книги из ГПНТБ / Шор, И. Я. Пять бесед о вычислительной технике

имя: ПОВОРОТ ШТУРВАЛА со

инвертор 1— блок АВМ, меняющий

знаком «плюс» и ПОВОРОТ ПЕРА

знак поданного сигнала на противо­

РУЛЯ со знаком «минус». Что по­

положный. Ведь согласно уравнению

лучим на выходе сумматора? Урав­

ПОВОРОТ

ПЕРА

РУЛЯ

имеет

нение «подсказывает»: СКОРОСТЬ

знак «минус». Мы замкнули

цепь ре­

ПЕРА РУЛЯ.

шения. Неизвестное стало извест­

Конечно, эту скорость мы не мо­

ным.

на

рисунке связи

жем определить, так как ПОВО­

Изображенные

РОТ ПЕРА РУЛЯ лишь условно

между блоками набираются на на­

принят известным. Но мы уже зна­

борном поле АВМ проводниками.

ем, что физическая величина и ско­

Всего четыре коммутации на набор­

рость ее изменения связаны инте­

ном шоле — и модель

рулевой

ма­

гральной зависимостью. А аналого­

шины готова.

вая вычислительная машина может

Вы помните, что некоторые виды

предоставить в наше распоряжение

парашютов

имеют такую

же

мо­

интегратор. Достаточно на его

дель, как и серводвигатель. Значит,

вход подать скорость изменения ка­

полученная структура

может также

кой-либо величины и на выходе по­

служить моделью парашюта и цело­

лучим саму величину. Итак, СКО­

го ряда других устройств. Только

РОСТЬ ПЕРА РУЛЯ с выхода сум­

масштабные

соотношения

будут

матора подаем на вход интегра­

другими.

рулевой

машины

тора 1, а на его выходе получаем

Итак, модель

ПОВОРОТ ПЕРА РУЛЯ (рис. 11),

теплохода готова. А сам теплоход?

то есть то, что предположили вна­

Его модель строится аналогично по

чале неизвестным. Эту переменную

уравнению

движения теплохода

и надо подать на вход сумматора 1,

(все переменные являются функ­

предварительно пропустив ее через

циями времени):

ускорение по

углу

скорость

изменения

___

поворот

пера

руля

курса теплохода

+

угла курса теплохода

рулевой машины

Переходя

к

пропорциональным

мы предположили

известной. Как и

им напряжениям (машинным

пе­

прежде, замыкаем модель через ин­

ременным),

запишем:

вертор 2 — неизвестное

стало

из­

УСКОРЕНИЕ КУРСА = —СКО­

вестным.

РОСТЬ

КУРСА — ПОВОРОТ ПЕ­

Легко получить и сам угол курса

РА РУЛЯ.

что

СКОРОСТЬ

теплохода — ведь

он равен интег­

Предполагаем,

ралу от

скорости

изменения

угла

КУРСА

нам

известна.

Подаем

ее

курса. Еще один интегратор 3 (рис.

и ПОВОРОТ ПЕРА РУЛЯ с полу­

11)— и на осциллографе

можно на­

ченной уже модели рулевой маши­

блюдать

изменение курса корабля

ны на

сумматор 2 (рис.

11). Урав­

при повороте штурвала.

нение

«подсказывает»:

просумми­

...Здесь, за пультом АВМ, у экра­

руй СКОРОСТЬ КУРСА и ПОВО­

на осциллографа, нет романтики

РОТ ПЕРА РУЛЯ со знаком «минус»

моря: бесконечных голубых прос­

и получишь УСКОРЕНИЕ КУРСА.

торов, чаек, мчащихся

с криком за

Поэтому

с

сумматора

снимаем

теплоходом,

сказочной

красоты

УСКОРЕНИЕ КУРСА.

запом­

восходов солнца. Но для конструк-

Мы

показали

и просили

тора-исследователя здесь своя

нить,

что ускорение и скорость свя­

романтика. Ведь здесь, на модели,

заны

интегральной зависимостью.

проходит проверку его мысль. Се­

А это значит, что, подав УСКОРЕ­

годня здесь создается авторулевой.

НИЕ

КУРСА на интегратор 2, полу­

И мысль конструктора не может

чим СКОРОСТЬ

КУРСА,

которую

отдыхать

ни

мгновения,

пока

цель

не достигнута,

как не

может

спо­

блоках АВМ,

тем

более

что ряд

койно отдохнуть

моряк, не

прича­

названных

переменных уже получен

лив к родному берегу.

курсу,

в моделях теплохода и рулевой ма­

Следование по

заданному

шины.

а порой и

более

сложные

задачи,

Исследование

автоматических

человек

поручает

автомату — авто­

систем управления

на электронных

рулевому. Структура его может

моделях весьма удобно. Здесь мож­

быть разной. Она определяется

но рисковать — авария не

произой­

требуемым

качеством

управления:

дет,

разве что

траектории на

экра­

заданной

точностью

поддержания

не осциллографа столкнутся

с мни­

курса,

скоростью

перевода

судна

мым берегом или сядут на мнимую

на новый курс,

плавностью его вы­

мель. Здесь можно менять масштаб

полнения,

допустимым

максималь­

времени. Наш

«электронный тепло­

ным отклонением

от курса

при

от­

ход»

может

двигаться

в

десят­

работке

управляющего

сигнала.

Дифференциальные

уравнения,

ки,

сотни

раз

быстрее настояще­

определяющие

динамические

воз­

го — и мы

быстро

получим

мно­

можности авторулевого, содержат,

жество характеристик разных ре­

как правило, угол и скорость пово­

жимов его работы. Он может пере­

рота штурвала, курсовой угол теп­

мещаться в сотни

раз медленнее —

лохода

и

скорость его

изменения,

и мы успеем подробно рассмотреть

а также могут предусматривать не­

достоинства

и

недостатки

отраба­

линейные

преобразования

этих и

тываемого устройства, сумеем вме­

других величин с целью повышения

шаться в его работу.

вари­

качества

управления.

Все

это

без

Тщательно

отработанный

принципиальных

затруднений

наби­

ант авторулевого поведет в реаль­

рается на

линейных

и

нелинейных

ном времени в настоящем моренас­

ЦВМ и ABM; за и против

особенно в реальном времени. Это

доступно АВМ.

Овладев «тонкостями» работы па

- -

Действительно,

параллельное

одной из ЭВМ — цифровой пли ана­

выполнение операций в АВМ,

при

логовой,— человек

стремится

ре­

котором все решающие блоки рабо­

шить на ней все встречающиеся в

тают

одновременно, дают ей

преи­

практике задачи. Отстаивая свой

мущество в скорости по сравнению

выбор,

приверженцы

цифровых

и

с ЦВМ, где операции выполняются

сторонники

аналоговых

вычисли­

последовательно. Тем не менее рез­

тельных машин оперируют плюса­

кий рост

быстродействия

ЦВМ, по­

ми и минусами тех и других.

строение

вычислительных

систем с

Прислушаемся к их диалогу.

Он

большим числом параллельно рабо­

тающих процессоров и другие реше­

поможет четче

понять

достоинства

ния позволяют им порой конкуриро­

и недостатки АВМ и ЦВМ.

вать с АВМ и в этом смысле.

— В АВМ точность

ограничена

— АВМ

способна

эффективно

качеством

вычислительных элемен­

выполнять интегрирование, образо­

тов. Редко удается получить по­

вание нелинейных функций, умноже­

грешность

меньше

десятых долей

ние и ряд других операций. Для это­

процента. А вот в ЦВМ точность не

го служат специальные блоки. А в

зависит от качества элементов

ма­

ЦВМ приходится сводить подобные

шины, она определяется количест­

операции к арифметическим с по­

вом разрядов в регистрах памяти.

мощью приближенных (численных)

— Конечно, точность решения на

методов.

же говорить

о логиче­

ЦВМ велика. Но в практических за­

■—

Если

дачах часто нужна не столько точ­

ских

операциях, то у ЦВМ в

этом

ность,

сколько

скорость

решения,

отношении

большие

возможности,

чего не скажешь об АВМ. И способ­

Вычислительные комплексы

ность

запоминания

информации

у

Как вы, наверно, заметили, в смыс­

ЦВМ поистине безгранична. АВМ

же совсем лишена «памяти».

АВМ

ле достоинств

и недостатков АВМ

— Программирование на

и ЦВМ во многом противоположны

весьма удобно для инженера вслед­

друг другу. Уже с

появлением пер­

ствие своей физической наглядности.

вых ЭЦВМ возникла идея сочета­

А в ЦВМ порой теряется связь меж­

ния особенностей цифровых и анало­

ду программой, написанной матема-

говых

вычислительных

устройств

с

тиком-прог.раммистом, и реальным

целью

преодоления

их

недостатков

процессом.

забыли о

дис­

и ^объединения достоинств. Реализа­

— Вы,

вероятно,

цию этой идеи торопила практика,

плеях.

Хотя и без них ЦВМ могут ав­

особенно

задачи

исследования,

томатически управлять потоками ин­

проектирования и управления поле­

формации согласно промежуточным

том баллистических ракет и косми­

результатам.

продолжать­

ческих аппаратов, а также управле­

Такой

спор может

ния сложными

производственными

ся долго.

процессами

в

реальном

масштабе

Приводится еще ряд аргументов:

времени. Для таких задач характер­

АВМ позволяет решать целые клас­

но формирование

траектории дви­

сы задач неалгоритмическим путем,

жения

или

сигналов управления

в

в ЦВМ нет проблемы

масштабиро­

ходе самого движения или протека­

вания; в АВМ есть возможность под­

ния

производственного

процесса.

ключения к модели реальной аппа­

Были созданы

вычислительные ком­

ратуры

исследуемой

системы,

в

плексы, включающие ЦВМ и АВМ

ЦВМ удобны ввод и хранение ин­

и получившие

название

гибридных

формации; АВМ дешевле...

вычислительных машин

(ГВМ).

Расчет параметров траектории по­

тельную машину АЦЭМС-1М,

соз­

лета, моделирование цифровой ап­

данную в 1963—1968 годах, и зару­

паратуры

управления космическим

бежные

вычислительные

системы

аппаратом

пли процессом производ­

фирм «Комкор» «ЦДЦ» и «Элек-

ства в ГВМ «доверяют» цифровой вы­

троник Асошнэйтез». В СССР соз­

числительной машине. Зто и понят­

дан также ряд специализированных

но: данные расчеты требуют очень

ГВМ:

«Аркус»,

«Экстрема», «Са­

высокой точности. Для моделирова­

турн», «Омега»

и другие.

ния же в реальном масштабе време­

В

1968—1971

годах

советскими

ни динамических характеристик дви­

учеными (Институт проблем управ­

жущейся с колоссальной скоростью

ления, г. Москва)

совместно с юго­

ракеты быстродействия ЦВМ недос­

славскими специалистами под науч­

таточно. На помощь приходит вто­

ным руководством проф. Б. Я. Ко­

рая часть ГВМ — аналоговая вычис­

гана

(СССР)

была

разработана

лительная машина. Она моделиру­

гибридная вычислительная

система

ет динамику самого объекта и уп­

третьего

поколения — ГВС-100.

По

равляющих воздействий, так как в

точности и быстродействию анало­

этой части модели требуется очень

говой части, быстродействию ЦВМ

большая скорость решения и допус­

и. устройства связи, полноте мате­

тима меньшая точность.

матического обеспечения она отно­

Именно такой класс задач стиму­

сится

к числу наиболее современных

лировал

создание первых

больших

гибридных вычислительных

систем.

ГВМ в

1955 и последующие годы

Советскими

специалистами

под

одной из американских фирм в Лос-

руководством

проф. В.

Б.

Ушако­

Анжелесе.

Из больших ГВМ второго

ва создается также аналого-цифро­

поколения

можно назвать

отечест­

вой вычислительный комплекс треть­

венную аналого-цифровую вычисли­

его поколения АЦВК-3,

призванный

7 З ак аз N ° 1612

97

заменить машину АЦЭМС-1М. Его

на тренажерах.

Здесь до

мельчай­

основу составляет типовой цифро­

ших подробностей

отрабатывают­

вой

вычислительный

процессор

ся детали предстоящего полета, ис­

ЕС

ЭВМ и

аналоговый

процессор

следуется система человек — маши­

комплекса АВК.

на. В предыдущей беседе мы гово­

Как же удается объединить в еди­

рили о том,

что на АВМ легко вос­

ную вычислительную

систему

ма­

производятся модели движения объ­

шины, обрабатывающие информа­

ектов в реальном времени.

цию в разных формах — дискретной

Для сравнительно несложных пи­

и непрерывной? Для этого служат

лотируемых

аппаратов

тренажер

специальные

преобразователи

ин­

включал в основном кабину пилота

формации: аналого-цифровые и циф­

и'АВМ, которая воспроизводила ди­

ро-аналоговые. Первые представля­

намические

свойства

управляемого

ют необходимую для

передачи

из

пилотом объекта.

АВМ в ЦВМ

информацию в

дис­

Но пилотируемые аппараты ста­

кретной форме, которая легко вос­

новились все сложнее, на их борту

принимается

цифровой

машиной.

появились ЦВМ, выполняющие це­

Вторые производят

обратное

пре­

лый ряд функций управления. Для

образование

и передают

промежу­

тренировок экипажа

потребовались

точные результаты из ЦВМ в АВМ

тренажеры, базирующиеся на ГВМ.

для дальнейших расчетов в анало­

В такой системе в кабину экипажа

говой части ГВМ.

на индикаторные приборы поступает

информация как от АВМ, так и от

О некоторых применениях ГВМ

ЦВМ. Действия экипажа по манев­

Задолго до первого полета летчи­

рированию полетом в виде выход­

ной информации поступают в АВМ,

ки и космонавты проходят обучение

что вызывает

изменение

простран-

7*

99