Аналоговые вычислительные машины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1 Машины централизованного контроля

1.2 Машина централизованного контроля МАРС-200Р

1.3 Машина централизованного контроля ЭЛРУ-2

1.4 Машины централизованного контроля серии «Зенит»

2 Аналоговые вычислительные машины

2.1 Организация АВМ

2.2 Линейные блоки АВМ

2.3 Способы реализации нелинейных зависимостей в АВМ

2.4 Реализация операций умножения и деления в АВМ

2.5 Советские аналоговые вычислительные машины

2.6 Зарубежные аналоговые вычислительные машины

2.7 Преимущества и недостатки цифровых и аналоговых вычислительных машин на 1960 год

Заключение

Список использованных источников



Введение

Современную эпоху можно с полной уверенностью назвать эпохой представления информации, в том числе и о технологических процессах, в дискретной форме. И успехи цифровых вычислительных машин несомненны. Тем не менее стоит отметить, что окружающий мир это мир информации в аналоговой форме. Цель данной работы заключается в том, чтобы продемонстрировать два ныне практически несуществующих, но тем не менее сыгравших значительную роль как в истории систем автоматического управления, так и в истории вычислительной техники вообще, типа систем - машины для централизованного контроля, которые были предшественниками аналоговых и цифровых управляющих машин и аналоговые вычислительные машины - основное средство моделирования процессов и систем с начала 50-х по середину 70-х годов прошлого века



1 Машины централизованного контроля

Машины для централизованного контроля выпускались промышленностью и применялись на промышленных предприятиях с конца 50-х годов и до тех пор пока управление производством при помощи аналоговых и цифровых вычислительных машин не вышло из стадии опытов, машины централизованного контроля представляли собой самое современное и самое сложное из технических средств арсенала контрольно-измерительных приборов и устройств автоматики.

В дальнейшем машины централизованного контроля были вытеснены универсальными и специализированными управляющими вычислительными машинами, обладающими большей гибкостью и возможностями по контролю и управлению. Тем не менее, на ряде производств, где существенным фактором является простота и дешевизна установленной аппаратуры, машины централизованного контроля успешно применялись до середины 70-х годов.

Далее кратко рассмотрим структуру данного типа управляющих машин. Типовые структуры машин централизованного контроля сложились в связи с теми функциями, которые возлагались на эти машины по мере их развития.

К основным функциям машин централизованного контроля относились обнаружение и сигнализацию отклонений контролируемых параметров от заданных значений, вычисление показателей, цифровую регистрацию и измерение по вызову оператора. В соответствии с основными функциями в составе машин выделялись укрупненные функциональные устройства: обнаружения отклонений, вычисления, регистрации и измерения.

Общей характерной чертой машин централизованного контроля являлось многократное использование одних и тех же устройств и их узлов для однородной обработки контролируемых сигналов в различных точках контроля. Сигналы с контролируемых точек подводились к общим устройствам обработки по очереди. При этом общие устройства как бы обходили точки контроля, отчего машины централизованного контроля называли также машинами обегающего контроля.

Цифровая регистрация и вычисления выполнялись над величинами, представленными в цифровой форме, поэтому в машине централизованного контроля всегда имелся аналого-цифровой преобразователь.

Для того чтобы получить общее представление о роли основных узлов в машине централизованного контроля и о распределении их в устройствах машины, обратимся к структурной схеме (рисунок 1), которую можно рассматривать как весьма типичную для машины оперативного централизованного контроля.

Рисунок 1 - Типовая структурная схема машины централизованного контроля

На вход машины централизованного контроля поступают, как правило, сигналы в аналоговой форме, по большей части в виде постоянного напряжения или тока. Для того чтобы контролируемые аналоговые сигналы можно было обрабатывать в общем узле, их нужно унифицировать, или нормализовать. Унификация обычно заключается в приведении сигнала к шкале с заданной начальной и конечной точками и притом линейной. Иногда операции приведения к заданной шкале и линеаризации выполняются одновременно с цифровым преобразованием аналогового сигнала, иногда же эти функции возлагаются не на цифровой преобразователь, а на отдельные нормализующие схемы. Эти схемы могут быть индивидуальными, так что каждая из них используется только для одной контролируемой точки, либо общими или групповыми - для всех или для группы точек. В первом случае нормализующие схемы НСx₁ включаются до входного переключателя ВхП, во втором (HCx₂) - после него.

Входной переключатель ВхП, подводя аналоговый сигнал непосредственно от датчика или с нормализующей схемы НСx₁ к общему узлу обработки, «вырезает» из непрерывного во времени контролируемого аналогового сигнала кратковременный импульс. Таким образом, входной переключатель одновременно с переключением входных сигналов выполняет амплитудно-импульсную модуляцию.

Приведение к заданной шкале сводится к установлению ее начальной и конечной точек; для установления конечной точки применяется масштабирование - изменение масштаба шкалы, т. е. числа единиц измерения контролируемой величины, соответствующих единице сигнала на выходе нормализующей схемы.

Общие узлы обработки в машине централизованного контроля должны обеспечить выполнение основных функций - обнаружения отклонений, цифровой регистрации, вычисления, представления результатов измерения.

Отклонения контролируемых величин от нормы обнаруживаются сравнением их значений с уровнями, ограничивающими зону тех значений, которые условно считаются нормальными. На схеме (рисунок 1) контролируемый сигнал и уровни, с которыми он сравнивается, имеют аналоговую форму, хотя в других случаях применяют и цифровое сравнение. Уровни сравнения вводятся в узел обнаружения отклонений ОО из программного устройства ПрУ, куда они поступают с панели задания программы ЗП, Узел обнаружения отклонений ОО выдает в цифровом виде результат сравнения на световой индикатор СИ: если обнаружено отклонение, оно должно быть показано оператору зажиганием лампочки. Поскольку по большей части на каждую точку контроля отводят отдельный световой индикатор СИ, результат сравнения направляется на индикатор соответствующей точки через выходной переключатель ВыхП. Последний управляется программным устройством ПрУ; он совершает обегание точек синхронно с входным переключателем ВхП. Обычно зажигание светового индикатора отклонения сопровождается включением звукового сигнала.

Нередко входной и выходной переключатели конструктивно объединены в один обегающий переключатель, который коммутирует одновременно еще ряд цепей в нормализующих схемах, цифровом преобразователе, узлах задания программы и так далее.

Так как при обработке бывает выгодно использовать цифровое представление контролируемой величины, сигнал после входного переключателя ВхП или нормализующей схемы НСx₂ поступает на цифровой преобразователь ЦП, который выдает цифровой код. В машинах централизованного контроля код, получаемый в цифровом преобразователе - десятичный или двоично-десятичный, причем число десятичных знаков в нем соответствует числу знаков измерения контролируемой величины. В дальнейшем все узлы машины оперируют только сигналами, имеющими цифровую форму.

Цифровой код из преобразователя ЦП используется в печатающем устройстве ПчУ, регистрирующем значения контролируемых величин, в вычислительном устройстве ВУ и в устройстве цифрового указания ЦУ.

Печатающее устройство ПчУ регистрирует значения либо всех, либо определенным образом выбранных контролируемых величин. При регистрации всех величин (или всех уровней сравнения) машина как бы опрашивает все точки контроля, поэтому такая печать называется опросной. Опросная печать может запускаться либо автоматически, в заранее выбранные и введенные в программное устройство ПрУ моменты времени (периодическая регистрация), либо по произвольному вызову оператора. В некоторых машинах предусматривается возможность опросной печати только всех отклонившихся в данный момент величин. Обычно отклонившиеся величины выделяются в ведомости опросной печати красным цветом или отмечаются специальным значком.

Автоматический выбор величин, подлежащих регистрации, заключается в том, что печатающее устройство автоматически запускается при переходе любой контролируемой величиной уровня сравнения и регистрирует только эту величину.

Нередко регистрация переходов ведется в отдельной ведомости вторым печатающим устройством. Импульс запуска регистрации перехода может поступать в печатающее устройство из узла обнаружения отклонений ОО либо со световых индикаторов СИ.

На цифровой указатель ЦУ оператор может вызвать значение контролируемой величины из цифрового преобразователя ЦП или вычисленного показателя - из вычислительного устройства ВУ.

Цифровой код величин, подлежащих вычислительной обработке, поступает в цифровое вычислительное устройство ВУ, которое хранит результаты обработки в своей оперативной памяти и может выдавать их по требованию, поступающему из программного устройства ПрУ, на печатающее устройство ПчУ или на цифровой указатель ЦУ.

Через панель задания программы ЗП оператор может в процессе нормальной эксплуатации ввести уровни сравнения, характеристики шкал измерения контролируемых величин, задать виды контроля для каждой величины, периодичность опросной регистрации, программу вычислительной обработки. Еще более оперативно вводятся требования на вызывные операции - цифрового указания и печати.

Рассмотрим некоторые машины централизованного контроля, разработанные и выпускавшиеся в 50-е и 60-е года прошлого века и широко применявшиеся при управлении производственными процессами

1.2 Машина централизованного контроля МАРС-200Р

Машина централизованного контроля типа МАРС-200Р (рисунок 2) была разработана Специальным конструкторским бюро биофизической аппаратуры в 1958 г.. Машина выпускалась с 1959 г. московским заводом «Энергоприбор».

Машина была предназначена для оперативного контроля и позиционного регулирования температуры на большом числе однородных технологических установок, например в цехах, где установлены прессы для формовки изделий из резины или пластических масс.

Рисунок 2 - Машина централизованного контроля МАРС-200Р

Машина выполняла следующие функции: обнаруживала выход контролируемой температуры из зоны нормальных значений и сигнализировала об этом выходе; вела двухпозиционное регулирование и осуществляла блокировку; регистрировала в цифровой форме переход через верхний и нижний уровни сравнения (границы зоны номинальных значений), а также нарушение технологического режима на объектах; позволяет измерять и записывать на диаграмме температуру в любой точке контроля по выбору оператора.

1.3 Машина централизованного контроля ЭЛРУ-2

Машина централизованного контроля типа ЭЛРУ-2 (рисунок 3) была разработана Научно-исследовательским институтом счетного машиностроения в 1959 г. и серийно выпускалась Рязанским заводом счетно-аналитических машин с 1961 г.. После некоторых конструктивных усовершенствований, внесенных заводом, машина выпускалась под названием ЭЛРУ-2м. Она была предназначена для контроля сравнительно медленно протекающих непрерывных процессов и отличалась относительно небольшими габаритами и простым устройством.

Рисунок 3 - Машина централизованного контроля ЭЛРУ-2



Машина выполняла функции обнаружения и сигнализации отклонений и опросной цифровой регистрации, позиционного регулирования и диаграммной записи значений избранных величин.

1.4 Машины централизованного контроля серии «Зенит»

В начале 60-х годов были разработаны три машины централизованного контроля данной серии - «Зенит-1» (1961 г., рисунок 4), «Зенит-2» (1961 г.) и «Зенит-3» (1962 г.). Все они выпускались ленинградским заводом Лентеплоприбор. Машины были предназначены для централизованного контроля сложных непрерывных технологических процессов.

Рисунок 4 - Машина централизованного контроля Зенит-1

Машины типа «Зенит» имели, по сравнению с другими машинами централизованного контроля, весьма развитые функции цифровой регистрации. Другой их особенностью было применение для измерения по вызову стрелочного прибора с автоматической сменой шкалы. Логические элементы в них построены на тиратронах с холодным катодом.

Основными функциями машин этой серии были обнаружение и сигнализация отклонений, цифровая регистрация величин и переходов через уровни сравнения, измерение по вызову оператора, позиционное регулирование. У машины типа «Зенит-3» к этим функциям было добавлено также пропорциональное и пропорционально-интегральное регулирование.

Тип «Зенит-2» отличался от типа «Зенит-1» главным образом числом точек контроля: машина типа «Зенит-1» была рассчитана на 40 точек, а «Зенит-2» - на 80 точек.



2 Аналоговые вычислительные машины

Аналоговая вычислительная машина это вычислительная машина, в которой каждому мгновенному значению переменной величины, участвующей в исходных соотношениях, ставится в соответствие мгновенное значение другой (машинной) величины, часто отличающейся от исходной физической природой и масштабным коэффициентом. Каждой элементарной математической операции над машинными величинами, как правило, соответствует некоторый физический закон, устанавливающий математические зависимости между физическими величинами на выходе и входе решающего элемента.

Аналоговые вычислительные машины иначе называют моделирующими установками или электронными моделями. АВМ, в основном строятся на электрических элементах постоянного тока.

Из теоретических основ электротехники известно, что переходные процессы в линейных электрических цепях описываются с помощью дифференциальных уравнений. Поскольку линейные элементы электрических цепей дешевы и имеют малые габариты, то они получили наиболее широкое распространение при построении АВМ. Таким образом, все независимые переменные (функции) представляются в АВМ с помощью напряжений постоянного тока.

Независимой переменной является машинное время, т.е. время, прошедшее с момента пуска модели.

Такое представление не является единственно возможным. Для построения модели может использоваться любой другой физический процесс, описываемый теми же математическими зависимостями, что и моделируемый процесс. В частности, существовали аналоговые интеграторы, в которых математическая функция представлялась потоком воды (объемом воды, протекающим через водовод в единицу времени). В этом случае интеграл данной функции был равен объему воды, накопленному в некотором сосуде - «интеграторе».

2.1 Организация АВМ

Существуют различные типы АВМ, имеющие свои особенности. Однако, функциональные узлы большинства АВМ одинаковы по своему назначению. Поэтому в общем виде АВМ может быть представлена следующей структурной схемой (рисунок 5):

Рисунок 5 - Структурная схема аналоговой вычислительной машины

Вычислительные блоки АВМ - основные блоки машины, осуществляющие выполнение математических операций над машинными переменными. Измерительные приборы - используются для измерения вводимых исходных величин и результатов решения. Система питания обеспечивает все необходимые напряжения для питания решающих блоков и других устройств машины. Система управления объединяет все блоки машины в единое целое и обеспечивает их функционирование и управление ими.

Вычислительные, или, как их иначе называют, операционные блоки принято подразделять на линейные, блоки задания коэффициентов и функций времени, нелинейные и специальные операционные блоки.

Каждая аналоговая вычислительная машина характеризуется количеством и ассортиментом вычислительных блоков, а также параметрами этих блоков. Количество и ассортимент блоков определяют возможности машины с точки зрения ее универсальности, или другими словами, того, какие именно задачи можно решать на данной машине. Параметры отдельных вычислительных блоков определяют такие важные характеристики машины, как точность и быстродействие. Кроме того, с эксплуатационной точки зрения машина может характеризоваться удобством набора задач и управления.

2.2 Линейные блоки АВМ

Базовым линейным решающим блоком электронных АВМ является операционный усилитель (ОУ). Операционный усилитель представляет собой усилитель постоянного тока (УПТ) с большим коэффициентом усиления, охваченный глубокой отрицательной обратной связью. С помощью различных комбинаций электрических емкостей и сопротивлений на входе усилителя и в цепи его обратной связи можно реализовать следующие математические операции над непрерывными величинами, представленными в виде напряжений постоянного тока:

- умножение на постоянный коэффициент;

- изменение знака (инвертирование в аналоговом смысле);

- алгебраическое сложение;

- интегрирование (во времени);

- дифференцирование (во времени).

Для реализации всех этих операций, помимо собственно операционных усилителей, количество которых в различных машинах было в пределах от полутора десятков до двух сотен, в линейную часть АВМ входят резисторы (постоянные и переменные) и емкости.

Ниже представлена реализация математических операция над непрерывными величинами в виде пневматических (таблица 1) и электронных вычислительных блоков (таблица 2). Если реализация в виде электронных вычислительных блоков является во много типовой, то реализация пневматических вычислительных блоков представлена для вычислительной системы «Апак» (США, 1961 г.).

Приборы этой пневмомеханической системы могут работать совместно с электромеханическими датчиками без промежуточных преобразователей. Ввод сигналов этих датчиков выполняется также через уравновешивающийся рычаг.

Основным элементом вычислительной системы «Апак» является рычаг, качающийся вокруг центральной оси и уравновешивающийся за счет обратной пневматической связи. На рычаг действуют несколько моментов, создаваемых силами давления на мембраны сигнальных коробок. Сигнальные коробки, устанавливаемые на направляющие поверхности, либо закрепляются неподвижно на определенном расстоянии от оси качания рычага, либо при изменении входного сигнала перемещаются вдоль направляющей поверхности с помощью пневматического позиционера или сервомеханизма.

Один конец рычага удлинен и служит заслонкой, которая при качании рычага действует на чувствительный элемент -- сопло и образует совместно с ним пневматический усилитель с большим коэффициентом усиления. Этот малоинерционный элемент, обладающий высокой чувствительностью, имеет два выхода, из которых один или оба могут быть использованы для обратной связи.

Таблица 1 - Пневматические вычислительные блоки

Наименование	Принципиальная схема	Сигнальный граф	Аналоговое уравнение
Блок умножения на постоянный коэффициент
Блок суммирования
Множительно-делительный блок
Блок интегрирования			Интегрирование с пропорциональным действием: Чистое интегрирование:
Блок ограниченного дифференцирования

Таблица 2 - Электронные вычислительные блоки

Наименование	Принципиальная схема	Сигнальный граф	Аналоговое уравнение
Блок суммирования
Блок интегрирования
Блок дифференцирования
Блок инерционный (апериодическое звено)
Блок воспроизведения передаточной функции

2.3 Способы реализации нелинейных зависимостей в АВМ

Воспроизведение нелинейных зависимостей в АВМ может осуществляться различными способами, которые можно подразделить на два больших класса:

- реализация нелинейных зависимостей на основе типовых линейных блоков;

- использование специальных блоков нелинейностей.

Рассматривая два эти пути можно провести некоторую аналогию с программной и аппаратной реализацией каких-либо свойств (функций, действий, операций) в цифровых вычислительных машинах.

Первый путь предполагает два основных подхода:

- решение определяющих дифференциальных уравнений;

- кусочно-линейную (или кусочно-постоянную) аппроксимацию воспроизводимых функций.

Под определяющим дифференциальным уравнением для некоторой функции f(t) понимается такое дифференциальное уравнение, решением которого является сама эта функция f(t).

Теоретически такой подход можно рассматривать как универсальный способ реализации нелинейностей, поскольку известен метод разложения функций в ряды Фурье. Однако, на практике использование этого пути для реализации произвольной функции с приемлемой погрешностью может потребовать больше линейных блоков, чем их имеется в машине.

Аналогичным образом может использоваться и кусочно-линейная аппроксимация, при которой воспроизводимая функция представляется суммой отрезков прямых. Каждый отрезок может быть воспроизведен одним-двумя линейными блоками. Этот способ используется и для построения аппаратных блоков нелинейностей и более подробно проанализирован при рассмотрении этих блоков.

Аппаратные блоки нелинейностей также могут строится с использованием различных способов воспроизведения нелинейностей:

- точного или непрерывного способа;

- кусочно-линейной или кусочно-постоянной аппроксимации.

При применении непрерывного способа блоки нелинейностей строятся на основе использования нелинейных характеристик каких-либо элементов блока.

Такими элементами могут быть чисто электронные узлы, например, нелинейный участок вольт-амперной характеристики диода, нелинейная характеристика специальных элементов или графическое воспроизведение реализуемой функции в виде профилированного каркаса потенциометра, конфигурации ширмочки для электронно-лучевой трубки или фигурного движка линейного потенциометра, причем либо поворачивается этот движок либо следящая система перемещает вдоль движка сам потенциометр.

При кусочно-линейной (или кусочно-постоянной) аппроксимации блок нелинейностей включает в себя некоторое количество узлов, каждый из которых может быть настроен на реализацию одного линейного участка, используемого для представления функции в некотором диапазоне значений аргумента. Тогда вся функция реализуется с помощью суммирования линейных участков, формируемых отдельными узлами.



2.4 Реализация операций умножения и деления в АВМ

Операции умножения и деления в АВМ могут выполняться различными методами. Обычно, в качестве основной операции реализуется умножение, а операция деления выполняется с помощью множительного блока, как обратная к умножению.

По способу реализации операции умножения различают устройства прямого и косвенного действия. В первых из них умножение выполняется непосредственно, а в устройствах косвенного действия - в результате выполнения других математических действий.

По принципу построения множительно-делительные устройства могут быть электро-механическими и электронными, причем последние также существуют в различных модификациях: время-импульсные, основанные на эффекте Холла, на электронно-лучевых трубках, на основе элементов с квадратичными и логарифмическими характеристиками и так далее.

Наибольшее распространение получили устройства последнего типа, так как они имеют приемлемую точность и быстродействие, а логарифмические и квадратичные функции реализуются проще других.

2.5 Советские аналоговые вычислительные машины

В качестве примера представлена серия аналоговых вычислительных машин «МН» (таблица 3), разработка которых осуществлялась в НИИСчетмаш (г. Москва) с начала 50-х по середину 60-х годов прошлого века.



Таблица 3 - Аналоговые вычислительные машины серии «МН»

Модель	Количество	Потребляемая мощность, кВт
	усилителей	интеграторов	умножителей	переменных коэффициентов
МН-М	16	4	4		0,45
МН-1	36	12	20	6	15
МН-2 (1954)	18	6	10	2	7
МН-3	145	9	30	20	7
МН-7М (1955)	16	6	4		0,73
МН-8 (1955)	400	32	12	36	25
МН-9 (1958)	28	2			25
МН-10 (1957)	24	6	6		0,1
МН-10М	24	10	6		0,25
МН-11 (1959)		9	6	3	5
МН-14 (1960)	360	20	62	12	15
МН-17М (1963)	160	80	10		15
МН-18 (1965)	50	10	8		0,5

Исторические аналоговые вычислительные машины находили свое применение как средство моделирования и расчета сложных нелинейных динамических систем. Диапазон проблем и задач, решаемых на АВМ всегда был достаточно широк, при этом в таблице 4 представлена только малая часть из них.

Таблица 4 - Проблемы и задачи, решаемые на АВМ

0	Год разработки	Круг решаемых задач
Полет-1	1972	Моделирование полета самолета
МН-9	1958	Моделирование часовых механизмов
МН-16	1963	Моделирование ракет и ракетных систем
Байкал	1961	Моделирование в атомной энергетике
Катализ	1962	Моделирование химических процессов
Счет 16	1960	Моделирование поведения самолета ТУ-16
Счет 19	1960	Моделирование поведения самолета МИГ-19П
Счет 22	1965	Моделирование поведения самолета ТУ-22
Ритм	1970	Изучение деятельности сердца
Расчет	1970	Расчет дозовых полей при лучевой терапии
ГПН	1962	Моделирование глубинно-плунжерных насосов
Коралл	1960	Решение задач теории поля
Сатурн	1968	Решение задач рациональной разработки нефтяных месторождений
ЭКСМ	1960	Обеспечение электрического исследования пластов земной коры
ЭИ-С	1958	Решение задач рациональной разработки нефтяных месторождений

2.6 Зарубежные аналоговые вычислительные машины

Ниже в таблице представлены краткие технические характеристики некоторых аналоговых вычислительных машин зарубежного производства (в основном машины 60-х - начала 70-х годов прошлого века).

Таблица 5 - Зарубежные аналоговые вычислительные машины

Модель	Производитель	Количество усилителей	Количество интеграторов	Количество сумматоров	Количество переменных коэффициентов
505E	Hitachi Ltd, Япония	40	18	22	54
AD-1-32	Applied Dynamics Inc, США	32	12	16	40
AD-256	Applied Dynamics Inc, США	256	48	80	200
Ci 150	Comcor Inc, США	75	20	30	60
Ci 5000	Comcor Inc, США	376	48	64	176
3500	Donner, США	10	5	5	5
SD-10/20	Systron Donner, США	36	16	20	24
SD-40/80	Systron Donner, США	40	14	14	65
RA 770	Telefunken, Германия	92	30	30	66
RA 800	Telefunken, Германия	108	32	28	100



Рисунок 6 -Аналоговая вычислительная машина Dornier DO-720

Рисунок 7 -Аналоговая вычислительная машина Telefunken RA 770



Рисунок 8 -Аналоговая вычислительная машина Telefunken RA 800

Наряду с дорогими универсальными электронными аналоговыми вычислительными машинами, насчитывающими десятки и сотни операционных усилителей и используемыми в системах управления сложными объектами, также появился класс сравнительно недорогих малых специализированных аналоговых вычислительных устройств, решавших частные задачи управления.

В качестве примера в таблице 2 приведен перечень выпускавшихся в США малых аналоговых вычислительных устройств специального назначения.

Таблица 6 - Аналоговые специализированные вычислительные устройства США начала 60-х годов

Аналоговые устройства, вычисляющие	Фирма-изготовитель	Тип устройства
Массовый расход	Aurisirch, General Electric, Honeywell, Motorola, Tailor	Пневматический, электронный, с сервомеханизмом
Теплосодержание потока
Компенсацию по температуре и давлению	Aurisirch, General Electric, Honeywell, Motorola, Tailor, Hagan, Foxborough, Republic
Внутренние перетечки в дистилляционной колонне	Aurisirch, General Electric, Honeywell, Motorola, Tailor, Hagan, Foxborough, Republic, Devar
К.п.д. котла	Bundshaft Fucks, Tailor, Hagan	Пневматический, электронный
К.п.д. компрессора	Hagan	Пневматический
К.п.д. насоса	Tailor
Максимум (оптимизатор)	Moore Products
Нагрузка	Honeywell
Вязкость	Tailor	Электронный

Изготавливались как пневматические, так и электронные вычислительные устройства. Первые были более дешевы, прочны и надежны, не требовали мер предосторожности в пожароопасных условиях.

Вторые не имели транспортного запаздывания, были более удобны для ввода многих входных величин, имели лучшие частотные характеристики и большую точность, чем первые. Для нелинейных вычислительных операций использовались также электро- и пневмомеханические сервомеханизмы.

2.7 Преимущества и недостатки цифровых и аналоговых вычислительных машин на 1960 год

Рассмотрим оценки преимуществ и недостатков аналоговых вычислительных машин и цифровых вычислительных машин при их использовании в качестве управляющих, при этом рассматриваемые оценки были характерны для отечественных и зарубежных публикаций начала 60-х годов прошлого века.

Считалось, что АВМ как правило обеспечивает возможность выполнения задачи управления достаточно простыми средствами, что позволяло успешно применять АВМ в устройствах автоматического управления.

В качестве второго важного достоинства отмечалась способность АВМ работать в режиме реального времени, что означало то, что машина была в состоянии давать непрерывное решение задачи и это решение в любой момент времени будет полностью соответствовать поданным на ее вход данным. АВМ, быстро реагирующая на изменение входных данных, дает своевременное решение в любой момент времени. Это привело к тому, что АВМ использовались в управляющих системах, в которых время реакции на возмущающий фактор должно было быть сведено к минимуму.

В качестве основного недостатка АВМ отмечалась прежде всего относительно низкая точность, с которой она могла выполнять операции сложения, вычитания, умножения на константу, интегрирование и генерирование функций. Отмечалось, что АВМ мало приспособлены для выполнения таких операций, как как умножение и деление переменных величин, генерирование функций нескольких переменных, сравнение данных, экстраполяция.

АВМ, не относившиеся к классу гибридных, не могли выполнять логические операции и часто не обеспечивали запоминание необходимого количества данных. Также было затруднено выполнение больших объемов простых вычислений, так как это требовало большого количества решающих элементов и при этом падала точность вычисления. Серьезную трудность представляло проектирование блоков нелинейности, работающих с высокой точностью при решении нелинейных уравнений. Все вышеперечисленные недостатки привели к тому, что на начало 60-х годов прошлого века работа на АВМ производилась с точностью не более 1% при возможности практического обеспечения работы АВМ с точностью порядка 0,01%.

Таким образом, на 1960 год аналоговые вычислительные машины в отношении вычислительных возможностей уступали цифровым вычислительным машинам. Они также были менее выгодны и с экономической точки зрения, за исключением тех случаев, когда вычисления были относительно просты и невелики по объему, так как количество оборудования АВМ пропорционально объему вычислений. АВМ уступали в удобстве процесса смены программы вычислений, они, как правило, не имели средств самоконтроля и в них была затруднена работа по поиску ошибок.



Заключение

В качестве заключения можно сказать следующее. К середине 70-х годов, по мере роста быстродействия цифровых вычислительных машин, аналоговые вычислительные машины практически утратили свое основное преимущество - возможность решения задачи в режиме реального времени, сохранив за собой до середины 80-х место основного средства расчета сложных нелинейных динамических систем. По мере развития программных средств моделирования систем, аналоговые машины утратили свое место основного средства моделирования систем.

При этом за цифровыми машинами оставались такие преимущества, как высокая точность расчетов, большой диапазон предоставляемых величин, наличие памяти, систем самоконтроля и поиска ошибок, удобство представления векторных величин.

На данный момент аналоговые вычислители существуют в виде программируемых аналоговых интегральных схем (Field-programmable Analog Array, FPAA). В FPAA в корпусе обычной интегральной микросхемы реализованы микроминиатюрные операционные блоки на основе традиционных для аналоговых вычислительных машин операционных усилителей.

Являясь особым видом программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), интегральные схемы FPAA легко перепрограммируются под решение конкретных вычислительных задач, обеспечивая при этом минимально возможные для аналоговых операционных элементов погрешности вычислений. В отличие от ПЛИС, содержащих значительное количество логических элементов и соединительных связей, интегральные схемы FPAA состоят из относительно небольшого числа CAB-модулей, каждый из которых содержит либо схемы на основе операционных усилителей, либо массивы конденсаторов и резисторов. Фактически микросхемы FPAA реализуют конструкцию аналоговой вычислительной машины.

В настоящее время FPAA находят применение в качестве специализированных вычислителей, активных фильтров, усилителей с программируемым управлением.

аналоговый машина вычислительный централизованный



Список использованных источников

1 Анисимов Б.В., Голубкин В.Н., Петраков С.В. Аналоговые и гибридные ЭВМ. М.: Высшая школа, 1986. 288 с.

2 Глушков В.М., Амосов Н.М., Артеменко И.А. Энциклопедия кибернетики. Том 2. К.: Главная редакция украинской советской энциклопедии, 1974. 624с.

3 Волосников В.П. Использование вычислительных машин для автоматизации электроприводов. Библиотека по автоматике. Выпуск 17. М.: Госэнергоиоздат, 1960. 120 с.

4 Милюкин Ю.А. Автоматизация построения вычислительного ядра для спецвычислителя на базе FPGA // Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах: материалы XII всероссийской конференции (Н. Новгород, 26-28 ноября 2012 г.). Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского госуниверситета, 2012. С. 265-269.

5 Подчукаев В.А., Шевченко Д.С. Автоматическое проектирование технической реализации законов управления на платформе программируемых аналоговых интегральных схем производства компании Anadigm // Цифровые системы управления и обработки информации: приложение к журналу «Мехатроника, автоматизация, управление». 2008. № 7. С. 7-11.

6 Полищук А. Программируемые аналоговые ИС Anadigm: весь спектр аналоговой электроники на одном кристалле. Первое знакомство // Современная электроника. 2004. № 12. С. 8-11.

7 Райцын Т.М. Аналоговые вычислительные устройства в автоматике. Библиотека по автоматике. Выпуск 138. М.: Энергия, 1965. 88 с.

8 Шенброт И.М. Машины централизованного контроля. Библиотека по автоматике. Выпуск 187. М.: Энергия, 1966. 192 с.

9 Шилейко А.В. Основы аналоговой вычислительной техники. Библиотека по автоматике. Выпуск 224. М.: Энергия, 1967. 215 с.

10 Аналоговые машины, разработанные в НИИСчетмаше. URL: http://www.computer-museum.ru/histussr/avmniism.htm (дата обращения 19.03.2014).

11 Impressions of Analog Computers. URL: http://www.analogmuseum.org/english/impressions/ (дата обращения 19.03.2014).

Размещено на Allbest.ru