Устройство для решения нелинейныхзадач статического магнитногополя

Устройство для решения нелинейныхзадач статического магнитногополя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

pij842857

К АВТОРСКОМУ СВ ВИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 11Р7,79 (21) 2796273/18-24 (51)М. Кл с присоединением заявки М

G 06 G 7/46

Государственный комитет ссср по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30р681 Бюллетень Н9 24

Дата опубликования описания 300681 (53) УДК 681. 333 (088. 8) (72) Авторы изобретения

A. A. Мандрыченко и В. Е. Прокофьев

Изобретение относится к аналоговой и гибридной вычислительной технике и используется при моделировании статистического магнитного поля в ферромагнитной среде.

Электрическое моделирование физических полей представляет собой дискретную замену моделируемой области электрической цепью с сосредоточенными параметрами, модель получается в виде электрической сетки.

Моделирование статического магнитного поля на электрической сетке сводится к моделированию нелинейного уравнения второго порядка в частных производных где Ь вЂ” магнитная проницаемость, которая зависит не только от координат х, у, но и от потенциала Чм и частных производных- „", ф-"-. Нелинейные свойства ферромагнйтной среды выражаются основной кривой намагничивания B(H).или зависимостью магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля,И(Н), которая принимается заданной. Для электрической сетки с равномерным шагом Ь х ь у по зависимости,Ь.(Н) может быть полу-. чена зависимость g(u) для отдельной

5 дискретной и и электрической сетки, где U = du+ U> °

Однако непосредственное использование нелинейных проводимостей с за" висимостью 9(U) не представляется возможным, так как в сушествуняцих сеточных моделях можно обеспечить зависймости вида

9к f (Ы1Х) дт f (buy)

Это йесоответствие можно исключить, 15 если в качестве базового элемента; дискретно-аналоговой сеточной модели применить широтно-импульсную управляющую проводимость с зависимостями вида

20 я gg f (U), где g ьОГ+ ф

В случае кусочно-линейной аппроксимации характеристики g(u) с достаточной точностью ее можно представить участками прямых д,дн +Ьн„0, или

25 для элементов сеточной модели д

9 дн+ н "°

Известно.;устройство для моделирования нелинейных задач, содержахцее. сеточный интегратор, генератор на30 пряжения специальной йормы P1) .

842857

Однако оно не применимо при моде-. лировании статического магнитного поля.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для моделирования объектов с распределенными параметрами, содержащее сеточную модель, каждая дискретная ячейка которой содержит первую и вторую пару управляемых проводимос тей, генератор напряжения специальной формы и схему сравнения, которое позволяет моделировать линейные и нелинейные объекты управления с распределенными параметрами (2) .

Недостатком указанного устройства явдяется низкая точность.

Цель изобретения — повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее сеточную модель и генератор напряжения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, введены элемент

ИЛИ, блоки вычитания, функциональный преобразователь и блок формирования временных интервалов, выход которого подключен к первому входу элемента

ИЛИ, а его выход соединен с управляющими входами управляемых резисторов сеточной модели, узловые точки которой подключены соответственно ко входам блоков вычитания, их выходы соединены со входами функционального преобразователя, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения, его выход соединен cb вторым входом элемента ИЛИ.

Кроме того, функциональный преобра зователь содержит элементы сравнения, блок задания нелинейности, управляемые резисторы, масштабные резисторы, дифференциальный усилитель, широтноимпульсный. модулятор и генератор пилообразного напряжения, выход которого через блок задания нелинейности соединен с первыми входами широтноимпульсного модулятора и элементов сравнения, вторые входы элементов сравнения являются входами функционального преобразователя, выходы эле ментов сравнения подключены к управляющим входам соответственно первого и второго управляемых резисторов, од ни выводы которых объединены и соеди иены с шиной нулевого потенциала и череа последовательно соединенные масштабные резисторы — с источником постоянного напряжения, подключенным черй -третий управляемый резистор к другим выводам первого и второго управляемых резисторов и к первому входу дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с общим выводом масштабных резисторов, выход дифференциального усилителя яв ляется выходом функционального пре,образователя и подключен ко второму входу широтно-импульсного модуляеюра выход которого соединен с управ. ляющим входом третьего управляемого резистора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 схема функционального преобразования .

Устройство содержит сеточную модель 1, к каждому узлу которой подключены первая и вторая пара управляемых резисторов 2,3 и конденсатор

4. Узел 5 управления параметрами сеточной модели 1 состоит иэ вычитающих блоков б, 7, функционального преобразователя 8, блока 9 сравнения, 1элемента ИЛИ 10. Кроме того, устрой15 ство содержит генератор напряжения специальной формы 11 и блок 12 формирования временных интервалов.

Функциональный преобразователь 8 содержит масштабные резисторы 13, 14, Qp у п р а в л я е м ые р е з и с т о р ы 1155, 16, 17, шину 18 источника постоянного напряжения и шину 19 нулевого потенциала, диффе ренциаль ный удили тель 2 О, широтно-импульсный модулятор 21, генератор 22 пилообразного напряжения, блок 23 задания нелинейности и элементы 24, 25 сравнения.

Устройство работает следующим образом.

3Q Среднее значение величины резисторов 2, 3, в качестве которых используются широтно-импульсные управляемые проводимости, представляющие собой цепочку иэ последовательно

З5 соединенных постоянного резистора и ключевого элемента, определяется относительной длительностью импульсов прямоугольного напряжения, подаваемых на ключевой элемент. Для формирования этого напряжения использован специальный узел* 5 управления параметрами сеточной модели 1, представляющий собой вычислительное устройство,вырабатывающее напряжение, относительная длительность импуль45 сов которого соответственно определяется величинами выходных напряжений дискретной ячейки сеточной модели 1 и формой развертывающегося напряжения, вырабатываемого генератором

$p напряжения специальной формы 10, Форма этого напряжения определяется характером нелинейных свойств модели руемой среды и в рассматриваемом случае ферромагнитной среды оно равно

U4,(t) - 8„ t; nT t (n+1)T

Напряжение с отдельной дискретной ячейки сеточной модели 1 поступает на блоки б, 7. На их выходах формируются напряжения h UgU О и Uy

0 -04 которые подаются на функциое0 нальный преобразователь 8. В качестве функционального преобразователя используется мостовое вычислительное устройство. Полученные напряжения поступают на элементы 24, 25 сравнения, 4 куда также с блока 23 подается раэ842857 вертывающее напряжение вида 0 „(Е)

=А 0 . На выходе элементов 24, 25 формируются прямоугольные импульсы, отнОсительная длительность которых соответственно пропорциональна квадратам входных величин. Эти импульсы пожение разбаланса, которое усиливается дифференциальным усилителем 20 и поступает на широтно-импульсный модулятор 21, куда также с выхода блока 23 задания нелинейности поступает

30 развертывающее напряжение, пропорциональное корню xâàäðàòíoìó из напряжения генератора 22 пилообразного напряжения, равного 0„, †. На выходе

+ широтно-импульсного модулятора образуются прямоугбльные импульсы, которые поступают на управляющий вход управляемого резистора 17, проводимость которого изменится так, что приведет мостовую схему в состояние равновесия. Мостовая схема в этом случае представляет собой замкнутую систему регулирования, питание которой осуществляется источником постоянного напряжения через шины 18, 19.

3S

В уравновешенном состоянии выход,ное напряжение дифференциального уси лителя оказывается авным

U = au + Ь0, х

50 и в виде постоянного напряжения поступает на блок сравнения 9 (компа-, ратор), куда также с генератора напряжения специальной форьы 11 поступает развертывающее напряжение специальной формы 04,(t). Момент включения блока 9 сравнения, который используется в качестве широтно-импульсного модулятора, определяется из условия Uy(t ) = U(tg), из которого следует, что относйтельная длительность б0 прямоугольных импульсов равна

Тп 0 в Т

Полученный сигнал поступает на первый вход элемента ИЛИ 10, куда также б5 даются на управляемые резисторы 15, 5

16 электрического моста так, что среднее значение их проводимости оказывается пропорционально относительной длительности прямоугольных импульсов. Поскольку управляеьие резисторы 15, 16 включены параллельно,, то их общая эквивалентная проводимость будет пропорциональна сумме относительных длительностей, или сумме квадратов входных величин.

- Управляемые 15-17 и масштабные 13, 14 резисторы включены так, что в целом мост выполняет математическую операцию сложения квадратов входных напряжений bUy и U> При изменении щ одного из напряжений 60> или д 0у изменяется относительная длительность прямоугольных импульсов, что влечет за собой изменение проводимости плеч моста и нарушает его ба» лансное состояние. При этом в диагонали мостовой схемы появится напряс блока формирования временных интервалов 12 подаются прямоугольные импульсы с относительной длительностью характеризующие начальное значенйе узловой проводимости.

На выходе элемента ИЛИ образуются прямоугольные импульсы, относительная длительность которых равна

7TH++xI.™+ —.

Полученные управляющие прямоугольные импульсы подаются на управляющие входы управляемых резисторов 2, 3 сеточной модели 1, величина которых равна = 4= н k В„1- %=%и+ н"

Конденсатор 4 выполняет роль усредняющей емкости.

Получение управляющих сигналов время-импульсного типа позволяет производить непрерывное изменение в процессе решения задачи величин узловых проводимостей дискретных ячеек сеточной модели в функции ее напряжений и нелинейных свойств моделируемой среды, что расширяет класс решаемых задач, а также повышает точность.

Формула изобретения

1. Устройство для решения нелинейных задач статического магнитного поля, содержащее сеточную модель и ге" нератор напряжения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в устройство введены элемент ИЛИ, блоки вычитания, функциональный преобразователь и блок формирования вре.менных интервалов, выход которого подключен к первому входу элемента

ИЛИ, выход которого соединен с управляющими входами управляеьых резисторов сеточной модели, узловые точки которой подключены соответственно ко входам блоков вычитания, выходы которых соединены со входами функционального преобразователя, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения, выход которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что функциональный преобразователь содержит элементы сравнения, блок задания нелинейности, управляеьые резисторы, масштабные резисторы, дифференциальный усилитель, широтно-импульсный модулятор и генератор пилообразного напряжения, выход которого через блок задания нелинейности соединен с первыми входами широтно-импульсного модулятора и элементов сравнения, вто842857

10 фиг, 1 рые входы элементов сравнения являются входами функционального преобразователя, выходы элементов сравнения подключены к управляющим входам соответственно первого и второго управляемых резисторов, одни выводы которых объединены и соединены с шиной нулевого потенциала и через последовательно соединенные масштабные резисторы — с источником постоянного напряжения, подключенным через третий управляемай резистор к другим выводам первого и второго управляемых резисторов и к первому входу дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с общим выводом масштабных резисторов, выход дифференциального усилителя является выходом функционального преобразователя и подключен ко второму входу широтно-импульсного модулятора, выход которого соединен с управляющим входом третьего управляемого резистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 481043, кл. G 06 G 7/46, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

9 466518, кл. G 06 G 7/48, 1973 (прототип).

642557

Составитель И. Загорбинина

Редактор A. Власенко Техред А.Бабинец КорректорM. l6apotm

Заказ 5105/63 Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4