| |
Аналоговая вычислительная машина (АВМ) ― 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 величины 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 (например, законы Ома и Кирхгофа для электрических цепей, выражение для эффекта Холла, лоренцовой силы и т.д.)
Особенности представления исходных величин и построения отдельных решающих элементов в значительной мере предопределяют сравнительно большую скорость работы АВМ, простоту программирования и набора задач, ограничивая, однако, область применения и точность получаемого результата. АВМ отличается также малой универсальностью (алгоритмическая ограниченность) — при переходе от решения задач одного класса к другому требуется изменять структуру машины и число решающих элементов.
К первому аналоговому вычислительному устройству относят обычно логарифмическую линейку, появившуюся около 1600 г. Графики и номограммы — следующая разновидность аналоговых вычислительных устройств — для определения функций нескольких переменных; впервые встречаются в руководствах по навигации в 1791 г. В 1814 г. английский учёный Дж. Герман разработал аналоговый прибор — планиметр, предназначенный для определения площади, ограниченной замкнутой кривой на плоскости. Планиметр был усовершенствован в 1854 г. немецким учёным А. Амслером. Его интегрирующий прибор с катящимся колесом привёл позднее к изобретению английским физиком Дж. Томсоном фрикционного интегратора. В 1876 г. другой английский физик У. Томсон применил фрикционный интегратор в проекте гармонического анализатора для анализа и предсказывания высоты приливов в различных портах. Он показал в принципе возможность решения дифференциальных уравнений путём соединения нескольких интеграторов, однако из-за низкого уровня техники того времени идея не была реализована.
Первая механическая вычислительная машина для решения дифференциальных уравнений при проектировании кораблей была построена А.Н. Крыловым в 1904 г. В основу её была положена идея интеграфа — аналогового интегрирующего прибора, разработанного польским математиком Абданк-Абакановичем (1878) для получения интеграла произвольной функции, вычерченной на плоском графике.
Дальнейшее развитие механических интегрирующих машин связано с работами американского учёного В. Буша, под руководством которого была создана чисто механическая интегрирующая машина (1931), а затем её электромеханический вариант (1942). В 1936 г. русский инженер Н. Минорский предложил идею электродинамического аналога. Толчок развитию современных АВМ постоянного тока дала разработка Б. Расселом (1942—44, США) решающего усилителя.
Большое значение имели работы советского математика С.А. Гершгорина (1927), заложившие основы построения сеточных моделей. В 1936 г. в СССР под руководством И.С.Брука были построены механический интегратор и электрический расчётный стол для определения стационарных режимов энергетических систем. Работы, проведённые под руководством Л.И.Гутенмахера в 1945—46 гг., привели к созданию первых электронных аналоговых машин с повторением решения. В 1949 г. в СССР под руководством В.Б. Ушакова, В.А. Трапезникова, В.А. Котельникова, С.А. Лебедева был построен ряд АВМ на постоянном токе. Эти работы положили начало развитию современной аналоговой вычислительной техники в СССР.
АВМ в основном применяется при решении следующих задач:
■ контроль и управление;
■ опережающий анализ, основанный на быстродействии;
■ экспериментальное исследование поведения системы с аппаратурой управления или регулирования в лабораторных условиях;
■ анализ динамики систем управления или регулирования;
■ решение задач синтеза систем управления и регулирования;
■ решение задач по определению возмущений или полезных сигналов, действующих на систему.
Литература:
1. Гутенмахер Л. И., Электрические модели, М. - Л., 1949;
2. Тарасов В С., Основы теории и конструирование математических машин непрерывного действия, в. 1, Л., 1961;
3. Коган Б.Я., Электронные моделирующие устройства и их применение для исследования систем автоматического регулирования, 2 изд., М., 1963;
4. Корн Г.А., Корн Т.М., Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины, пер. с англ., ч. 1 - 2, М., 1967 - 68.
|
|
