[go: up one dir, main page]

SU551665A1 - Device for solving systems of algebraic equations - Google Patents

Device for solving systems of algebraic equations

Info

Publication number
SU551665A1
SU551665A1 SU2032342A SU2032342A SU551665A1 SU 551665 A1 SU551665 A1 SU 551665A1 SU 2032342 A SU2032342 A SU 2032342A SU 2032342 A SU2032342 A SU 2032342A SU 551665 A1 SU551665 A1 SU 551665A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
matrix
resistors
equations
equation
diagonal
Prior art date
Application number
SU2032342A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Евгеньевич Пухов
Михаил Николаевич Кулик
Валерий Данилович Бакуменко
Original Assignee
Институт Электродинамики Ан Украинской Сср
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт Электродинамики Ан Украинской Сср filed Critical Институт Электродинамики Ан Украинской Сср
Priority to SU2032342A priority Critical patent/SU551665A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU551665A1 publication Critical patent/SU551665A1/en

Links

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Description

1one

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано в вычислительных устройствах, предназначенных дл  решени  широкого класса систем алгебраических уравнений.The invention relates to computing and can be used in computing devices designed to solve a wide class of systems of algebraic equations.

Известно устройство дл  решени  систем алгебраических уравнений, содержащее матрицу оезисторов и блоки уравновешивани , выполненные в виде операционных усилителей посто нного тока. Это устройство устой чиво решает такие системы линейных алгебраических уравнений, у которых квадратна  матрица коэффициентов имеет все собственные значени  с положительной вешественной частью.A device for solving systems of algebraic equations is known, which contains an oezistor matrix and equilibration blocks, made in the form of DC operational amplifiers. This device stably solves such systems of linear algebraic equations whose square matrix of coefficients has all eigenvalues with a positive integer part.

Известно также двухзвенное устройство дл  решени  систем алгебраических уравнений , в котором используютс  две матрицы резисторов и блоки уравновешивани  в виде операционных усилителей. Однако применение таких устройств ограничено тем, что уровни рабочих напр жений значительно ниже уровней напр жений, допустимых по техническому паспорту используемьрх операционных усилителей.A two-unit device for solving systems of algebraic equations is also known, which uses two matrices of resistors and balancing units in the form of operational amplifiers. However, the use of such devices is limited by the fact that the operating voltage levels are significantly lower than the voltage levels allowed by the datasheet using operational amplifiers.

Наиболее близким к изобретению техническим решением  вл етс  устройство дл  решени  систем алгебраических уравнений, содержашее блоки уравновешивани  и матрицу резисторов, горизонтальные шины которой через соответствующие источники тока соединены с шиной нулевого потенциала, а вертикальные шины соединены с входами соответствующих повторителейЭтому устройству свойственны функциональна  ограниченность, в св зи с решением систем линейных алгебраических уравнений только с квадратными матрицами.The closest technical solution to the invention is a device for solving systems of algebraic equations, containing equilibration blocks and a matrix of resistors, the horizontal buses of which are connected to the zero potential bus through appropriate power sources, and the vertical tires are connected to the inputs of the corresponding repeaters. zi with solving systems of linear algebraic equations with only square matrices.

Цель изобретени  - расширение класса решаемых уравнений.The purpose of the invention is an extension of the class of solved equations.

Это достигаетс  тем, что в устройстве дл  решени  систем алгебраических уравнений каждый блок уравновешивани  содержит резисторы и операционные усилители, в обратной св зи первого из которых включены параллельно две цепочки последовательно соединенных масштабных резисторов, обща  точка масштабных резисторов первой из указанных цепочек соединена через первый согласуюший резистор с выходом соответству-юшего повторител  и через входной масштаб ный резистор - с входом второго операционного усилител , в обратной св зи которого включена цепочка из последовательно соединенных масштабных резисторов, обща  точка которых соединена с общей точкой масштабных резисторов второй цепочки первого операционного усилител , выход второго операционного усилител  через второй согласующий резистор соединен с входом соответствующего повторител . На чертеже приведена схема предлагаемого устройства дл  решени  систем алгебраических уравнений. Предлагаемое устройство содержит матрицу резисторов 1, повторители 2, блоки уравновешивани  3 с положительными коэффициентами передачи, согласующие резисторы 4 -4 2 и источники тока 5 дл  задани  вектора правых частей. Каждый блок уравновешивани  3 состоит из двух операционных усилителей 6, масштабных резисторов 7 с единичными проводимост ми, входного масштабного резистора 8 и двух масштабных резисторов 9, проводимость которых Ь -Блок уравновешивани  3 имеет поло жительный коэффициент передачи равный . Матрица резисторов 1 моделирует матрицу коэффициентов А решаемой системы линейных алгебраических уравнений. В установившемс  режиме дл  модели справедливы следующие уравнени This is achieved by the fact that in the device for solving systems of algebraic equations, each equilibration block contains resistors and operational amplifiers, in the feedback of the first of which two chains of serially connected large-scale resistors are connected in parallel, the common point of the large-scale resistors of these chains is connected through the first matching resistor with the output of the corresponding repeater and through the input scale resistor - with the input of the second operational amplifier, in the feedback of which A chain of series-connected scale resistors, the common point of which is connected to the common point of the scale resistors of the second chain of the first operational amplifier, is connected; the output of the second operational amplifier is connected to the input of the corresponding repeater through the second matching resistor. The drawing shows the scheme of the proposed device for solving systems of algebraic equations. The proposed device contains a matrix of resistors 1, repeaters 2, equilibration units 3 with positive transmission coefficients, matching resistors 4-4 and current sources 5 for specifying the right-hand vector. Each equilibration unit 3 consists of two operational amplifiers 6, large-scale resistors 7 with single conductivities, an input large-scale resistor 8, and two large-scale resistors 9, whose conductivity L-Balance unit 3 has a positive transfer coefficient of equal. The matrix of resistors 1 models the matrix of coefficients A of the solved system of linear algebraic equations. In the steady state for the model, the following equations are valid.

|«.Г,/.«| ".G, /."

..,0,.., 0,

(1)(one)

.-t-f 0.-t-f 0

1 one

тt

И«,AND",

f 2 аf 2 a

,,i°-;r -..o.,, i ° -; r - .. o.

тt

тпtp

«"

Sq,  Sq,

,-2v , -2v

1°i-n «r,-n1 ° i-n "r, -n

О, ii-fOh ii-f

, напр жени  на горизонтальных шинах матрицы резисторов 1; X , - напр жени  на вертикальных 50 шинах матрицы резисторов 1, где 77 и m соответственно число вертит кальных и горизонтальных шин (в общем случае ti 55 может быть не равно тп ); токи источников 5; напр жение на выходе i блока уравновешивани  3 ( i 1.2... п);60voltage across horizontal buses of the resistor 1 matrix; X, are the voltages on the vertical 50 buses of the matrix of resistors 1, where 77 and m, respectively, are the number of spinning and horizontal tires (in general, ti 55 may not be equal to tp); currents of sources 5; the voltage at the output i of the balancing unit 3 (i 1.2 ... n); 60

y q Ax-Q fy q ax-q f

илиor

Подставл   уравнени  (5) и (6) i Substituted equations (5) and (6) i

уравнекие (4), имеемequal (4), we have

(G-t-cx --bo() 0(G-t-cx --bo () 0

(7)(7)

Матрицы Ь и а выбираем чтобы выполн лось условиеMatrices b and a are selected to satisfy the condition

G-(t7-E)G- (t7-E)

ИЛИOR

(-b-Ef G,(-b-Ef G,

аbut

где Е - единична  матрица.where E is the identity matrix.

Claims (1)

Тогда уравнение (7) приобретает вид димости резисторов 4 2 и 43. коэффициенты матрицы исходного матричного уравнени  Ax fCZ) ) удобно представить в матх -bf 0, 0. х, - диагональные матрицы, элементы которых представл ют собой сумму элементов соответственно строк и столбцов матрицы А; транспонированна  матрица А; диагональна  матрица проводимостей резисторов 4 4 2 диагональна  матрица коэффициентом передачи блоков уравновешивани  3; векторы, соответственно с с компонентами ф.ф ( 3) получим . Таким образом, предлагаема  схема опнсываетс  уравнением (9). Здесь матрица Q представл ет собой матрицу собственных проводимостей узлов Vi и поэтому  вл етс  диагональной матрицей с положительными элементами, при этом матрица А Q А будет положительно определенной , следовательно схема устройства будет устойчивой и дает решение. В случае квадратной неособенной матрицы А это решение единственно, и оно будет найдено схемой даже Цри плохой обусловленности матрицы А. Дп  доказательства умножим уравнение (9) слева на матрицу (А Q А ) и получим K (A rAQ f АЧ , т.е. получим решение системы уравнений (1). Если система уравнений (1) переопределена (тп п , матрица А  вл етс  пр моугол ной), предлагаема  схема дает единственно решение, причем это решение  вл етс  наилучшим , минимизирующим сумму квадратов модулей нев зок уравнений (1). Наилучшее решение переопределенных систем получают примен   левую трансформацию Гаусса : А . Уравнение можно трактовать следующим образом. Исходное уравнение (1) умножаем на диагональную матрицу Q QAx Qf. Это тождественное преобразование, которое не измен ет множества решений системы уравнений {1). Поэтому если (11) умножить на А , то решение полученного таким образом уравнени  (9) будет совпадать с решением уравнени  (10), которое  вл етс  наилучшим. Покажем, что благодар  специальному включению резисторов 7, 8 и 9 и операционных усилителей 6 блок уравновешивани  3  вл етс  устойчивым. В динамическом режи ме с учетом паразитных емкостей усилителей С схема блока уравновешивани  описываетс  системой дифференциальных уравнени d -IT-- I - т -1 . + С В N В С В N f напр жение на входах усилителей; диагональна  матрица собственных проводимостей узлов блоК - коэффициент усилени  операционного усилител  при разомкнутой обратной св зи. Дл  устойчивости блока уравновешивани , а следовательно и предлагаемого устройства необходимо, чтобы матрица С В N Б имела собственные числа с положительными вещественными част ми. Так как матрица  вл етс  диагональной с положительными элементами, дл  этого достаточно, чтобы матрица Б N Б была положительно определенной . Это условие выполнено, так как матрица N  вл етс  диагональной с положительными элементами. Поэтому блоки уравновешивани  3  вл ютс  устойчивыми. Предлагаемое устройство в отличие от известных устройств аналогичного) назначени  позвол ет решать системы линейных алгебраических уравнений как с квадратными, так и с пр моугольными (с переопределенными , т.е. тп п ) матрицами коэффициентов . Эта особенность позвол ет применить предлагаемое устройство вместо ЦВМ при проектировании таких технических систем, зависимость между параметрами в которых имеет вид переопределенной системы линейных алгебраических уравнений. Технико-экономический эффект применени  предлагаемого устройства определ етс  его низкой стоимостью , значительной экономией машинного времени ЦВМ и непринципиальностью исключени  ЦВМ, в св зи с не очень высокими требовани ми по точности определени  параметров технических систем на стадии проектировочных расчетов. Формула изобретени  Устройство дл  решени  систем алгебраических уравнений, содержащее блоки уравновешивани  и матрицу резисторов, горизонтальные шины которой через соответствующие источники тока соединены с шиной нулевого потенциала, а вертикальные шины соединены с входами соответствующих повторителей , отличающеес  тем, что, с целью расширени  класса решаемых уравнений, в нем каждый блок уравновешивани  содержит резисторы и операционные усилители, в обратной св зи первого из которых включены параллельно две цепочки последовательно соединенных масштабных резисторов, обща  точка масштабных резисторов первой из указанных цепочек соединена через первый согласующий резистор с выходом соответствующего повторител  и через входной масштабный резистор - с входом второго операционного усилител , в обратной св зи которого включена цепочка из последовательно соединенных масштабных резисторов, обща  точка которых соединена с обшей точкой масштабных резисторов второй цепочки первого операционного усилител , выход второго операционного усилител  через второй согласующий резистор соединен с входом соответствующего повторител .Then equation (7) takes on the form of resistors 4 2 and 43. The coefficients of the matrix of the original matrix equation Ax fCZ)) are conveniently represented in mats -bf 0, 0. x, are diagonal matrices whose elements are the sum of the elements of the rows and columns respectively matrices A; transposed matrix A; diagonal conductivity matrix of resistors; 4 4 2; diagonal matrix of transfer coefficients of balancing units 3; vectors, respectively, with the components f. f (3) we obtain. Thus, the proposed scheme is described by equation (9). Here, the matrix Q is the matrix of the intrinsic conductivities of the nodes Vi and therefore is a diagonal matrix with positive elements, and the matrix A Q A will be positively defined, hence the design of the device will be stable and give a solution. In the case of a square non-singular matrix A, this solution is unique, and it will be found by the scheme even of the crit of poor conditionality of the matrix A. Dp of the proof, multiply equation (9) on the left by the matrix (A Q A) and get K (A rAQ f АЧ, i.e. we obtain the solution of the system of equations (1). If the system of equations (1) is redefined (mn n, matrix A is right angular), the proposed scheme gives a unique solution, and this solution is the best, minimizing the sum of squares of the modules of the equations (1 ). The best solution for redefined systems is are used left Gaussian transformation:. Equation A can be interpreted as follows: The initial equation (1) is multiplied by a diagonal matrix Q QAx Qf This identity transformation that does not change the set of solutions of equations {1)... Therefore, if (11) is multiplied by A, then the solution of equation (9) thus obtained will coincide with the solution of equation (10), which is the best. We show that due to the special inclusion of resistors 7, 8 and 9 and operational amplifiers 6, the balancing unit 3 is stable. In the dynamic mode, taking into account the parasitic capacitances of the amplifiers C, the equilibration circuitry is described by the system of differential equations d -IT-- I - m -1. + C B N B C B N f voltage at the inputs of the amplifiers; the diagonal matrix of the intrinsic conductivities of the nodes of the block — the gain of the operational amplifier with open-loop feedback. For the stability of the equilibration unit, and therefore the proposed device, it is necessary that the matrix C B N B has eigenvalues with positive real parts. Since the matrix is diagonal with positive entries, it is sufficient for this that the matrix B N B is positive definite. This condition is satisfied, since the matrix N is diagonal with positive elements. Therefore, the balancing units 3 are stable. The proposed device, in contrast to the known devices of similar purpose, allows solving systems of linear algebraic equations with both square and rectangular (with overdetermined, i.e., mn) matrixes of coefficients. This feature allows you to apply the proposed device instead of the digital computer when designing such technical systems, the relationship between the parameters in which has the form of an overdetermined system of linear algebraic equations. The technical and economic effect of the application of the proposed device is determined by its low cost, significant computer time saving and the non-exclusion of the digital computer, due to the not very high demands on the accuracy of determining the parameters of technical systems at the stage of design calculations. An apparatus for solving systems of algebraic equations, comprising equilibration blocks and a resistor matrix, the horizontal buses of which are connected to the zero potential bus through appropriate current sources, and the vertical buses are connected to the inputs of corresponding repeaters, in order to expand the class of equations to be solved, in it, each equilibration block contains resistors and operational amplifiers, in the feedback of the first of which two chains are connected in parallel flax-connected scale resistors, the common point of the scale resistors of the first of these chains is connected via the first terminating resistor to the output of the corresponding repeater and via the input scale resistor to the input of the second operational amplifier, in feedback of which a chain of series-connected resistors is connected, the common point of which connected to the common point of the scale resistors of the second chain of the first operational amplifier, the output of the second operational amplifier through the second co The read resistor is connected to the input of the corresponding repeater. ГR  нn LJLj I ). I). 11 eleven tHtH
SU2032342A 1974-06-06 1974-06-06 Device for solving systems of algebraic equations SU551665A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU2032342A SU551665A1 (en) 1974-06-06 1974-06-06 Device for solving systems of algebraic equations

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU2032342A SU551665A1 (en) 1974-06-06 1974-06-06 Device for solving systems of algebraic equations

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU551665A1 true SU551665A1 (en) 1977-03-25

Family

ID=20587226

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU2032342A SU551665A1 (en) 1974-06-06 1974-06-06 Device for solving systems of algebraic equations

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU551665A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ostrowski et al. Some theorems on the inertia of general matrices
SU551665A1 (en) Device for solving systems of algebraic equations
Ritt et al. Ideal theory and algebraic difference equations
Raudenbush Ideal theory and algebraic differential equations
Kovacs et al. Involutory automorphisms of groups of odd order and their fixed point groups
Zhang et al. A new method for solving variable coefficients fractional differential equations based on a hybrid of Bernoulli polynomials and block pulse functions
Brewer et al. On the pole assignability property over commutative rings
SU528613A1 (en) Analog storage device
SU763909A1 (en) Scale amplifier
SU1451735A1 (en) Function generator
Nashed On generalized inverses and operator ranges
Ree On generalized conjugate classes in a finite group
SU746311A1 (en) Apparatus for measuring dc voltage
Southcott A basis for the laws of a class of simple groups
SU1446632A1 (en) Modular element of network model
SU651359A1 (en) Multiplication device
Magurn Uses of units in Whitehead groups
Vermani The Exact Sequence of Hochschild‐Serre in the Cohomology of Groups
SU440676A1 (en) Device for raising to a whole positive degree the ratio of two input signals
SU149128A1 (en) Operational amplifier
SU938319A1 (en) Analog storage
SU840960A1 (en) Network model
SU374613A1 (en) POSSIBLE-PERFORMANCE DEVICE
Nakamoto On QF-extensions in an H-separable extension
Jones Jr Nonlinear matrix equations of the Riccati type arising in mathematical modelling and simulation