Устройство для воспроизведения гистерезисных функций Советский патент 1988 года по МПК G06G7/25 

Изобретение относится к аналоговой моделирующей технике и автоматике и может быть использовано для воспроизведения семейства сложных гисте- резисных функций.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения числа семейств воспроизводимых гистерезисных функций.

На фиг. 1 представлены схема устройства (а) и функциональные схем1ы соответственно двухканального (б) и одноканального (в) аналоговых релейных элементов (реляторов), используемых в устройстве; на фиг. 3 - частные реализации функций, воспроизводимых устройством.

где

1(ах,+Ьх„)

, J

sign(ax,+bx) |

при aXj+bXj при ах, +Ьх,,

S О 0

при aXj+bXj ь О 1 при ах, +Ьх2 О

10

15

(здесь у, и yg есть предметные переменные; X, и Х; - предикатные переменные, k,, k, а, ,1 - знаковые коэффициенты).

Таким образом, релейный элемент воспроизводит логическую операцию выбора одной из двух предметных переменных с инверсией или без инверсии знака по заданному значению двухзначного предиката ,lj.

Для устройства по фиг. 1 входное

Устройство (фиг. 1а) содержит пер- 20 напряжение х одновременно подается

вьш 1 и второй 2 двухканальные аналоговые релейные элементы (реляторы), а также первый 3 я второй 4 однока- нальные аналоговые релейные элементы (одноканальные реляторы). Релейные элементы включают компаратор 5, переключатели 6 и 7; позициями 8 и 9 обозначены выходы переключателей аналоговых релейных элементов, позициями 10 и 11 - входы компараторов, позициями 12-15 - информационные входы переключателей.

На фиг. 1 использованы также еле- дующие буквенные обозначения: х - входной сигнал (независимая переменная), X,, х, х,, х - фиксирующие напряжения, х, и х - опорные напряжения- у,. Уд, у,,, У4 - формирующие напряжения, у - за,цающее напряжение ,

г

Ь1 , bj, k,; , k jj,

kef-l, 1 - знаковые коэффициенты принимающие значения -1 и ; z.,z Z 1 , Zj , z.j - выходные напряжения первого 1, второго 2 и третьего 3 аналоговых релейных; элементов, z - выходное напряжение устройства.

Устройство работает следующим образом.

Аналоговый релейный элемент воспроизводит определяющие операции предикатной алгебры выбора: р(у,,Уг) k, У, . У Р Лр(у, , 3j)k, у,р+ уг Р (предикатные дизъюнкцию Yp и конъюнкцию Лр), когда в качестве предиката р р(х, , х,... ,Х„) ,-l используются единичные функции:

(ax,-bx,j)0,5 l+sign(ax,+bx2)j;

,.gn(ax,.+bx) ,

где

J

|

при aXj+bXj при ах, +Ьх,,

S О 0

при aXj+bXj ь О 1 при ах, +Ьх2 О

(здесь у, и yg есть предметные переменные; X, и Х; - предикатные переменные, k,, k, а, ,1 - знаковые коэффициенты).

Таким образом, релейный элемент воспроизводит логическую операцию выбора одной из двух предметных переменных с инверсией или без инверсии знака по заданному значению двухзначного предиката ,lj.

Для устройства по фиг. 1 входное

на первые входы 10 компараторов всех аналоговых релейных элементов 1-4. В двухканальных элементах 1 и 2 могут быть использованы дифференциальный

25 (signd -sign b;), инвертирующий ( -1) или неинвертирующий (а; Ь; 1) компараторы. На фиг. 16 показана схема двухканального релейного логического элемента с дифферен2Q циальным компаратором (, b -1). Любой из информационных входов 14 и 15 второго переключателя двухканальных релейных элементов 1 и 2 может быть при наличии внешнего инвертора инвертирующ.им (k,-- -1) или неин35 вертирующим (V.- 1). Для однока- нальных релейных элементов (фиг.1в) всегда sign а; - -sign b,- (используется дифференциальный компаратор), причем для элемента 3 всегда k 1, .

а для элемента 4 k 1 или k -1. Условие k;: 1 и (или) k 1 означает, что соответствующий информационный вход элемента непосредственно или через повторитель напряжения соединен с соответствующим информационным входом его переключателя. Условие k;j -1 и (или) k -1 означает, что информационный.вход релейного элемента соединен с соответст- 50 вующим входом переключателя через

инвертор знака.

1 ,

На входы. 12 и 13 переключателей элементов 1 и 2 подаются фиксирую45

щие напряжения х,, х,

(для элемента 1) и х, х (для элемента 2). На вторые входы компараторов 5 элементов 3 и 4 подаются опорные напряже- ния Хр, (элемент 3) и (элемент 4).

На вход 13 переключателя элемента 3 подается задающее напряжение у. Выход 8 переключателя в каждом из эле- ментов 1 и 2 соединен с входом 11 его компаратора 5.

Релейные элементы 1 и 2 по выходам 8 воспроизводят семейство функций прямоугольного гистерезиса:

2,, х,1(а, z,,+b, x)+xjl-l(a, Z,, + +b,x)i(1)

Zj, x,I(a i z, +bjx)+x l-I(a,, z, + b,x)J.: (2)

Если a,z,, , , 0, TO переключатели релейных элементов 1 и 2,- управляемые от компараторов 5 находятся в верхнем по фиг. 1 положении. В противном случае переключатели 6 и 7 находятся в нижнем положении.

Напряжения х,, х., х, и х фиксируют ширину первой лх, х и второй uXj 4 - х, гистерезисных петель формируемой функции. Опорные напряжения х и х определяют участок формируемой функции, на котором она принимает значение z у. Напряжения у, и y,j , у, и у формируют воспроизводимую функцию на участках

X С X (,, и X Х.,, .

Воспроизводимые устройством семейства гистерезисных функций определяются выражением

f k,, y,I(a,z,, +Ь,х)+и, -H.a«z,, +b, х) I(xo,-x)l(Xoj-x) +ky I(x-Xo, )l(xo2-x) + kj, yjlCa Zj, + -HbjX)+k,,iy,l-I(, KX-X.,) где г , и z 2, определяются выра- жениями (1) и (2). о

В частных случаях некоторые формирующие и задающие у напряжения могут быть равны напряжению х, т.е. У; х и (или) у X. Условие ,у X означает, что соответствующие информационные входы переключателя первого 1 й-лСили) второго 2 релейного элемента соединены с первым информацион ным входом устройства. Условие у х означает, что информационный вход 13 переключателя элемента 3 соединен с первым инфЬрмационным входом устройства.

На фиг. 2 приведены некоторые частные реализации воспроизводимых устройством гистерезисных функций. Для фиг. 2а все формирующие У; и задающее у напряжения являются автономными, т.е. не зависят от независимой переменной X, и х.х, , х, Хр.х, kj , а,аг 1, b,b2 -1. В данном случае устройство формирует функцию с двумя петлями прямоугольного гистерезиса.

Если опорные напряжения х и (или) Хр2 попадают в заданные гистерезис- ные зоны ( X,, х) и (или)(х, Х4), то имеет место закон предикатного поглощения фиксирующих переменных х и (или)х4. Данный случай иллюстрируется функцией,, изображенной на фиг.26 (, ,, b,b2 -1).

Если часть формирующих напряжений У;, совпадает с независимой переменной X, то получают функции с линейным изменением обратной и (или) прямой ветвей гистерезисных петель. Данный случай иллюстрируется функцией, представленной на фиг. 2в, где У, , k,- , а,, b,b, -1.

В общем случае устройство воспроизводит любые двухпетлевые гистере- зисные функции, составленный из участков задающей сетки, образованной пятью горизонтальными (формирующие и задающая переменная), щестью вертикальными (фиксирующие и опорные переменные) и двумя диагональными (с коэффициентами наклона 1 и -1) прямыми при произвольном отношении порядка (фиг; 2г). В частности, в задающую сетку вписана гистерезисная функция (фиг. 2г), которая воспроизводится устройством при , , k;; 1, k -1.

Таким образом, алгоритм настройки при моделировании заданной функции :заключается в ее вписании в задающую сетку, в установке нужных значений переменных и знаковых коэффициентов.

Устройство воспроизводит также од- ноп тлевыб гистерезисные функции за счет эффектов предикатного поглощения (например, при Хд|..х,, х для фиг. 26), за счет совмещения некоторых фиксирующих й опорных напряжений или за счет снятия выходных напряжений с выходов первого 1 и второго 2 релейных элементов (z,, , z , Zjf , .) или с выхода релейного эле- .мента 3 (z.j). Дополнительные выходы на фиг. 1а.показаны пунктиром.

Устройство позволяет также воспроизводить отдельные участки сформированной на его основном выходе

снятии выходного нас выхода 9 второго пеелейного элемента 1 воспервая петля гистерезис- При снятии выходного на1388907

тора

логов рой форм вого лейн венн ными

пряжения

гг

С выхода 9 второго переключателя релейного элемента 2 воспроизводится вторая петля гистерезистора

первого двухканального аналогового релейного элемента, второй вход компаратора и первый информационный вход переключателя первого одноканального аналогового релейного элемента являютгя соответственно шестым и седьмьм информационными входами устройства, о т л и

Изобретение может быть использовано в аналоговой моделирующей технике и автоматике для воспроизведения сложных (двухпетлевых) и однопетлевых гистерезисных функций. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения числа семейств воспроизводимых гистерезисных функций. Устройство для воспроизведения гистерезисных функций содержит первьй 1 и второй 2 двухканальные аналоговые релейные элементы, первый 3 и второй 4 одно- .канальные релейные элементы, компараторы 5 релейных элементов, первый 6 и второй 7 переключатели, выходы 8 и 9 переключателей, первьш 10 и второй 11 входы компараторов, информационные входы 12, 13, 14 и 1-5 переключателей. Достижение поставленной цели обеспечено благодаря введению в устройство второго двухканаль- ного и второго одноканального аналоговых релейных элементов и новым связям между элементами устройства. 2 ил. i (Л

20

.,)

25

ной функции. При снятии выходного чающееся тем, что, с целью

Пряжения z, с выхода переключателя

релейного элемента 3 воспроизводится

гистерезисная функция 2,z, iCxg, -х) +

l+k у I (х-х о, ). При снятии напряжения

iz с вьпсода устройства воспроизводит- 15

|ся вся сформироваина.я функция Z

ь z,I(Xoj-x)(x-Xo2).

Устройство позволяет также осуществлять параллельное воспроизведение До шести гистерезисных функций: пять Ьднопетлевых (z,, , z,,i , z,,, z, , и одна двухпетлевая (z)..

Дальнейшее расширение семейств воспроизводимых гистерезисных,функ- дий возможно за счет снятия выходных сигналов между любыми двумя заданными выходами релейных элементов 1-А. Формула изобретения

Устройство для воспроизведения гистерезисных функций, содержащее первый двухканальный аналоговый репейный элемент, выполненный в виде Двух переключателей и компаратора, выход которого подключен к управляющим входам переключателей, а первый вход является первьй информационным Входом устройства, и первьй однока- Йальный аналоговый релейный элемент. Выполненный в виде переключателя и компаратора, выход которого подключен к управлякщему входу переключателя, а первый вход соединен с первым входом компаратора первого двухканального аналогового релейного элемента, информационные входы первого , и BTofJoro переключателей которого являются соответственно вторым, третьим, четвертым и пятым информационными входами устройства, а выход первого переключателя соединен с вторым входом компара- 50

30

35

40

расширения функциональных возможностей за счет увеличения числа семейст воспроизводимых гистерезисных функций, оно содержит идентичные первым второй двухканальный и второй одно- канальный аналоговые релейные элементы, первый и второй входы компаратора второго двухканального аналогового релейного элемента соединены соответственно с первым входом компаратора первого двухканального аналогового релейного элемента и с выходом первого переключателя второго двухканального аналогового релейного элементai, информационные входы перво го и второго переключателей которого являются соответственно восьмым, девятым, десятым и одиннадцатым информационными входами устройства, выход второго переключателя второго двух- канальнгого аналогового релейного эле мента подключен к первому информационному входу переключателя второго одноканального аналогового релейного элемента, второй информационный вход переключателя которого соединен с выходом переключателя первого одно канального аналогового релейного элемента, второй информационньй вход переключателя которого подключен к вьпкоду второго переключателя первого двухканального аналогового релейного элемента, первый вход компаратора первого одноканального аналогового релейного элемента соединен с первым входом компаратора второго одноканального аналогового релейного элемента, второй вход компаратора и выход переключателя которого являются соответственно двенадцатым информационным входом и выходом устройств

0

5

5

, 0

0

5

0

расширения функциональных возможностей за счет увеличения числа семейств воспроизводимых гистерезисных функций, оно содержит идентичные первым второй двухканальный и второй одно- канальный аналоговые релейные элементы, первый и второй входы компаратора второго двухканального аналогового релейного элемента соединены соответственно с первым входом компаратора первого двухканального аналогового релейного элемента и с выходом первого переключателя второго двухканального аналогового релейного элементai, информационные входы первого и второго переключателей которого являются соответственно восьмым, девятым, десятым и одиннадцатым информационными входами устройства, выход второго переключателя второго двух- канальнгого аналогового релейного элемента подключен к первому информационному входу переключателя второго одноканального аналогового релейного элемента, второй информационный вход переключателя которого соединен с выходом переключателя первого одно- канального аналогового релейного элемента, второй информационньй вход переключателя которого подключен к вьпкоду второго переключателя первого двухканального аналогового релейного элемента, первый вход компаратора первого одноканального аналогового релейного элемента соединен с первым входом компаратора второго одноканального аналогового релейного элемента, второй вход компаратора и выход переключателя которого являются соответственно двенадцатым информационным входом и выходом устройства.

Составитель А.Маслов Редактор А.Огар Техред А.КравчукКорректор Н.Король

Заказ 1583/52 . Тираж 704

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Хг 1 ot Хог з

(ftus.Z

Подписное