[发明专利]具有可变增益的模拟计算机

说明书

通过酌量降低模拟计算机中存在的增益元件的增益来实现模拟计算机的改进的性能。当存在电路的先前输出(如果有)时，将增益元件的增益降低到足够低以至于输入信号无法通过电路传播的水平。然后，将输入信号改变为新值或一组值，同时增益元件的增益保持降低。最后，将增益元件的增益增大到足够高以允许输入信号通过电路传播的水平，从而产生作为由模拟计算机表示的问题的解的输出。

本申请要求于2019年2月28日提交的临时申请第62/812,202号的优先权，其全部内容通过引用并且入本文。

技术领域

本发明总体上涉及模拟计算机，并且更具体地涉及具有可变增益的模拟计算机。

背景技术

模拟计算机是使用一些物理现象的连续可变方面(例如电气量、机械量或水力量)来对要求解的问题进行建模的计算机类型。相比之下，数字计算机象征性地并且通过时间和幅度二者的离散值来表示变化的量。计算尺是最简单的模拟计算机之一。虽然在许多应用中数字计算机已经取代了模拟计算机，但仍然用模拟计算机有利地对一些问题进行解决。

本方法针对在电领域内对问题进行建模的电模拟计算机。这种模拟计算机基于具有增益的元件，通常是常规地具有高增益的运算放大器(“op-amp”)。例如，可以在模拟计算机的电气部件中对复杂方程(如薛定谔方程)的解进行建模。

原理是，可能涉及时间的微分薛定谔方程可以通过将其映射到其电模拟中(即通过使用等效约束作为问题的解的电路的基尔霍夫电流定律)来求解。当一个或更多个输入应用于对问题建模的受约束网络时，模拟计算机内的模拟电压和电流会随着网络到达代表问题的解的一个解而变化。

模拟计算机的网络可以是静态的，其中当电参数收敛于静态结果时获得解；或者模拟计算机的网络可以是动态的，其中解由电参数的周期性稳态来提供。

这种电模拟计算机出现的一个问题是网络对输入修改的响应。当对输入改变时，计算机中的模拟电压和电流必须再次改变以现在使用新的输入参数再次对问题求解。如本领域中已知的，建立新解所花费的时间是有限的，并且取决于高增益元件的增益带宽积和围绕高增益元件的反馈(如果有的话)。这会导致“旧”解(即针对先前输入的解)与针对新输入的“新”解之间的暂态。

这种暂态存在于形成模拟计算机的增益元件的配置中，因为它适应新的输入，无论网络是静态的还是动态的。静态网络中的暂态事件是电气参数再次收敛到新的静态结果所花费的时间。动态网络中的暂态事件是在如下两个周期性稳态解之间移动所需的时间：作为先前输入状态的周期性稳态解与当前输入状态的新周期性稳态解。

在一些情况下，暂态的延迟可能是显著的。因此，希望缩短暂态的长度，以便模拟计算机可以为由计算机元件网络表示的所需问题提供更快的解。

发明内容

本申请描述了用于改进模拟计算机的性能的装置和方法。

一个实施方式描述了一种操作模拟计算机的方法，该模拟计算机包括多个增益元件，该多个增益元件被配置成对总输入信号进行操作以提供对预定问题的解，多个增益元件中的每一个的增益能够在在足以将信号输入传播到元件的水平与不足以将信号输入传播到元件的水平之间变化，该方法包括：将多个增益元件中的每一个的增益降低到不足以将信号输入传播到增益元件的水平；在增益元件的增益处于所降低的水平时改变总输入信号；以及在不早于输入信号改变的时间处将多个增益元件中的每一个的增益增大到足以将信号输入传播到增益元件的水平。