книги из ГПНТБ / Измайлов А.Ф. Аналоговые вычислительные машины и их применение в ВМФ учебное пособие с элементами программированного обучения
.pdfZ,C*K
Т,сея
%е**
Р и с . 3 . 1 9
14
209
§ 9. Особенности подготовки обыкновенных диффе ренциальных уравнений с переменными коэффи
циентами
К указанной группе относятся те уравнения, члены
которых |
содержат |
в качестве коэффициентов известные |
|
функции |
аргумента |
t |
, например, |
f>nx(() +cx1(t)pn4x(t)+-- ■+an4(t)px(t)+anx(iyO{3 . 6 O)
если ск-(£)£c o n s t , величины а ± ( { ) называют перемен ными коэффициентами.
Входящие |
в уравнение известные |
и неизвестные функ |
|
ции должны быть определены в одном |
и том же интервале: |
||
назначенная область |
t peui ) |
нахождения неиз |
|
вестной x ( t ) |
и др. |
является областью задания пере |
|
менных коэффициентов |
a^Ct) (рис. |
3 .20). |
Рис. 3.20
Подготовка уравнений с переменными коэффициентами к решению на АВМ: определение масштаба аргумента, со
2 1 0
ставление блок-схемы набора, реализация коэффициен тов уравнения и выбор масштаба переменных - произво дится согласно методике, разработанной для любых обык
новенных дифференциальных уравнений. Однако в схеме на бора используются блоки переменных коэффициентов, и это накладывает дополнительное требование к определе
нию масштаба аргумента. |
|
|
||
Время |
решения уравнения |
на АВМ, с одной |
||
стороны, |
пропорционально |
назначенной |
величине tpeuJ : |
|
|
^реш~ rr,t |
tpeuj > |
(3.61) |
|
а с другой - должно быть равно времени работы блока |
||||
переменных коэффициентов |
Г1 БПК : |
|
||
|
7 |
= 7 |
|
(3.62) |
|
‘'реи/ |
свпк • |
Если равенство (3 .62) не выполнено, возникает ситу ация, изображенная на рис. 3.21 для случая ВПК с шаго вым искателем. В случае е1реш:>(1БПК можно смоделировать
только часть заданного участка кривой, при |
> |
точность аппроксимации понижается из-за того, |
что ис |
пользуются не все ламели шагового искателя. Чтобы удов летворить условию (3 .6 2 ), масштаб аргумента определяют
по формуле |
. |
|
|
m t |
С реш |
|
|
° ВПК |
(3.63) |
||
|
|||
|
|
||
Время работы блока зависит от частоты импульсов или |
|||
же от скорости протяжки каретки ( см. § 3 гл. П). В |
|||
каждой АВМ имеется несколько фиксированных частот |
|||
(скоростей), чему соответствует |
ряд фиксированных зна |
||
чений времени T6/7/f . Подставляя |
их в формулу (3 .6 3 ), |
||
получаем несколько |
масштабов mf |
, в равней мере обес- |
2 1 1
Рис. 3.21
печиваодих оптимальное использование 5ПК. Из этих мас штабов выбирают приводящий к наибольшему выравниванию максимальных значений коэффициентов и пределов измене ния переменных. Ориентиром для выбора служит величина масштаба, вычисленного, например, по формуле
где |
и |
а п |
- |
максимальные значения переменных ко |
эффициентов |
ск0( t ) |
И a n ( t ) . |
||
|
Задание |
24. |
Дифференциальное уравнение Лежандра |
(1~tZ) п х ( t ) = 0
подготовить к решению на АВМ. Составить блок-схему на
бора. Область определения решения |
, п = 6 , |
|
начальные условия |
|
|
* б (0 ) = ~7д~ ’ |
f x 6( ° ^ 0 - |
|
Решение рассматриваемого уравнения называют полино |
||
мами Лежандра порядка п ; |
их обозначают Рп ( t ) |
212
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вклейка 2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 15 |
|
|
|
|||
I |
Номера ламелей |
0 I |
2 |
3 |
А 5 |
6 7 |
8 |
9 10 |
II |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
31 |
32 |
33 |
||
2 |
|
Номера |
0 I |
2 |
3 |
4 5 |
б 7 |
8 |
9 10 |
II |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
±8 19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
31 |
32 |
33 |
|
|
|
секций |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
потен- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
0,769 |
циомет- |
0 I |
2 |
3 3 4 |
5 6 6 7 8 |
9 |
9 10 |
II |
12 |
12 |
13 |
14 15 |
15 |
16 |
17 |
18 |
18 |
19 |
20 21 |
21 |
22 |
23 |
24 |
24 |
25 |
||||||
ра |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
34 |
35 |
36 |
37 |
38 |
39 |
40 |
41 |
42 |
43 |
44 |
45 |
46 |
47 |
48 |
49 |
50 |
51 |
52 |
53 54 |
55 |
56 |
57 |
58 |
59 |
60 |
61 |
62 |
63 |
64 |
65 |
66 |
67 |
68 69 |
|||
2 |
34 |
35 |
36 |
37 |
38 |
39 |
40 |
41 |
42 |
43 |
44 |
45 |
46 |
47 |
48 |
49 |
49 |
50 |
51 |
52 |
53 |
54 |
55 |
56 |
57 |
58 |
59 |
60 |
61 |
62 |
63 |
64 |
65 |
|
66 |
67 |
68 |
3 |
|
27 |
27 |
28 |
29 |
30 |
30 |
31 |
32 |
33 |
33 |
34 |
35 |
36 |
36 |
37 |
38 |
39 |
39 |
40 |
41 |
42 |
42 |
43 |
44 |
45 |
45 |
46 |
47 |
48 |
48 |
49 |
50 |
|
51 |
51 |
52 |
I |
7 0 71 |
72 73 74 75 |
76 |
77 |
78 '"9 80 |
81 |
82 |
83 |
84 |
85 |
86 87 |
88 89 |
90 |
91 92 |
93 |
94 |
95 |
96 |
97 |
98 |
99 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
2 |
69 70 |
71 |
72 |
73 74 |
75 |
76 |
77 |
78 79 |
80 |
81 |
82 |
83 |
84 |
85 |
86 |
87 |
88 89 |
90 |
91 |
92 |
93 |
94 |
95 |
96 |
97 |
98 |
П<фВ11Й зар]иан1г набора |
||||||||||
3 |
53 54 |
54 55 |
56 57 |
57 |
58 |
59 |
60 60 |
61 |
62 |
63 63 |
64 |
65 |
|
66 67 |
68 69 |
69 70 |
71 |
72 |
72 |
73 |
74 75 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|||||||||
66 |
Второй |
вариант |
набора |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
Заказ 60, ВМОЛУА, 1968
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 16 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
Номера |
ламелей |
О I 2 |
3 |
4 |
5 б |
7 |
8 |
9 |
10 |
II |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
2 |
Номера |
секций |
5 6 7 |
8 |
9 |
10 II |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
19 |
20 |
20 |
21 |
21 |
22 |
22 |
23 |
24 |
24 |
25 |
|
потенциометра |
I |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
31 |
32 |
33 |
34 |
35 |
36 |
37 |
38 |
39 |
40 |
41 |
42 |
43 |
44 |
45 |
46 |
47 |
48 |
49 |
50 |
51 |
52 |
53 |
54 |
55 |
56 |
57 |
58 |
59 |
60 |
2 |
25 |
25 |
26 |
26 |
27 |
27 |
27 |
28 |
29 |
29 |
30 |
30 |
31 |
31 |
32 |
32 |
32 |
32 |
33 |
33 |
33 |
34 |
34 |
35 |
35 |
36 |
36 |
37 |
37 |
38 |
38 |
39 |
39 |
40 |
40 |
I |
61 |
62 |
63 |
64 |
65 |
66 |
67 |
68 69 |
70 |
71 |
72 |
73 |
74 |
75 |
76 |
77 |
78 |
79 |
80 |
81 |
82 |
83 |
84 |
85 |
86 |
87 |
88 89 |
90 |
91 |
92 |
93 |
94 |
95 |
||
2 |
41 |
41 |
42 |
42 |
43 |
43 |
44 |
45 |
46 |
47 |
48 |
48 |
49 |
50 |
51 |
52 |
53 |
54 |
55 |
56 |
57 |
59 |
60 |
61 |
63 |
65 |
67 |
69 |
70 |
72 |
74 |
76 |
79 |
81 |
83 |
I 96 97 98 99 100
2 86 89 92 95 98
Вклейка 3
Таблица 17
I |
Номера |
|
0 |
I |
2 3 |
4 |
5 |
6 7 |
8 |
9 |
10 |
I I |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
|
||
|
ламелей |
|
|
||||||||||||||||||
|
ШИ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Генера |
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
торы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
частот |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
1 8 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
31 |
32 |
33 |
34 |
35 |
36 |
||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А ..... ......... |
'■ |
|
|
........ |
|
|
|
||||
I |
37 |
э в |
39 |
40 |
41 |
42 |
43 |
44 |
45 |
46 |
47 |
48 |
49 |
50 |
51 |
52 |
53 |
54 |
55 |
||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ак |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
56 |
57 |
58 |
59 |
60 |
61 |
62 |
63 |
64 |
65 |
66 |
67 |
68 |
69 |
7 0 |
71 |
72 |
73 |
74 |
||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
75 |
76 |
77 |
78 |
79 |
80 |
81 |
82 |
83 |
84 |
85 |
86 |
87 |
88 |
89 |
90 |
91 |
92 |
93 |
||
о |
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
с |
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
94 |
95 |
96 |
97 |
98 |
99 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Г%J |
|
|
Д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Примечание. Частоты генераторов* |
А - |
I гц, |
В - |
2 |
г * , |
С - |
4 |
гщ, |
Д - 1 0 |
гц. |
|
Зам » 60, ВИОЛУА, 1968
Решение. Разрешая уравнение относительно старшей
производной, получаем |
6 - 7 - x 6 ( t } |
|
2 t |
|
|
Р * в Ю ' i - t 2 |
= О |
|
i - t 2 |
|
|
или |
|
|
f W t ) = y ^ r [ 2 t p ^ 6 ( t ) - ^ 2 x 6 ( t ) ] = 0 . |
|
|
Отсюда видно, что |
определить функцию sc6 ( t ) |
в |
заданном интервале невозможно: переменный коэффициент
( i - t 2) * |
n p u t —’ i неограниченно |
возрастает, выну |
||||
ждая несколько сузить этот интервал. Положим |
||||||
0 < t < |
0,975. |
|
|
|
|
у |
Определив максимальное |
значение |
величины ~f~[i » |
||||
Тчакс |
/ |
|
|
/ |
|
■ 2 0 . |
'макс 1 - 0 , 9 7 5 2 |
0 ,0 5 |
|
||||
■ 6 |
- t ‘X |
|
|
|
|
|
преобразуем уравнение к виду |
|
|
|
|
||
р x6 ( t ) |
f j - t 2) |
|
t p x6 ^ ^2 Т м а к с ^ б ^ ] |
|||
|
'макс^ L ' |
|
|
|
|
|
ИЛИ |
|
|
|
|
|
0 5 |
|
|
|
|
|
|
|
p \ ( t ) - [ ^ 0 t p x 6 C i ) - U2-20oc6 ( t ) ] j : |
||||||
Переменные коэффициенты |
|
0,05 |
и |
t |
наберем |
|
у~р~ |
на ВПК согласно табл. 15-17. Для первого из коэффици ентов применяем программную развертку, для второго - равномерную. Последующее введение масштаба аргумента не изменит значения набранных функций:
0,05 |
0 ,0 5 |
если t — |
. |
|
i - t 2 |
i - ( m t 7 ) - |
|||
|
|
213
Вводя масштаб аргумента, уравнение представляем
в виде
^%(т)‘ ^ ^ [ 4 о ( ^ 7т)^х/?)-4г-го-тХ(т)]-
Значение введенного масштаба должно быть согласо вано с длительностью работы ВПК. Применительно к АБЫ МПТ-9
<1 = 12,63 j 25,3; 50,5'} 101} 202 с ек } заданная величина^ tpeul = 0,975, а отсюда
m= QtS2&- . 0,0773} 12.63
m2£ |
= |
0,0387 } |
m3£ = |
0,0193} |
/77^ |
= |
0,00965} |
= |
0,00483. |
Величину масштаба, которая обеспечивала бы вырав нивание коэффициентов уравнения, определим по формуле
"V = l/ т ^ — =0.035- |
|
f V 42 -20 |
’ |
Окончательно принимаем |
m2t = 0,0387, получая |
конкретную форму малинного уравнения: |
|
<,S38(mt ?)f>Xe n ) + Y,225X6( T ) J ^ ~ ^ • |
Блок-схема набора представлена на рис. 3.22. |
||
При составлении блок-схемы возникло желание набрать |
||
_ |
j 5 3 ft |
г |
на БПК коэффициент |
|
(mt 7 ) = 0,769 (m t ? ) |
$абл. 15) вместо намеченного ранее. Это несколько сни зит точность аппроксимации: вместо 100 секций потенци-
214