Модель для исследования систем с распределенными параметрами

Модель для исследования систем с распределенными параметрами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1 !

ОП ИСАН ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЙТВЛЬСТВУ (112, 445048

Союз Советских

Социалистииеских

Реотубяик (б1) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 03. I0. 72 (21) I834905/I Æ4 (51) M Кл. а ое v/48 с присоединением заявки—

Государственный наинтет

Сеаата Мнннстрав СССР ав делан нзебретеннй н открытей (32) Приоритет—

Опубликовано30 0%74 Бюллетень № 36 (53) УД.К 621.317. .329(088.8) (45)Дата опубликования описанияХ5. I2 7 (72) Автор изобретения

В.Е.Прокофьев

Харьковский ордена Ленина политехнический институт имени В.И.Ленина (71) Заявитель (54) МОДЕЛЬ ДЛЯ ИССЛ:ЩОВАНИЯ СИСТЕМ С РАСПР2ДЕЛИТЕПЬНЯЯ

IIAPNETPAMH

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и предназначено для решения прямых и обратных задач теории поля с произвольными краевыми условиями, а также задач оптимального управления системами с распреде ленными параметрами. Й следние saдачи так же, как и задачи теории поля, описываются дифференциальны- 10 ми уравнениями в частных производных, однако являются более сложными и на обычных моделях решены быть не могут.

Известны устройства, содержа щие модель-сетку, усилители постоянного тока, лйнейные и нелинейные резисторы, которые позволяют решать задачи теории поля в линейной и нелинейной постановке. основными недостатками извест ных устройств являются необходимость ручного набора параметров модели, невозможность изменения их в процессе решения, сложность согласования работы модели с ЭЦВМ при создании гибрилных вычислителЙ

2 ных систем (1 Â(), вследствие чего сужается область применения моделей-аналогов.

Цель изобретения — построение модели-сетки с регулируемыми в функции внешнего управляющего напряжения и самого решения параметрами, применение которой позволит расширить область применения моделей-аналогов при одновременном уменьшении трудоемкости подготовки задачи к решению и автоматизации процесса набора параметров модели при использовании ее s составе ГВС.

Достигается это тем, что каждый узел модели-сетки, построенной на МОИ-транзисторах, содержит дополнительный МОП-транзистор и широтно-импульсный модулятор, вход которого соединен с выходом соответствующего усилителя постоянного тока, а выход подключен через диоды к шине нулевого потенциала и к затворам МОП-транзисторов, причем исток дополнительного ЫОП-транзистора соелинен GD входои усилителя пост Оянного Tока к р1оторому такж8 через . нелинейный резистор подкл!очена узловая "î÷êà модели= сОтки.

На фиг. ? приведена функцио=н льная схема предлагаемоф модели на фиг. 2-электрическая схема од=НОГО узлового* элемента модели=сет ки и устройства управления 88 па- (о рамBт ами. сновной частью модели явanется модель-сетка I, позволяющая моделировать Область решаемОй Задачи и предназначенная для интег= рирования дифференциальных уравнении в частных производных. Йля автоматического управления йараметРами сетки I в функции Внешнего сигнала управления или самого реше ю ния модель содержит устройство 2.

Сетку также дополняют блоки 3-?О.

Блок 3 предназначен для зада= ния начальных условий, а блок Ф— задания в граничные тачки сетки I потенциалов и токов, соответствующих граничным условйям. В случае решения прямых задач известные граничные условия форми (уются непосредственно в блоке w с помощью из-:

Ве;.-тных устройств для задания гра- 30 ничных условий. 11ри решении обратных и сопряженных задач9 а также 36 дач управления граничные условия являются искомымЙ и формируются В процессе решения задачи с помощью электроньlых блоков нахОДяшихсЯ в аналоговом вычислительнОм устройстве 5. При этом электронные блоки

В зависимости QT постановки задачи соадиня!!тся по схеме (звестных уст- -1!> ройств для решения Обратных и сап=ряженных задач 8 также зад,ч управления, В GQ((18hi случае устройствО 5 предназначено для Выполнения раз=-- @ личных математических и логических операций, вычисления производных характерйстик паля, таких, как тер-. мическое удлинение тела„. градиенть( и скорости нарастания температур, 5О взаимные перемещения отдельных деталей„ термические напряиен1(я, зквипотенциальные линии поля и т.д, С этой целью о содержит усилители постоянного тока, интеграторы, сум- ;5 маторы, множительно-делительнь!!е устройства, элементы сравнения OrpB1:((чители нел!иней !(18 прообраза=нетели, генераторы функции.

Ойнхронизирую((188 Устройство б, вь(полняя роль датчика времени» предназначено для синхронизаи(и работы всех блоков и Устройств моде.=

J(!.

АвтОматический коммутBTGp 7, автоматическое измерительное уст ройство 8 и цифра-печатающее устройство предназначены соответственно для сбора, измерения и регистрации решения задачи. Для визуального наблюдения за процессом решения, а также ручного замера получаемых результатов модель содержит индика тор IO нестационарного режима.

Основной особенностью моделисетки I является то, что в ней функции узловых резйсторов выполни ют МОИ-транзисторы, работающие в ключевом режиме и для этого управ ляемые по затвору широтно-импульсным модулированным сигналом ", вырабатываемым Устройством 2.

Сетка состоит из трехкоординат ных элементов, в каждый из которых входит по два 1(ОП-транзистора П, истоки которых соединены между собой, образуя Узловую точку модели-сетки. Между узловой точкой и нулевым потенциалом включен узловой конденсатор ?2.

Управление параметрами модели осуществляется по захвору выходным сигналом устрс!:ствз 2, каждый элеEBHT которого (см. фиг. 2) представляет cQQG(.". последовательно соелиненные Усилитель I3 1 остоянного тока и (((MpQTlio-импульсный модуляТор I4, замкнутые отрицательной об ратно" с язью, в цепи которой вклю чей дополнительный ЯО(1=транзистор

?5. Управление работой 1 .ОП-транзис торов ?? и I5 Осуществляется модулятором ?- (, выходное напряжение которого представляет собой модулированный по li(NpM118 импjj .aьсный сигнал, мплитуда которого изменяется QT нуля до максимально-ДО1!устимого для данного типа транзисторов напряжения затвор-исток. Олементы ?3,? (,I5 схемы вместе со входным резйстооом ?6 и усреднявщим конденсатором I представляют собой схему преубразования входного напряжейия О,, подаваемого на за жим ?ь, В йроъодимос.>ь g< z, перехо да сток=исток 11011-трап. (стора ?5.

Действительна, в любой интервал времени среднее значение тока„ про текающего через транзистор ?5, рав но входному току, п1!Отекаюш(ему через резистор ?6. 11ри этом среднее

31ьачение п1!Оводимости ((ерехода сток-исток транзистора I5 определяется входным напряжением Ь(,-с, подаваемым на зажим 3 8, и Равно

4 1.« Г,фЯ где Š— опор(!Ое напряжение, подаваемое на входно.1 зажим 19 00 знаком„ противополоыньм напряжению

О -х

Поскольку 10П-транзисторы Il управляются тем же импульсным нап-= яжением, w!0 и !АКОП-транзисторы го

5, то среднее значение их пр0 0димостей также равно j-, ; . Естественно, что при этом вел ч1!Ны внутi енних проводимостей транзисторов,„

I @ I5 в замкнутом состоянии должны быть равны. Последнее може( быть достигнута .(Ибо за счет тща:— тельного отбора транзисторов Но ключевым параметрам, лиоо за счет включени(1 последовательно с ними и параллельно им дополнительных резисторов для выравнивания Внут=

pBHHNx п1)ОВОдимастей транзисторов в разомкнутом и замкнутом состояНИИ. / q

В процессе решения зала«!и потенциалы узловых точек моделисетки и, следовательно, истоков

МОП-транзистароВ II изменяются ь широких пределах, однако работа= способность схемй сохраняется Во всех случаях, когда выполняется условие: U 01., !. > Ц(, где Ц вЂ” на(((рямение, при котором транзистор входит в на=. сыщение;

U„.„, †. максимально допустимое напряжение узловой тачки модели-сетки 1.

Узловой конденсатор 12 блока

I,моделируя инерционные сваиства исследуемого объекта, является однойременно так же, как и конденсатор I|, усредня(ющим для импульсно=-управляемых проводимостей модели. Для улучшения сглаживания период следования управляющих им= пульсов 0" должен бить много

M8HbI(ll постоянной времени модели, что достигается соатветствуюшим а) выбором рабочей частоты модулятора Р . о

1 аким 00р B;зом „у "1 ропот ВО позволяет в широких пределах осуществлять пз!ав:ua изменение ве.(11-чины узловых проводимостей мад;— ли-сетки пу ем изменения входя.(- 1 напряжения, подаваемаг0 на за.-.!11!

Й. "iÎ дает Возможность осу(«« .01влять на оор паря .етров модел(1 II)тем подачи соответствующих напря-жени на входя.!е зажимы модели чта мокнет оыть ocjiI!pñòúëåío л(160

ВР /ЧНУЮ, ЛПОО -ВТО !.BTÈ×ñOÊÈ.

При решении нелинейных задач параметры OeT!ill ) 01EH}. в процессе решения изменяться (10 заданным закОнам В функцi!и ()ОлучаемОГО рс.— ше(зия К модели зто достигается за арчеi Включения между узловой точыаи модиlи-сетк 1 I и ВхОДОм усиди"еля 13 нелинейного сопротивле((1!я Ж с т(еб емой Вольт=амперНОЙ Харантер(«СТИ1 Ой =,«),ИОД!« 1 ИС пал ьз, ()тс я Б модели для п1зедат ВраЩенl!я llp000H «1()П-T1)анзисTOp H il слу чаG (lоявлений Обрыьа в пепи уп()дв,li е пи я, !

1(Р Ы!) Е1 <1.!01ç! Е 1 ЕЫ11-1 модель для исследоыния cucTем 0 ра пред)елен нl!М11 ()арамет1)ыми, сад;,!.:. Bщая сетку на !«ЫП-трап:..1(сторВ истоки которых соединены между сооОЙ и подключены через !001 ветствующие конденсаторы к ш1!Не

НУ)!Е)ОГО ПатЕНЦ!(аЛа, ДИаДЫ, РЕЗИСторы и усилиi åëè пастGH!Iíîiî тока, ВХОДЫ «ОтарЫХ ПОДКЛ!ЮЧЕНЫ К В. ;адHI=)M Р "= (iåò0!Ðà(«, УСРЕД ЯЮШИм HOI!(i,t:

Сато1аМ И ЧЕРЕЗ НЕЛИНЕйп(ЗЕ рЕЗИСторы = к соотвеi ствующим зл!)(:« сетки, отличающаяся тем, что, с

ЦЕ1!ьм РаСШИРЕНИЯ ООЛаСТЙ ПР111,« не(,.

0НВ содержит в ка)едом узле сетки дополнительный М!1И=-транзистор и «1: ротHo-импульсный модулятор, вход которого соединен с выходом с(.от ве(ствующего усилителя постояппо-г0 Tol .а, а выход присоединен чер;:.. диоды к шипе нулевого потенциала и затворам МОП-TpBHBNQTop03, при (е( исток дополнительного МО(1- трапзис тара соединен са входом yc*,èëèT()!H

ПОСfi)HHHf!10 тОНа.

445048! .Ока ахи! ли Ц Ц яК()ф 13ц ! "и" A. Збарсеий

11, д Д, l «1>am 62ф

Е.Дайч

11oвииеиое

Ill llllll 111 1, у. а1с винно о ковригеia Coaei а Минн, i!,;ia Л Л ио и . ач а.:ooðeãeíèé и 0!Kpt i .й

Мо,.кьа, 111И35, Рауш.кая иаб, 4

l li: i1:aÿ! ие I larvi» Ио;киа l 59, 5:-реккковскав няб . р4