ЗО А1 = 0,5. В этом случае К„= 0,5 =

= Ю(>(-0,71) — есть экспонента. Рассчитанные значения переходной Функции (обозначенные точками) при

0,5 лежат на точном ее графике

35 (обозначенном сплошной линией) и представлены на Фиг.3. Таким образом, если переходная функция — апериодическая, масштаб времени выбирают

0,5 равным Ма = — -, С31

40 Для определения масштаба времени по коэффициентам передаточной функции %« (p) найдем связь между коэффициентами А,1 и А2. поскольку форма кривой переходной Функции не

45 зависит от масштаба времени, для ее характеристики достаточно назвать какой-нибудь один параметр, не связанный со временем, например перерегулирование fj или один из коэФфициентов А1 илч А2 . следовательно, между коэффициентами А1 и А2 должна существовать связь, т.е. один из них должен выражаться через другой и, в свою очередь, перерегулирование должно выражаться через один из этих коэффициентов. Эта связь А1 + А = 1 подсказана первым столбцом таблицы, приведенной на фиг.4, из которой следует, что достаточно назвать один из ее параметров, чтобы форма переход785869

10 и дискретные функции 3„, рассчитан, ные при различных масштабах времени. 30

При масштабе времени М= 0,667, рассчитанном по Формуле при A„+ A>

=Ма+в„. = 1, ъ передаточная функция принимает вид к

1 + ОБ + 0 02 р 21+ 07 р + ОЪр + OR p+

Формула изобретения ся линейной и что коэффициенты А и Д2, связанные равенством Л„+ А =1, обеспечивают получение формы кривой переходной функции во всем возможном диапазоне перерегулирования 04Ь41. урав пение А1 А2 О у, ê+ + М„4 .получим масштаб времени

2î 0 для расчета колебательной переходной функции. На фиг.З представлены дискретные значения функции Ч.) при выбранных коэффициентах А = A - =0,5 (обозначены точками), удовлетворяющих равенству A„+ A = 1, которые лежат на точном графике этой переходной Функции (обозначенной сплошной линией).

В качестве заключительного примера на фиг.б приведены точная Форма кривой переходной функции (сплошная линия), соответствующая передаточной Функции (+0,7Эр+0,045р

М(р) =

<+,OS p+0,Ь7бр +O,ЪЫр а коэффициент К принимает значения

К =0,2 >, К =-0,14; К = -Q 058)

0 018 т.е. точки дискретной функции у„ об разуют график переходной функции ч (4) °

Предложенная -3KBM 03 o T производить расчеты линейных дифференциальных уравнений любого порядка, записанных в виде операторного изображения Лапласа-Карсона и производить анализ и синтез передаточных

Функций в процессе проектирования и испытания линейных динамических систем.

Электронная клавишная вычислительная машина, содержащая блок клавиатуры, блок записи чисел, блок хранения знаков, буФерный накопитель, блок управления, память и арифметический блок, причем первый и второй выходы блока клавиатуры соединены соответственно с первыми входами блока записи чисел и блока управления, выход которого соединен с управляющими входами блока записи чисел, буферного накопителя, памяти, блока хранения знака и ариФметического блока, выход блока записи чисел соединен с первым информационным входом буферного накопителя, первый выход ариФметического блока соединен с информационным входом

5 памяти, отличающаяся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, она содержит блок вычисления масштаба, блок возведения в степень, блок умножения на

2О масштабные коэФфициенты, блок вычис,ления коэФФициентов, дешиФратор дисекретности, дешифратор значений функций и светодиодную матрицу, причем выход блока записи чисел соединен с первыми входами блока вычисления масштаба и блока умножения на масштабные коэффициенты, выход которого через блок вычисления коэФфициентов соединен со вторым информационным входом буферного накопителя, выход которого соединен с первым входом арифметического блока, второй вход которого соединен с выходом блока хранения знаков, второй выход арифметического блока, сигнальные выходы блока вычисления масштаба, блока возведения в степень, блока умножения на масштабные коэффициенты и буферного накопителя соединены с соответствующим входом блока управления, выход которого соединен с управляющими входами дешифратора дискретности и дешифратора значений функции, информационные входы которых соединены с соответствующими выходами памяти, а выходы — соответственно со входами столбцов и строк светодиодной матрицы, инФормационный выход блока вычисления масштаба соединен со входом блока возведения в степень, выход которого соединен с информационным входом блока умножения на масштабные коэффициенты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции Р 2292286, кл.G 06 F 15/02, опублик. 1976, 2. Авторское свидетельство CCCP

Р 432507, кл.6 06 F 15/02, 1974 (прототип).

785869

Р,д

04

ОФ

gz У4 ob 48 фуа Х

Составитель Я. Хазова

Редактор Л.утехина Техред Н.Бабурка . Корректор И.Иуска

Заказ 884б/53 Тираж 751 Подписное

BHHMIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

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