Устройство для моделирования нелинейной характеристики индуктивного элемента Советский патент 1983 года по МПК G06G7/48 

Изобретение относится к аналого вой вычислительной технике и может быть использовано для моделировани переходных процессов в электрически цепях, содержащих линейные и нелинейные индуктивные элементы, а такж в электроинтеграторах для решения нелинейных залач теории поля. Известно устройство для моделиро вания нелинейной характеристики индуктивности, содержёицее набор разли ного вида индуктивностей и ключевых элементов, коммутируквдих концы кату шек в соответствии с функциональны назначением устройства l . Недостаток данного устройства низкая точность моделирования. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее первую и вто рую индуктивности, ключи, ограничительные резисторы и блок управления 2 . Нелинейная характеристика индуктиЬного элемента моделируется путем переключения количества катушек индуктивности, соединенных с ис точником входного напряжения. При этом входной ток ( i,,) описывается уравнением . dxr -+ (1) dt для случая, когда обе катушки индук тивности подключены к источнику входного напряжения, и dip Lojftn, e для случая, когда подключена одна катушка. Эквивалентная индуктивность для первого случая равна . иэ,) (3 для второго случая 1 I b,i .-р. Из равенств (3) и (4) видно, что эквивалентная индуктивность в общем случае не равна суммарной величине индуктивностей подключенных к источ нику входного напряжения катушек индуктивности и зависит от прютекающего тока, что снижает точность мо делирования. Для исключения бросков тока, т.е повышения точности моделирования отключаемая катушка индуктивности через ограничительный резистор подключается к источнику .опорного напр жения. При этом необходимо, чтобы выполнялось условие L R Е (5) - где L и Lо,- соответственно величины индуктивностей первой и второй катушек индуктивности; г и R - соответственно величины измерительного и ограничительного резисторов е и Е - соответственно величины напряжений входного и опорного источников напряжения;m - любое положительное число. При изменении входного напряжения по произвольному закону, чтобы выполнялось равенство (5), необходимо изменять величину напряжения опорного источника по закону Егые, для чего необходим дополнительный блок, разрешающий данную зависимость, что усложняет устройство. Для того, чтобы не возникало вросков тока в моменты перекоммутации катушек индуктивности, необходима полная синхронность работы ключей. Это накладывает жесткие условия на точность работы ключей и блока управления, а следовательно, приводит к усложнению этих узлов и всего устройства в целом. Цель изобретения - повышение точности моделирования и упрощение устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирования нелинейной характеристики индуктивного элемента, содержащее два ограничительных резистора, первые выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, блок управления, и переключающий элемент, информационный вход которого соединен со вторым выводом первого ограничительного резистора, накопительный конденсатор, два операционных усилителя, два масштабных резистора, дополнительный ограничительный резистор, блок управления состоит из генератора периодически изменяющегося напряжения, элемента сравнения и дифференциального усилителя, первый вход которого соединен со вторым выводом второго ограничительного резистора, первым выводом накопительного конденсатора, неинвертирующим входом второго операционного усилителя и выходом переклю-, чающего элемента, первый вывод дополнительного ограничительного резистора является входом устройства и подключен к неиивертирующему входу первого операционного усилителя, выход которого через первый масштабный резистор соединен с инвертирующими входами опёрационньос усилителей и первым выводе второго масштабного резистора, второй вывод которого соединен со вторьк4 выводом дополнительного ограничительного резистора и выходом второго операционного усилителя, выход первого операционного усилителя соединен со вторым выводом накопительного конденсатора и вторы входом дифференциального усилителя, выход которого подключен к первому входу элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора периодически изменяющего ся напряжения, выход элемента сравнения подключен к управляющему входу переключающего элемента. На фиг. 1 представлена блок-схем устройства; на фиг, 2 - блок-схема блока управления. Устройство содержит блок 1 управ ления, операционные усилители 2 и 3, переключающий элемент 4, ограничительный резистор 5, масштабные резисторы 6 к If ограничительные резисторы 8 и. 9, а также накопитель ный конденсатор 10. Блок 1 управлен состоит из дифференциального усилителя 11, генератора 12 периодически изменяющегося напряжения и элемента 13 сравнения. Устройство работает следукяцим об разом. Потенциалы входов операционного усилителя с замкнутой цепьюотрицательной обратной связи равны между собой. Входными токами интегральных операционных усилителей можно пренебречь. Отсюда потенциалы входов операционных усилителей 2 и 3 равны между собой и в каждый момент време ни соответствуют значению вхрдного напряжения . При разомкнутом переключающем элементе 4 входной ток устройства, равени . е-Оэ Г где е - входное напряжение устройства;fj - напряжение -на выходе опера ционного усилителя 3; RS- величина сопротивления ограничительного резистора 5 Значения напряжений на выходах операционных усилителей- 2 и 3 связа ны между собой соотношением V.-U где U - напряжение на выходе опера ционного усилителя 2; напряжение на инвертирующи входах операционных усилителей 2 и 3; К(,- величина сопротивления мас штабного резистора 6; 7 величина сопротивления мас штабного резистора 7; С другой стороны выходное напряжение операционного усилителя 2 определяется равенством , dt,U) -10 где V - напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя 3; С - величина емкости накопительного конденсатора 10; Rq - величина сопротивления ограничительного резистора 9. Учитывая 4ToV,rV,e, и подставляя (8) в (7), а (/) в (6),получают f .pop I edt. i eS oi Сравнивая (9) с выражением для тока, протекающего через катушку индуктивности, li получают выражение для определения значения эквивалентной индуктивности (6-Кб- 9- 0 RT Аналогично для случая, когда переключающий элемент 4 замкнут, получают эквивалентное значение индуктивностиК5-КбРв-)С «7() Как видно из выражений (5) и (6) , зквивaлeнtныe значения индуктивностей не зависят от величины протекающего в цепи тока и определяются только соотношением постоянных параметров резисторов и конденсатора. Кроме того, поскольку в момент коммутации переключающего элемента 4 напряжение на конденсаторе 10 остается неизменным (по второму закону коммутации), то, следовательно, U,U.) UiCot) и значит Но-Ьис) где 4(0) и 1(04;) - входной ток устройства непосредственно до и после момента коммутации ключа 4. Таким образом, при коммутации переключающего элемента 4 скачки тока в устройстве «отсутствуют, а индуктивность моменты коммутации изменяется от величины Lji до величины Li32f или наоборот, и не зависит от протекающего в цепи тока, следовательно, точность устройства повышается. При периодической коммутации переключающего элемента 4 результирующая индуктивность определяется как непрерывная и однозначная функция скважности импульсов. Среднее значе ние индуктивности за период коммута ции определяется как ,+lf(LэrЬэ ) где у - скважность импульсов замыка ния переключающего элемента 4. В качестве блока 1 управлен1|1Я ис пользуют высокочастотный ьдаротноимпульсный модулятор развертывающе го типа. Напряжение на накопительном конденсаторе 10 О пропорционально входному току уст-. ройства. Выходное напряжение дифференциа;уьного усилителя li пропорционально напряжению на накопительном конденсаторе 10 и, как следует из формулы (15), пропорционально току моделируемой индуктивности. Таким образом, на вход эл.амента 13 сравнения поступает напряжение, пропорциональное току моделируемой индуктивности , и периодическое напряжение формулы(15),пропорционально току моделируемой индуктивности.Таким образом, на вход элемента 13 сравнения поступает напряжение,пропорциональное току моделируемой индуктивности, и периодическое напряжение с периодом Т , вырабатываемое генератором 12. Поэтому скважность импульсов с выхода элемента 13 сравнения зависит от тока по закону, задаваемому формой выходного напряжения генератора 12. Соответствующим выбором формы этого иапряжения можно реализовать произвольную зависимость моделируемой индуктивности от протекающего через нее тока. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает более высокую по сравнению с прототипом точность моделирования нелинейных характеристик индуктивного элемента и является более простым, так как из схемы исключены источник опорного напряжения и двухпозиционные ключи.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНДУКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА, содержащее два ограничительных резистора, первйе вы-воды которых соединены с шиной нулевого потенциала, блок управления и переключающий элемент, информационный вход которого соединен со вторым выводом первого ограничительного резистора, отличающееся тем, что, с целью повышения -точносги, в него введены накопительный кон-, денсатор, два операционных усилителя, два масштабных резистора, дополнительный ограничительный- резистор, блок управления состоит из генератора периодически изменяющегося напряжения; элемента сравнения и дифференциального усилителя, первый вход которого соединен со вторым выводом второго ограничительного резистора, первым выводом накопительного конденсатора, неинвертирующим входом второго операцийнного усилителя и выходом переключающего элемента, первый вывод дополнительного ограничительного резистора являетСЙ входом устройства и подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, выход которого через первый масштабный резистор соединен с инвертирующими входами операционных усилителей и первым выводом второго масштабного резистора, второй вывод которого соединен с вторьа выводом дополнительного огра(Л ничительного резистора и выходом второго операционного усилителя, выход первого операционного, усилителя соединен со вторым выводом накопительного конденсатора и вторым входом дифференциального усилителя, выход которого подключен к первому входу элемента сравнения, второй о : вход которого соединен с выходом генератора периодически изменяющегося напряжения, выход элемента сравэо нения подключен к управляющему входу переключающего элемента. ел

0

р10