УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ГИСТЕРЕЗИСНЫХ ФУНКЦИЙ Российский патент 2000 года по МПК G06G7/25 G06G7/48 

Изобретение относится к области автоматики и аналоговой вычислительной техники и может быть использовано, например, для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств регулирования и управления.

Известны реляторные устройства для воспроизведения гистерезисных функций (см., например, а.с. 1388907, 1354215, 1288723). Известные устройства обладают ограниченными функциональными возможностями, так как не воспроизводят функции отрицательного гистерезиса.

Наиболее близким к предлагаемому схемному решению является устройство для воспроизведения гистерезисных функций (а.с. 1336050, МКИ G 06 G 7/25. Устройство для воспроизведения гистерезисных функций /Л.И.Волгин, А.И.Зарукин. Опубл. 07.09.87, Бюл. N 33), включающее двухканальный аналоговый релейный элемент, выполненный в виде компаратора, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго переключателей, подсоединенных выходами соответственно к первому и второму выходам устройства, один из входов компаратора соединен с выходом первого переключателя, а другой вход является информационным входом устройства, информационные входы первого и второго переключателей являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами задающих напряжений устройства, и принятое за прототип.

Недостаток прототипа - ограниченные функциональные возможности.

Технический результат изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет расширения типов воспроизводимых гистерезисных функций и уменьшение аппаратурных затрат за счет уменьшения числа переключателей.

Технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем первый и второй реляторы, каждый из которых состоит из двухпозиционного переключателя и компаратора, инвертирующий вход и выход компаратора в каждом реляторе присоединены соответственно к информационному входу устройства и к управляющему входу переключателя того же релятора, особенность заключается в том, что первый релятор выполнен в виде гистеронного релятора, выход компаратора которого соединен через резистор обратной связи с его неинвертирующим входом, который через входной резистор соединен с источником опорного напряжения устройства, выходной вывод первого релятора соединен с неинвертирующим входом компаратора второго релятора, выходы первого и второго реляторов являются соответственно первым и вторым выходами устройства, входные выводы переключателей первого и второго реляторов являются переключательными входами устройства, причем на входные выводы переключателя первого релятора подаются задающие напряжения, определяющие точки разрыва, а на входные выводы переключателя второго релятора подаются напряжения, задающие верхний и нижний уровни воспроизводимых гистерезисных функций.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признаками заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "Новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которой установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности и пр.);
- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;
- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения представлена на чертежах, где на фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема устройства для воспроизведения гистерезисных функций; на фиг. 2 - фиг. 7 приведены примеры функций воспроизводимых устройством при значениях опорных напряжений.

Устройство содержит релятор 1, выполненный в виде гистеронного релятора, состоящий из компаратора напряжения K1, в котором неинвертирующий вход соединен через резистор R1 с выходом компаратора, а через резистор R2 неинвертирующий вход соединен с опорным напряжением U_оп, инвертирующий вход компаратора K1 соединен со входом x устройства, выход компаратора K1 соединен с управляющим входом двухпозиционного переключателя S1 (см. фиг. 1). Входные выводы переключателя S1 соединены с источниками задающих напряжений x₁ и x₂. Выходной вывод переключателя S1 является первым выходом устройства для воспроизведения гистерезисных функций z₁ и соединен с неинвертирующим входом компаратора K2, образующим вместе с двухпозиционным переключателем S2 релятор 2. Инвертирующий вход компаратора K2 соединен со входом x, выход компаратора K2 соединен с управляющим входом двухпозиционного переключателя S2. Входные выводы переключателя S2 соединены с источниками задающих напряжений y₁ и y₂, выходной вывод переключателя S2 является вторым выходом z₂ устройства для воспроизведения гистерезисных функций.

На фиг. 2 представлены эпюры напряжений при x₁ < U₁ < U₂ < x₂. В этом случае на выходе z₂ воспроизводится функция положительного гистерезиса с дополнительными точками разрыва x₁, x₂.

На фиг. 3 представлены эпюры напряжений при U₁ < x₁ < x₂ < U₂. В этом случае на выходе z₂ воспроизводится функция отрицательного гистерезиса. Ширина петли гистерезиса Δx = x₂ - x₁ определяется значениями задающих напряжений x₁ и x₂.

На фиг. 4 представлены эпюры напряжений при x₂ < U₁ < U₂ < x₁. В этом случае на выходе z₂ воспроизводится функция положительного гистерезиса с шириной петли гистерезиса ΔU = U₂-U₁, определяемой значениями U₁ и U₂.

На фиг. 5 представлены эпюры напряжений при U₁ < x₂ < x₁ < U₂. В этом случае на выходе z₂ воспроизводится функция положительного гистерезиса с шириной петли гистерезиса Δx = x₁ - x₂, определяемой значениями x₁ и x₂.

На фиг. 6 представлен график гистерезисной функции с наклонным участком характеристики, воспроизводимой на выходе z₂, при соединении входа x и y₁ и при U₁ < x₁ < x₂ < U₂.

На фиг. 7 представлен график гистерезисной функции с наклонным участком характеристики, воспроизводимой на выходе z₂, при соединении входа x и y₁ и при U₁ < x₂ < x₁ < U₂.

Работа устройства для воспроизведения гистерезисных функций осуществляется следующим образом. Информационный сигнал x подается на инвертирующие входы компараторов K1 и K2. Компаратор K1 (см. фиг. 1) за счет положительной обратной связи, введенной с помощью делителя напряжения на резисторах R1 и R2, воспроизводит гистерезисную функцию с верхним уровнем напряжения, равным логической единице U_вых ¹, с нижним уровнем напряжения, равным уровню логического нуля U_вых ⁰. Уровень входного напряжения, при котором происходит переключение уровня выходного напряжения компаратора из низкого в высокий, определяется выражением

а формула для входного напряжения, необходимого для переключения из высокого уровня в низкий, записывается в виде

Ширина петли гистерезиса ΔU_г задается выражением

где U_вых ⁰ и U_вых ¹ есть соответственно нижний и верхний уровни напряжения на выходе первого компаратора.

При уровне логической единицы U_вых ¹ на выходе компаратора K1 ключ S1 находится в верхнем по схеме положении и z₁ = x₁, при логическом нуле U_вых ⁰ на выходе компаратора ключ S1 находится в нижнем по схеме положении z₁ = x₂.

Таким образом на выходе z₁ воспроизводится функция положительного гистерезиса с шириной петли гистерезиса, равной

Выход z₁ соединен с неинвертирующим входом компаратора K2, а инвертирующий вход компаратора K2 соединен со входом x устройства.

Выход компаратора K2 управляет состоянием ключа S2. При z₁ < x на выходе K2 устанавливается уровень логического нуля и ключ S2 находится в нижнем по схеме положении и выход z₂ = y₂, при z₁ > x на выходе K2 - уровень логической единицы и ключ S2 находится в верхнем по схеме положении и выход z₂ = y₁.

Функциональные возможности расширяются за счет использования вместо опорного напряжения дополнительного информационного сигнала x₀ (U_оп = x₀).

В предложенном схемном решении используются только два переключателя (в прототипе используются три переключателя). Предложенное устройство воспроизводит все функции прототипа и дополнительно еще ряд сопутствующих гистерезисных функций.

Изобретение относится к области автоматики и аналоговой вычислительной техники и может быть использовано, например, для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств регулирования и управления. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства за счет расширения типов воспроизводимых гистерезисных функций и уменьшении аппаратурных затрат за счет уменьшения числа переключателей. Технический результат достигается за счет того, что в устройстве, содержащем первый и второй реляторы, каждый из которых состоит из двухпозиционного переключателя и компаратора, первый релятор выполнен в виде гистеронного релятора, выход компаратора которого соединен через резистор обратной связи с его неинвертирующим входом. 7 ил.

Устройство для воспроизведения гистерезисных функций, содержащее первый и второй реляторы, каждый из которых состоит из двухпозиционного переключателя и компаратора, инвертирующий вход и выход компаратора в каждом реляторе присоединены соответственно к информационному входу устройства и управляющему входу переключателя того же релятора, отличающееся тем, что первый релятор выполнен в виде гистеронного релятора, выход компаратора которого соединен через резистор обратной связи с его неинвертирующим входом, который через входной резистор соединен с источником опорного напряжения устройства, выходной вывод переключателя первого релятора соединен с неинвертирующим входом компаратора второго релятора, первый и второй входные выводы переключателей обоих реляторов соединены с источниками задающих напряжений, причем выходные выводы переключателей первого и второго реляторов являются соответственно первым и вторым выходами устройства.