Устройство для моделирования вентильных преобразователей Советский патент 1987 года по МПК G06G7/62 

11

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых моделях систем, содержащих различные вентильные преобразователи.

Цель изобретения - повышение точности .и расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства для моделирования вентильных преобразователей; на фиг. 2 - функциональная схема блока формирования потенциала узлов; на фиг. 3 - функциональная схема блока формирования потенциала полюсов.

Устройство содержит группу моделей 1 вентилей, блок 2 -формирования потенциалов узлов, блок 3 формирования потенциалов полюсов, группу инверторов 4, первую группу выходных ветвей 5 электрических цепей устройства, вторую группу выходных ветвей электрических цепей устройства, вторую группу выходньЬс ветвей 6 электрических цепей устройства, третью группу выходных ветвей 7 электрических цепей устройства, группу входов 8 задания токов электрических ветвей устройства, группу входов 9 задания потенциалов узлов.

Каждая из моделей 1 содержит суммирующий усилитель. 10, развязывающий диод 11 и операционный усилитель 12„

Блок 2 содержит четыре матрицы переключателей 13, группу уравновешивающих усилителей 14 и четыре группы масштабных переменных резисторов 15.

Блок 3 содержит восемь групп матриц ключей 16 и две группы инвертирующих усилителей 17.

Устройство работает следующим образом.

Блок 2 формирования потенциала узлов ВФПУ реализует уравнение первого закона Кирхгофа, которое в матричной форме имеет вид

П - I О

или

п;-п;, п:-п; ,

- °

где Пд, П, - матрицы соединений размерностью (М X N) выходящих и входящих ветвей электрического подграфа соответственно;

П , П - матрицы соединений раз- мерностбю (М X L) выходящих и входяiJ О I. I

582

их ветвей коммутационного (вентильного) подграфа соответственно;

П - матрица соединений

электрического подграфа размерностью (М xL);

П П - П - матрица соединений коммутационного (вентильного) подграфа размерностью (М xL) .

П (П , П / - матрица соединений линейного графа, описывающего моде- . лирующий вентиль- преобразователь с учетом подключенных входных и выходных элементов исследуемой системы;

1. - вектор входных токов в ветвях элементов, образующих электрический подграф ;

1 .- вектор вычисляемых токов в вентилях, образующих коммутационный .подграф ;

вектор токов в элементах моделируемой системы.

Jb L I Ч /

Выходной величиной БФПУ являются значения потенциала узлов, опредеяющиеся путем решения первого за- - она Кирхгофа по методу неявных фунций согласно уравнению j n4-b ij

где

1

j;H4b

.Р,, коэф4)ициент усиления операционного усилителя без обратной связи;

V 15 - сумма токов, образующих i J i узел;

if. - потенциал i узла (1 1,...,

m);

n+t - число ветвей, образующих i узел (п 1...N, t 1...L). m - число узлов (т 1...М).

Блок формирования потенциала полюсов реализует следующие матричные равнения:

М

9Н1

энN

П.

t.l Ф„

Ч к

Ф

эк

Ф

ВА

If .ЭК1

Ч экм

Ч eKt

- п

t.

п

if В

B4L

Ф

ек

Ч

BKt

Vb

- П

в

Ф

Ф

« « Рек

Ф .

ВА

Ф ,

л

вк

Ф где - f.:;

SAJ

«u

К, К,

Шь ш,,.

И к - т.

3108584

Для моделирования определенного типа вентильного преобразователя с учетом подключаемых входных и выходных элементов исследуемой системы за5 мыкаются соответствующие переключатели матриц переключателей блока 2 формирования потенциала узлов и ключи матриц ключей блока 3 формирования потенциала полюсов.

10 На входы 8 подаются значения токов электрических ветвей, входящих в исследуемую систему. На входы 9 подаются значения потенциалов узлоб, входящих в исследуемую систему. В

5 БФПУ формируются потенциалы узлов с моделируемого вентильного преобразователя, которые вместе с задаваемыми потенциалами (ч ,, Ч ) узлов подаются в БФГШ 3. В БФПП 3 формируются потенциалы полюсов элементов, входящих в исследуемую систему. Потенциалы начал и концов электрических ветвей, входящих в исследуемую систему, подаются на выходы 6 и 7, а

потенциалы анода и катода вентилей - на соответствующие входы моделей вентилей, входящих в вентильный преобразователь, диод 11 закрыт и ip ствует закрытому состоянию вентиля. При .... диод 1 1 открыт и на выходе

B(V PN

операционного усилителя 12 появляет- ся ток вентиля i.. Этот ток подается

I

на соответствующий выход 5 устройства и на соответствующие входы БФ БФПУ 2.

Предлагаемое устройство позволяет моделировать вентильные преобразователи любых типов. -Это позволяет рас- коэффициенты передачи, .

- - 4U ширить функциональные возможности

устройства и унифицировать его, так как для моделирования различных вентильных преобразователей можно будет использовать одно и то же устройст- 5 во. Кроме того, это упрощает процесс моделирования и ведет к повыщению его эффективности.

векторы, потенциалов полюсов электрического подграфа, начальные и конечные соответственно; Ф векторы потенциалов полюсов коммутационного подграфа, анодные и ка- тоДные соответственно; 20 векторы потенциалов узлов, формируемые и задаваемые соответственно. .Индекс t при матрицах соединений является признаком транспонирования этих матриц.

Каждая модель вентиля реализует следующие уравнения.

Суммирующий операционный усилитель 10 реализует уравнение

Л; V М«ц

падение напряжения на j-ом вентиле;

потенциалы полюсов вентиля, анодньй и катодный соответственно, (J I...L);

30

При.. развязывающий

О, что соответ35

ределяемые отнощением резистора обратной связи к входным резисторам, масштаб по напряжению; масштаб по потенциалу.

Развязывающий диод реализует уравнение

если .,

если

Выходной операционный усилитель 15 реализует уравнение

i где

50

Формула

изобретения

:,

t.i

Si ,- «

ток j-oro вентиля;

Устройство для моделирования вентильных преобразователей, содержащее группу моделей вентилей, каждая из которых содержит операционный усили- 55 тель, развязывающий диод и суммирующий усилитель, выход которого подключен к катоду развязывающего диода, анод которого соединен с входом операционного усилителя, блок формиро

коэффициент передачи операционного усилителя 15; масщтаб по току.

потенциалы анода и катода вентилей - на соответствующие входы моделей вентилей, входящих в вентильный преобразователь, диод 11 закрыт и ip ствует закрытому состоянию вентиля. При .... диод 1 1 открыт и на выходе

При.. развязывающий

О, что соответ35

Формула

изобретения

Устройство для моделирования вентильных преобразователей, содержащее группу моделей вентилей, каждая из которых содержит операционный усили- тель, развязывающий диод и суммирующий усилитель, выход которого подключен к катоду развязывающего диода, анод которого соединен с входом операционного усилителя, блок формирования потенциалов узлов, выход операционного усилителя каждой модели вентиля является соответствующей выходной ветвью электрической цепи первой группы устройства, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, в него введены блок формирования потенциалов полюсов, состоящий из двух групп инвертирующих усилителей и восьми матриц ключей, две группы инверторов, причем блок формирования потенциалов узлов состоит из четырех групп матриц переключателей, четырех групп масштабных переменных резисторов и группы уравновешивающих операционных усилителей, выходы которых соединены с соответствующими одноименными замыкающими контактами в строках первой и второй матриц ключей и с входами соответствующих инвертирующих усилителей первой группы, выходы которых соединены с одноименными замыкающими контактами ключей в соответствующих строках третьей и четвертой матриц ключей, одноименные переключающие контакты ключей в соответствующих столбцах которых соединены соответственно с одноименными переключающими контактами ключей в соответствующих столбцах пятой и шестой матриц ключей, одноименные замыкающие контакты ключей которых соединены в соответствующих строках между собой и подключены к выходам соответствующих инвертирующих усилителей, входы которых соединены с одноименными замыкающими контактами ключей в соответствующих строках седьмой и восьмой матриц ключей и являются группой входов задани потенциалов узлов устройства, группа входов задания токов электрических Ветвей которого подключена через первую группу масштабньт переменных резисторов к одноименным переключающим контактам в соответствующих столцах первой матрицы переключателей, одноименные замыкающие контакты в соответствующих строках которых соединены с одноименными замыкающими ,контактами переключателей в соответствующих строках второй, третьей и

четвертой матриц переключателей и с входами соответствующих уравновешивающих операционных усилителей группы, группа входов задания токов

электрических ветвей устройства через первую группу инверторов подключена к первым вь{1водам масштабных переменных резисторов второй группы, вторые выводы которых соединены с .

одноименными переключающими контактами переключателей в соответствующих столбцах второй матрицы переключателей, выходы операционных усилителей группы моделей вентилей подключены непосредственно к первым выводам масштабных переменнь1х резисторов третьей группы и через вторую группу инверторов к первым выводам масщтабных переменных резисторов четвертой группы, вторые вьшоды которых соединены с одноименными переключающими .контактами переключателей в соответствующих столбцах четвертой- матрицы переключателей, вторые вьшоды масштабных переменных резисторов третьей группы подключены к одноименным переключающим контактам в соответствующих столбцах третьей матрицы переключателей, одноименные переключающие контакты ключей в соответствующих столбцах первой и восьмой матг риц ключей объединены между собой и подключены к первыь| входам суммирую- щих усилителей в соответствующих моделях вентилей, одноименные переключающие контакты ключей в соответствующих столбцах третьей и шестой матриц ключей объединены между собой и подключены к вторым входам сумматоров в соответствующих моделях вентилей, одноименные переключающие- контакты ключей в соответствующих столбцах второй и седьмой матриц ключей объединены между собой и являются

второй группой выходных ветвей электрических цепей устройства, третья группа выходных ветвей и электрических цепей которого подключена к одноименным переключающим контактам

ключей в соответствующих столбцах четвертой и пятой матриц ключей.

/N

N 1

Ь1

{-X

Составитель В. Рыбин Редактор Н. Горват Техред. М.Ходанич Корректор С. Черни

Заказ 1894/47 Тираж 673Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

CPU г. 2

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых моде- лях систем, содержащих различные вентильные преобразователи. Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей. Устройство содержит группу моделей 1 вентилей, блок 2 формирования потенциалов узлов, блок 3 формирования потенциалов полюсов, группу инверторов 4, первую группу выходных ветвей 5 электрических цепей, вторую группу выходных ветвей 6 электрических цепей, третью группу выходных ветвей 7 электрических цепей, группу входов 8 задания токов электрических ветвей, группу входов 9 задания по- тенциалов узлов. Устройство позволяет моделировать вентильные преобразователи любых типов. 3 ил. i СЛ cpi/.-f