Устройство для моделирования ограничительной характеристики

Устройство для моделирования ограничительной характеристики

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советск и«

Сециалмстичесиик

Республик

О П И С А Н И Е (97645з

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. сеид-ву

4 (22) Заявлено 12. 03. 81 (21) 3301641/18-24 (51)M. Кд.

G 06 0 7/25 с присоединением заявки М (23) ПриоритетIlIcfAbpcI68INhlll кемнтет

СССР ае делам «зобретеннй н открыт«Я

Опубликовано 23,11.82. Бюллетень М 43

Дата опубликования описания 23. 11.82 (53) УДК 681 ° 333 (088.8) I (72) Автор изобретения

Л. К. Александров (7l) заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НОдЕЛИРОВАНИя

ОГРАНИЧИТЕЛЪНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Изобретенйе относится к аналоговой вычислительной технике, автоматике, телемеханике, измерительной технике и тепловозостроению, а именно к устройствам для моделирования ограничительной характеристики, Изобретение может быть использовано при исследовании и расчете систем, содержащих устройство, ограничивающее выходной сигнал устройства с перемен- 1о ным ограничением в автоматике, телемеханике, измерительной технике и тепловоэостроении, а также для демонстрационных целей в учебном процессе. Устройство может быть использовано, например, для моделирования "узла касания" колесной пары локомотива с рельсом.

Известно устройство для моделирования ограничительной характеристики, 20 содержащее усилитель, соединенный с цепью обратной связи усилителя, в которую включены ограничитель и четырех диодный мостовой элемент, выход усилителя непосредственнс подключен к выходу устройства, вход усилителя со.единен с входом устройства через входное сопротивление усилителя и сумматор (1).

Однако в известном устройстве количество связей, соединяющих вход устройства с его выходом, уменьшено, действие цепи обратной связи усилителя и действие ограничителя ухудшено. Это ухудшает передачу информации и энергии входного сигнала на выход устройства. В устройстве вход устройства соединен с выходом устройства через сум-, матор, который соединен с входом усилителя, а в цепь обратной связи усилителя включен четырехдиодный мостовой элемент. Это ухудшает действие цепи обратной связи усилителя и передачу информации и энергии входного сигнала на выход устройства.

Наиболее близким. техническим решением к предлагаемому является устройство для моделирования ограничитель. 97645

35 ной характеристики, содержащее блок ограничения, состоящий иэ двух диодов и четырех резисторов, и операционный усилитель, вход которого подключен к аноду первого .и катоду второго диода блока ограничения, через входной резистор - к входу устройства и через . резистор обратной связи - с выходу операционного усилителя, выход которого является выходом устройства и сое- 10 . динен через первый резистор блока ограничения с катодом первого диода блока ограничения и через второй резистор блока ограничения - с анодом второго диода блока ограничения, первый 15 управляющий вход блока ограничения че- рез третий резистор соединен с катодом первого диода, второй управляю- щий вход блока ограничения через четвертый резистор соединен с анодом вто-20 рого диода, причем управляющие входы блока ограничения подключены к входу устройства Г 2 3.

В этом устрой стве умен ьшено количество связей, соединяющих вход, уст- 25 ройства с выходом устройства, т. е. ухудшено действие цепи обратной свя.зи усилителя и действие ограничителя > е что ухудшает передачу информации и энергии входного сигнала на выход уст-Зо ройства.. Поэтому данное устройство имеет пониженные быстродействие, точность и суженные функциональные возможности.

Цель изобретения - повышение точности моделирования, Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок or40 раничения, состоящий из двух диодов и четырех резисторов, и операционный усилитель, вход которого подключен к аноду первого и катоду второго диода блока ограничения, через входной резистор - к входу устройства и через резистор обратной связи - к выходу операционного усилителя, выход которого является выходом устройства и соединен через, первый масштабирующий резистор блока ограничения с катодом первого диода блока ограничения и через второй масштабирующий резистор блока ограничения — с анодом второго ограничительного диода блока ограничения, первый управляющий вход блока ограничения через третий масштабирующий резистор соединен с катодом перво-. го ограничительного диода, второй уп3 ф равляющий вход блока ограничения через четвертый масштабирующий резистор соединен с анодом второго ограничительного диода, введены первый и второй блоки управления, выходы которых подключены соответственно к первому и второму управляющим входам блока ограничения, вход первого и второго блоков управления соединены с входом устройства, причем каждый блок управления содержит два функциональных преобразователя, дифференцирующее звено и сумматор, выход которого является выходом блока, вход которого подключен к входу первого функционального преобразователя и через дифференцирующее звено - к входу второго функционального преобразователя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для моделирования ограничительной характеристики; на фиг. 2 - график зависимости выходного сигнала устройства от входного сигнала устройства; на фиг. 3 — структурная схема первого блока управления (блок управления нижним ограниче- нием устройства); на фиг. 4 — график зависимости выходного сигнала первого функционального преобразрвателя первого блока управления от входного сигнала; на фиг. - график зависимости выходного сигнала второго функционального преобразователя первого блока управления от входного сигнала; на фиг. 6 — структурная схема второго блока управления (бло управления верхним ограничением устройства); на фиг. 7 — график зависимости выходного сигнала первого функционального преобразователя второго блока управления от входного сигнала; на фиг. 8— график зависимости выходного сигнала второго функционального преобразователя второго блока управления от входного сигнала; на фиг. 9 - график зависимости выходного сигнала первого блока управления (управление нижним ограничением); на фиг, 10 - график зависимости выходного сигнала второго блока управления (управление верхним ограничением).

Устройство содержит (фиг. ) операционный усилитель 1, цепь 2 обратной связи усилителя, состоящую иэ бло- .

5 9764 ка 3 ограничения и резистора 4, выход . вход 6, входной резистор 7, первый блок 8 управления, второй блок

9 управления. Блок ограничения 3 содержит резисторы 10-13 и диоды 14 и S

Первый блок 8 управления (фиг. 3) содержит первый функциональный преобразователь 16 с выходом 17, подключенным к первому входу сумматора 18 с вы-1© ходом 19, второй вход 20 которого подключен к выходу второго функционального преобразователя 21, вход 22 которого через дифференцируюшее звено

23 подключен к входу 6 устройства.

Второй блок 9 управления (фиг. 6) содержит первый функциональный преобразователь 24 с выходом 25, подключенным к первому входу сумматора 26 с выходом 27, второй вход 28 которого со- 20 единен с выходом второго функционального преобразователя 29, выход 30 которого через дифференцирующее звено

31„ подключен к входу 6 устройства.

2S

Устройство работает следующим о6разом.

При положительном по значению входном сигнале х „ (фиг. 2) устройства, увеличивающемся по абсолютной величи- 30 не и меньшем или равном по абсолютнои величине сигналу х„ начала ограничения, с выхода блока 8 на первый управляющий вход блока 3 поступает сигнал L< (фиг. 9). С выхода блока 9 на второй управляющий вход блока 3 поступает отрицательный сигнал L<<, пропорциональный заданной величине -1 С (фиг. 10). Сигнал на выходе 5 усилителя 1 пропорционален по величине входному сигналу в результате действия сигнала с выхода 5 усилителя 1 на вход усилителя 1 и через резистор 4 и через блок 3 .

Положительный сигнал „„ через ре- as зистор 12 поступает на катод диода 14, поэтому диод 14 закрыт. Отрицательный сигнал L поступает через резистор 13 на анод диода 15, поэтому и диод 15 тоже закрыт. Отрицательный сигнал с выхода 5 усилителя 1 поступает на вхо-ды блока. 3 и на резистор 4. С второго входа блока 3 отрицательный по значе. нию сигнал поступает на анод диода 15 через резистср 11, поэтому диод 15 своего состояния не изменяет, т. е. он закрыт.

С первого входа блока 3 отрицательный сигнал поступает на катод диода

53 6

14 через резистор 13. При превышении по абсолютной величине отрицательным сигналом на выходе 5 усилителя 1 величины, пропорциональной входному сигналу, диод 14 открывается и сигнал на выходе 5 усилителя 1 принимает вегичину, пропорциональную входному сигналу.

При положительном входном сигнале х, увеличивающемся по абсолютной в величине и большем по абсолютной величине сигнала х1> начала ограничения, с выхода первого блока 8 поступает положительный по значению сигнал 1„ (фиг. 9), который зависит от входного сигнала первого элемента управления и пропорционален ограничению выходного сигнала устройства и ошибке ограниче- ния В, обусловленной действием сопротивления блока 3 при ограничении выходного сигнала устройства. С выхода блока 9 поступает при этом отрицательный сигнал (.2 (фиг. 10).

Положительный сигнал L„, пропорциональный по величине ограничению выходного сигнала устройства и ошибке ограничения В выходного сигнала устройства, поступает с первого управляющего входа блока 3 на катод диода 14 через сопротивление 12, поэтому диод

14 закрыт. Отрицательный сигнал L< пропорциональный заданной величине (-14 ),, поступает с второго управляю4С щего входа блока 3 на анод диода 15 через сопротивление R, поэтому диод

15 закрыт. С входа 6 устройства входной сигнал передается на выход 5 усилителя 1. С выхода 5 усилителя 1 отрицательный сигнал поступает на вход усилителя 1.через резистор 4, и отри цательный сигнал на выходе 5 усилителя 1 стремится "принять" величину, пропорциональную входному сигналу, Отрицательный сигнал с выхода 5 усилителя 1 поступает на входы блока 3. С второго входа блока 3 отрицательный сигнал поступает на анод диода 15, поэтому диод 15 закрыт. С первого входа блока 3 отрицательный сигнал поступает на катод диода 14. При превышении по абсолютной величине отрицательным сигналом на выходе 5 усилителя 1 величины, пропорциональной ограничению выходного сигнала устройства, ди.од 14 открывается, и сигнал на выходе

5 усилителя 1 принимает величину, пропорциональную ограничению сигнала устройства. При этом ограничение выход976453 ного сигнала устройства зависит по величине от сигнала L u

При положительном входном сигнале

Х, большем по абсолютной величине сйгнала Х н начала ограничения, отри- 5 дательный выходной сигнал устроиства увеличивается по абсолютной величине на величину ошибки ограничения,8 где Rtgp — сопротивление цепи 2 обратной связи усилителя 1, в которую включен ограничитель 3; х - входной сигнал "мнимого"

При этом в результате действия сигнала с входа 6 устройства на вход перcoro блока 8 управления с его выхода

9 поступает положительный сигнал, который уменьшен по абсолютной величине от сигнала ограничения L „ на величин„ пропорциональную ошибке ограни- чения В. Поэтому диод 14 открывается и сигнал на выходе устройства уменьшается по абсолютной величине на величину ошибки ограничения В. Это устраняет ошибку ограничения В выходного сигнала устройства, обусловленного действием сопротивления блока 3.

При положительном по значению входном сигнале х „, уменьшающемся по абсолютной величине и большем по абсо-лютнои величине сигнала х„, окончания

35 ограничения (фиг. 2), дейстквяе устрой" ства аналогично действию устройства при положительном по значению входном сигнале х, увеличивающемся по абсолютной величине и большем по абсолютной величине сигнала х„ начала ограничения.

При положительном по значению входном сигнале хв, уменьшающемся по абсолютной величине и меньшем или рав45 ном по абсолютной величине сигналу х окончания ограничения, действие устройства аналогично действию устройства при положительном входном сигнале, увеличивающемся по абсолютной величи- 5 не и меньшем или. равном по абсолютной величине сигналу х1 начала ограничения.

При отрицательном по значению вход55 ном сигнале действие устройства аналогично описанному ранее действию устройства при положительном по значению входном сигнале.

Первый блок 8 управления (фиг. 3) работает следующим образом.

При положительном входном сигнале х „, меньшем или равном по абсолютной величине сигналу х„ начала ограничения, с выхода 17 на первый вход сумматора 18 поступает положительный сигнал 1, пропорциональный по величине входному сигналу (1, =х -tg4, При входном сигнале х „ начала or1Н раничения, пропорциональном величине

Н, сигнал 1„g на> выходе 17 пропорционален величине Н. При положительном входном сигнале х „, большем по абсолютной величине сйгнала х„„ начала ограничения, с выхода 17 поступает положительный сигнал 1„, пропорциональный ограничению выходного сигнала устройства и ошибке ограничения В выходного сигнала устройства, обусловленной действием сопротивления блока 3

1„g = Г(х; В) где В - ошибка ограничения выходного сигнала устройства.

В = (Мех-У о) -t-gp< где - угол ошибки ограничения вы.1 ходного сигнала устройства, вносимой сопротивлением цепи 2 обретной связи усилителя 1; и сигнал мнимого начала ограничения.

При отрицательном по значению или равном нулю входном сигнале х „ с выхода 17 поступает. сигнал 1„, равный нулю. При увеличивающемся входном сигнале устройства с выхода 20 поступает сигнал 1 „, равный нулю. При.уменьшающемся входном сигнале устройства с выхода 20 поступает положительный по значению сигнал 1, имеющий заданную величину 1 с„. Сигнал 1 g пропорционален прибавке ограничения 1 < р и ошибке ограничения Д1Я, =/(х„„ -х„ ) йу f. В результате сложения 1 и 1 л на сумматоре 18 получаем L< (фиг. 9) .

Блок 9 управления (фиг. 6) функционирует аналогичным образом.

В результате соединения управляющих входов блока ограничения с входом устройства через блоки управленйя образуется дополнительный второй канал передачи входного сигнала на выход устройства, что улучшает передачу информации и энергии входного сигнала на выход устройства. Причем на.управляющие входы блока ограничения поступает сигнал с выходов блоков

976

Формула изобретения управления, несущий информацию î величине входного сигнала устройства, о "направлении" изменения входного сигнала устройства и об ошибке ограничения,,которая возникает в резуль-, 5 тате действия сопротивления блока ограничения °

Устройство для моделирования ограничительной характеристики, содержа-. щее блок ограничения, состояирй из .двух ограничительных диодов и четырех масштабирующих резисторов, и операционный усилитель, вход которого подключен к аноду первого и катоду второго ограничительных диодов блока ограничения, через входной резистор - rc ® входу устройства и через резистор обратной связи - к выходу операционного усилителя, выход которого является выходом устройства и соединен через первый масштабирующий резистор блока ог- раничения с катодом первого ограничительного диода блока ограничения и через второй масштабирующий резистор блока ограничения - с анодом второго. ограничительного диодо блока огра ниче- 30 ния, первый. управляющий вход блока ограничения через третий масштабирующий резистор соединен с катодом первого ограничительного диода, второй управ- .

453 10 ляющий вход. блока ограничения через четвертый масштабирующий резистор соединен с анодом второго ограничительного диода, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены первый и второй блоки управления, выходы которых подключены соответственно к первому и второму управляющим входам блока ограничения, вход первого и второго блоков управления соединены с входом устройства, причем каждый блок уп- . равления содержит два функциональных преобразователя, дифференцирующее звено и сумматор, выход которого является выходом блока, вход которого подключен g входу первого функционального преобразователя и через дифференцирующее звено - к входу второго функционального преобразователя, выход которого соединен с первым входом сумма.тора, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя.

Источники .информации, принятые во внимание при экспертизе . 1. Тетельбаум Н. M. и Шнейдер Ю;.Р.

400 схем для АВМ. М., "Энергия", 1978., .с 75.

2. Коган Б. Я. Электронные моделирующие устройства и их применения для исследования систем автоматического регулирования. M., 1963, с. 383 (прототип).

976453

Составитель А. Яицков

Редактор Т. Кугрышева Техред А.Бабинец Корректор Б. Рошко

Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 9005/76

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