Устройство для решения обратных задач теплопроводности

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 21 А

151) 4 С 06 С 7/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3680835/24-24 (22) 26.12.83 (46) 23.01.86. Бюл. N 3 (71) Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (72) В.Е. Прокофьев и Бенбузид Бубакер (Алжир) (53) 681.333(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И - 983722, кл. G 06 С 7/46, 1983, Авторское свидетельство СССР

11 - 1146695, кл. С 06 С 7/48, 1983. (54)(57) УСТР011СТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ

ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ, содержащее блок формирования коэффициента теплообмена, состоящий из токозадающего резистора и ключа, R-сетку, источник постоянного напряжения, выход которого подключен к первому выводу токозадающего резистора, второй вывод которого соединен с информационным входом ключа, выход которого подключен к граничному узлу

R-сетки, блок памяти, первый реверсивный счетчик, элемент 2И, счетчик, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, D-триггер, выход которого подключен к управляющему входу ключа, первый тактовый вход устройства соединен с суммирующим входом первого реверсивного счетчика, группа выходов которого подключена к первой группе входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторая группа входов которого соединена с группой выходов блока памяти, группа адресных входов которого подключена к группе выходов счетчика, второй тактовый вход устройства соединен с вычитающим входом

I первого реверсивного счетчика и с информационным входом D òðèããåðà, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности, в него введены два элемента И-НЕ, второй и третий реверсивные счетчики, два элемента ЗИ, инвертор, Т-триггер, элемент ИЛИ, дифференциальный усилитель и блок моделирования изменения температуры среды, выполненный в виде преобразователя частоты в напряжение, выход которого подключен к первому входу дифференциального усилителя, выход которого подключен непосредственно к первому входу первого элемента ЗИ и через инвертор — к первому входу второго элемента ЗИ, выход которого соединен с вычитающим входом второго реверсивного счетчика, группа выходов которого соединена с группой информационных входов блока памяти, вход записи которого подключен к выходу элемента ИЛИ, вход запуска устройства соединен со счетным входом

Т-триггера, прямой выход которого подключен к стробирующему входу nef>вого элемента И-НЕ, элемента 2И, эле- мента ИЛИ и к первому стробирующему входу второго элемента И-НЕ, выход которого соединен со стробирующим входом второго реверсивного счетчика, группа входов предварительной установки которого подключена к группе выходов блока памяти, второй тактовый вход устройства соединен с вычитающим входом третьего реверсивного счетчика и с вторыми входами первого и второго элементов

ЗИ, третьи входы которых подключены

1 к обратному выходу Т-триггера, первый тактовый вход устройства соединен с суммирующим входом третьего реверсивного счетчика и с вторым стробирующим входом второго элемента И-НЕ, группа информационных входов которого подключена к группам информационных входов элемента ИЛИ и первого элемента И-НЕ и к группе выходов первого реверсивного счетчика, выход первого элемента И-НЕ соединен со счетным входом счетчика и с входом преобразователя частоты

206821 в напряжение, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к стробирующему входу третьего реверсивного счетчика, выход которого соединен с информационным входом элемента 2И, выход которого подключен к синхронизирующему входу В-триггера, центральный узел К-сетки подключен к второму входу дифференциального усилителя, выход первого элемента

ЗИ соединен с суммирующим входом второго реверсивного счетчика.

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для. определения коэффициента теплообмена, входящего в граничные условия третьего рода, при решении обратных задач нестационарной теплопроводности, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности решения обратных задач, а также повышение точности его работы за счет более точного задания граничных условий и цифрового способа формирования управляющего сигнала.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — времеыная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство содержит К-сетку 1, блок 2 формирования коэффициента теплообмена, состоящий из токозадающего резистора 3 и ключа 4, источник

5 постоянного напряжения, D òðèããåð

6, элемент 2И 7, элементы ЗИ 8 и 9, элемент ИЛИ 10, реверсивный счетчик

ll, счетчик 12, реверсивный счетчик

13, реверсивный счетчик 14, Т-триггер 15, блок моделирования изменения температуры среды, выполненный в ниде преобразователя 16 частоты в напряжение, дифференциальный усилитель

17, инвертор 18, элемент И-НЕ 19, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20, блок 21 г,амяти и элемент ИЛИ-НЕ 22.

Работа устройства сводится к определению временной зависимости коэффициента теплообмена с((t) в граничных условиях !И рода о(() (Tc (t) T„(t.11ц

BT — — ио известному изменению зе— висимости температуры в некоторых точках исследуемого объекта, моделируемого R-сеткой 1. Коэффициент теплообмена с((С ) в устройстве моделируется блоком 2, а температура

lO среды Т (t ) — блоком 5. Таким образом, в процессе решения задачи на предлагаемом устройстве определяется закон изменения во времени величины проводимости резистора 2уХ()=

15 =gd(t) g, которая задается относительной длительностью g (t)=—

Ты

Т прямоугольных импульсов, подаваемых на управляющий вход ключа 3 с выхода

0-триггера 6, где Т„- период следова20 ния импульсов; Т вЂ” длительность им— пульсов, Устройство работает следующим образом.

Время решения задачи разделяется

25 íà m периодов длительностью Т. Из указанных m периодов нечетные соответствуют непосредственному решению задачи, а четные — осталову решения для корректировки параметров модели

Зп и измерения результатов решения.

Работа устройства начинается с момента подачи на вход запуска устройства тактовых импульсов частоты Т вЂ” Каждый нечетный импульс

35 переводит Т-триггер 15 в состояние

"1, а каждый четный — в состояние

3 I

"0", что необходимо для организации работы сетки в режимах "Решение" и "Останов". На счетные входы q-разрядного счетчика 11 (ш=2! ) с первого и второго тактовых входов устройства поочередно подается по 2 импульсов с тактовой частотой Гт таким образом, что в первой половине периода они подаются на его обратный вход, а во второй на прямой. В подготовительный период, предшествующий началу решения задачи, считываются предварительно записанные в нем коды чисел, соответствующие начальному значению искомого коэффициента

Эти коды в блоке 20 сравниваются последовательностью кодовых комбинаций, поступающих со счетчика 14, выполняющего в устройстве функцию цифрового генератора функции треугольной формы, который и формирует на выходе то убывающие, то возрастающие коды чисел от ill ..., 1 до

000, ..., 0 и наоборот. В момент сравнения этих кодов на выходе блока

l! дважды в периоде появляются симметрично расположенные относительно

его центра импульсы, подаваемые через элемент 7 на С-входы D-триггера

6, D âõîä которого соединен с первым тактовым входом устройства. D-триггер формирует прямоугольный импульс, т, относительная длительность с(Т которого определяется кодом числа, записанного в блоке 21, пропорциональном начальному значению коэффициента теплообмена О . Этот импульс поступает на управляющий вход ключа

3 блока 2.

В результате решения задачи с заданным начальным значением ц ; на выходе модели появляется напряжение, пропорциональное температуре во внутренних узловых точках объекта. Это напряжение в блоке 17 сравнивается с напряжением блока 16, моделирующего заданную по условию задачи зависимость изменения температуры в соответствующей точке исследуемого объекта. В зависимости от знака разности положительный сигнал появляется на выходе только одного из элементов 3И 8 или 9. В первую половину периода останова решения, когда осуществляется сравнение указанных напряжений, на остальные входы элементов 8 и 9 поступают импульсы с

206821 4

5

55 инвертирующего выхода Т-триггера

15 и тактовая частота f с первого тактового входа устройства. Выходной сигнал одного из элементов 8 или 9 в виде некоторого числа тактовых импульсов, пропорционального сигналу ошибки, поступает на прямой или обратный счетный вход блока 13, увеличивая или уменьшая значение записанного в нем параллельным путем из блока 21 в конце периода решения кода. В конце первой половины периода останова с выхода блока 13 скорректированное значение кода переписывается в блок 21. Для этого на его стробирующий вход записи в конце первой половины периода останова с блока 10 подается логический "0".

Таким образом, закончилась первая итерация подбора коэффициента сС в первом периоде решения задачи. Для перехода на следующий период решения к информационным выходам триггеров. счетчика 14 подключен элемент ИЛИНЕ íà q-входов, на выходе которого импульс появляется через каждый 4.2 тактовых импульсов, когда все триггеры счетчика 14 находятся в состоянии "0" в период останова. Импульсы с выхода элемента 22 с частотой т о — — — поступают на счет2 2Т 4 2 ный вход Р -разрядного счетчика 12, емкость которого определяется числом периодов решения задачи. Информационные выходы триггеров счетчика 12 соединены с адресными входами блока

21. Таким образом, с появлением каждого импульса на выходе блока 22 меняется адрес блока 21, из которого происходит считывание и перезапись информации и начинается подбор коэф-» фициента a(в следующем периоде решения задачи аналогичным образом. Итерационный процесс подбора <Ф. происходит до тех пор, пока сигнал рассогласования на выходе блока 17 для каждого интервала времени не станет рав— ным нулю. ЭФо происходит благодаря периодизации процесса решения задачи. на RC-сеточных моделях.

По окончании решения задачи в каждой ячейке блока 21 записан кодовьп» эквивалент искомого коэффициента с(; для соответствующего момента времени. )20682,)

ЪД

Ь,, gnpol rf

Жид 0

Спасад запись

Zf

ВНИИПИ Заказ 8716/52 Тираж 673 Подписное

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