СМ-2¶

СМ-2 — советская аналоговая вычислительная машина (АВМ) общего назначения, разработанная в конце 1950-х годов и выпускавшаяся серийно с 1960 года. Предназначалась для решения широкого круга математических задач, описываемых обыкновенными дифференциальными уравнениями, путём электрического моделирования. Относится к классу машин непрерывного действия, в которых все математические операции выполняются над непрерывно изменяющимися напряжениями постоянного тока.

¶История создания

Разработка СМ-2 велась в Специальном конструкторском бюро вычислительных машин (СКБ ВМ) в Москве под руководством главного конструктора Б. Я. Когана. Машина стала развитием более ранней модели СМ-1, отличаясь от неё увеличенным числом решающих усилителей, расширенным набором функциональных блоков и улучшенными характеристиками точности. Проектирование завершилось в 1959 году, а после успешных государственных испытаний в 1960 году начался серийный выпуск на московском заводе САМ (Счётно-аналитических машин). Производство продолжалось до конца 1960-х годов, всего было выпущено несколько сотен экземпляров, которые поставлялись в научно-исследовательские институты, конструкторские бюро и учебные заведения СССР.

¶Устройство и принцип действия

СМ-2 работала по принципу электронного моделирования: физические процессы, описываемые дифференциальными уравнениями, воспроизводились с помощью электрических сигналов, изменяющихся во времени. Основным элементом машины являлся операционный усилитель постоянного тока на электронных лампах, охваченный цепями обратной связи. В зависимости от схемы включения такой усилитель мог выполнять операции суммирования, интегрирования, умножения на константу и знакоперемену.

¶Основные блоки

• Решающие усилители — 24 операционных усилителя, обеспечивающих выполнение линейных операций (сложение, вычитание, интегрирование).
• Блоки нелинейностей — функциональные преобразователи для воспроизведения нелинейных зависимостей (квадратичной, синусоидальной, логарифмической и произвольных, заданных графически).
• Блоки умножения — устройства для перемножения двух переменных напряжений.
• Задатчики начальных условий — потенциометры и релейные схемы для установки начальных значений переменных.
• Коммутационное поле — набор гнёзд и штекеров на лицевой панели для соединения блоков в соответствии с решаемой задачей.
• Источники питания — стабилизированные выпрямители, обеспечивающие напряжения ±100 В.

¶Масштабирование

Работа с машиной требовала предварительного масштабирования переменных: реальные физические величины (время, скорость, температура и т. п.) приводились к машинным переменным, изменяющимся в диапазоне от −100 до +100 В. Это позволяло проводить моделирование в ускоренном или замедленном темпе по сравнению с реальным временем.

¶Применение

СМ-2 использовалась для исследования динамических систем в различных отраслях науки и техники. Характерными задачами были:

• расчёт переходных процессов в электрических цепях и системах автоматического регулирования;
• моделирование движения летательных аппаратов и ракет;
• исследование колебаний механических конструкций;
• расчёт траекторий и устойчивости движения;
• решение задач ядерной физики и теплотехники.

Машина позволяла многократно повторять расчёты при изменении параметров системы, что делало её удобным инструментом для поиска оптимальных режимов работы. Скорость решения определялась длительностью переходного процесса в модели и обычно составляла от долей секунды до нескольких минут на один вариант.

¶Преимущества и недостатки

К достоинствам СМ-2 относились высокая скорость решения (практически мгновенное получение результата в виде осциллограммы), наглядность представления данных и возможность оперативного вмешательства оператора в ход расчёта. Недостатками являлись ограниченная точность (погрешность решения составляла 0,1–1 %), сложность подготовки задачи и необходимость ручной коммутации блоков. С развитием цифровых вычислительных машин в 1970-х годах аналоговые машины, включая СМ-2, были постепенно вытеснены, однако их использование в учебных целях продолжалось до середины 1980-х годов.

¶Интересные факты

• СМ-2 была одной из первых серийных отечественных АВМ, получивших широкое распространение за пределами оборонной промышленности.
• Машина имела сравнительно большие габариты — несколько стоек высотой около двух метров, что требовало отдельного машинного зала.
• Настройка задачи на СМ-2 могла занимать от нескольких часов до нескольких дней, в то время как сам расчёт выполнялся за секунды.

¶См. также

• Аналоговый компьютер
• МН-7
• МН-14

¶Источники

• Коган Б. Я. Электронные моделирующие устройства и их применение для исследования систем автоматического регулирования. — М.: Физматгиз, 1963.
• Гутер Р. С., Полунов Ю. Л. От абака до компьютера. — М.: Знание, 1981.
• Справочник по аналоговой вычислительной технике / Под ред. Г. Е. Пухова. — Киев: Техніка, 1969.