Устройство для моделирования электрических цепей Советский патент 1989 года по МПК G06G7/62 

1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может ть использовано в гибридных вычислительных комплексах.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, повьшение точности и эффективности моделирования режимов в элек-.- трической цепи и унификации устройства .

На чертеже показана блок-схема устройства.

Устройство содержит блок 1 синхронизации, две треугольные матрицы 2 и 3 ключей, первую и вторую группы вы ходов блока синхронизации соединены соответственно с группами управ ляющих входов ключей первой 2 и второй 3 треугольных матриц, первые одноименные замыкающие контакты ключей в И строках первой треугольной матрицы 2 ключей объединены между собой являются ее выходами и подключены к

Соответствующим выходам М строкам первой прямоугольной матриц) 4 переключателеи, вторые одноименные переключающие контакты ключей в М столбцах первой треугольной матрицы ключей 2 объединены между собой и с соот ветств тощими М .строками первой треугольной матрицы 2 ключей, первые одноименные переключающие контакты ключей в М столбцах второй треугольной матрицы 3 ключей объединены между собой, являются ее выходами и подключены к соответствующим выходам М столбцам второй прямоугольной матрицы 5 переключателей, вторые одноименные замыкающие контакты ключей в М строках второй треугольной матрицы 3 объединены между собой и с соответствующими М столбцами второй треугольной матрицы 3 ключей, выходы первой прямоугольной матрицы 4 пере1слючателей объединяют в М строка

4182

соединенных последовательно обмоток реле 10 и кнопок 11 по числу ключей (К, + К|) в каждой треугольной матриг це 2 и 3 ключей, которые являются контактами реле, причем каждое реле содержит по два симметричных контакта (К,, К;) по одному из каждой треугольной матрицы 2 и 3 ключей,

10 Модели типовых элементов 6 электрической цепи организованы так, что входной величиной является ЭДС эле- мента, выходами первой группы служат потенциально нулевые точки полюсов,

15 выходами второй группы служат потенциалы полюсов, а две группы измерительных выходов отображают неинвертированные и инвертированные значения токов, а также инвертированные зна20 чения напряжений моделируемого элемента. Типовому N-му элементу элек

Изобретение относится к области аналогово й вычислительной техники и может быть использовано в гибридных вычислительных копмлексах. В известное устройство, выходами первой группы блока моделей типовых элементов электрических цепей которого служат потенциально нулевые точки, реализую- щие выражения первого закона Кирхгофа для полюсов, выходами второй группы моделей типовых элементов служат потенциалы полюсов, дополнительно введены две группы измерительных каналов. Первая группа состоит из неинвертированных и инвертированных значений токов моделей типовых элементов, а вторая группа состоит из инвертированных значений напряжений, отображающих разность потенциалов полюсов моделей типовых элементов, организованных как многополюсники. Это позволяет моделировать электрические цепи с раздельным представлением внутренней и внешней схем типовых элементов и всей электрической цепи, что повьш1ает эффективность и точность моделирования за счет исключения дублирования информации и обеспечения эффективного анализа режимов работы, связанных с изменением внутренней схемы соединения обмоток многополюсников. 1 ил.

трической цепи соответствуют с щие матричные уравнения:

UN ПР; ФР,; 1

ПР.1, IP, О, где

RH

N

первые одноименные замыкающие контакты переключателей первой прямоугольной матрицы 4, входы первой прямо-, -,

угольной матрицы 4 объединяют в Р столб- 25 XL - - - Ец - Uf - К, цах втарые одноименные переключающие контакты переключателей первой прямо- . угольной матрицы 4, к Р входам переключателей первой прямоугольной мат- риць 4 подключены Р вькодов первой 30 группы блока моделей типовых элементов 6, Р выходов второй группы блока моделей типовых элементов 6 подключены к Р :входам второй прямоугольной матрицы 5 перекл5очателей, которые -jg объединяют одноименные замыкаюшзе контакты переключателей в соответствующих Р строках второй прямоугольной матрицы 5, первые одноименные переключающие контакты переключате- 40 лей второй прямоугольной матрицы 5 объединены в М столбцах, являются выходами второй прямоугольной матрицы 5 и подключены к одноименным выходам второй треугольной матрицы 3 45 ключей, N входов задания ЭДС каждой модели типового элемента соединены с N выходами группы источников 7 постоянного напряжения, первую 2N из-- мерительную группу неинвертированных QQ и инвертированных токов моделей и типовьк элементов и вторую N измерительную группу инвертированных напряи.

- матрица активных соп лений элементов цепи

-вектор ЭДС элемента в о.е.5

-вектор падения напря или разность потенци полюсов элемента цеп о.е.;

вектор токов в ветвя мента цепи в о.е.; f - машинное время, в м ных секундах;

ПР - матрица инцинденций жающая лищь внутренн му соединения ветвей ток) типового элемен пи;

-вектор суммьт токов образующих полюса эл цепи в о.е.;

фП - вектор потенциалов элемента цепи в о.е

IP

к

жений, отображающих разность потенциалов полюсов соответствующих моделей типовых элементов.

Блок 1 синхронизации содержит источник 8 питания, к которому через клю-ч 9 пара :1лельно подключены К пар

трической цепи соответствуют следующие матричные уравнения:

, -,

UN ПР; ФР,; 1

ПР.1, IP, О, где

RH

N

, -,

XL - - - Ец - Uf - К, g 0 5 Q

(1 ) (2 (3)

и.

-матрица индуктивных параметров элемента цепи в о.е.;

- матрица активных сопротивлений элементов цепи;

-вектор ЭДС элемента цепи в о.е.5

-вектор падения напряжения или разность потенциалов полюсов элемента цепи в о.е.;

вектор токов в ветвях элемента цепи в о.е.; f - машинное время, в машинных секундах;

ПР - матрица инцинденций, отражающая лищь внутреннюю схему соединения ветвей (обмоток) типового элемента цепи;

-вектор суммьт токов ветвей, образующих полюса элементы цепи в о.е.;

фП - вектор потенциалов полюсов элемента цепи в о.е.;

IP

к

d

d-c

-- - символ ди4)ференцирования.

Уравнения первого закона Кирхгофа (3) решается относительно потенциалов полюсов по методу неявных функций согласно уравнению

ПРк

у

тр ф р

где

JU - коэффициент усиления операционного усилителя без обратной связи.

Для большинства типовых элементов электрической цепи внутренняя- схема соединения ветвей полюса остается неизменной. Тогда матрица ПР отображает жесткую структуру и никаких переключателей не содержит. В противном случае матрица инцинденций ПР, отражающая внутреннюю схему элемента цепи, организовьшается в виде прямоугольной матрицы переключателей.

Схема соединения типовых элементов в электрической цепи описьшается следующими матричными уравнениями:

П-1 0;

и

Ф.

или с учетом принятой организации типовых элементов

riY.IP 0;

П П

Исходя из этих соотношений объединение моделей типовых элементов

П-1 nY

ПР

и

срр ПУ Ф,

(5)

где П , п

t

10

15

20

25

30

прямая и транспортированная матрицы инцинденций, описьшающие как внутреннюю схему элемента, так и внешнкяо схему соединения элементов; I - вектор падения токов в ветвях электрической цепи в о.е.;

и - вектор падения напряжения в ветвях электрической цепи в о.е.; Ф - вектор потенциалов узлов электрической цепи в о. е.;

nv ,ПУ матрицы объединения полюсов типовых элементов (многополюсников) в узлы моделируемой цепи, прямая и транспортирован- - ная.

Раздельное описание внутренней структуры элементов электрической цепи как многополюсников и структуры объединения полюсов в узлы цепи связаны следующим матричным уравне- ни ем

ПУ

40

электрической цепи описывается следующими развернутыми уравнениями

ПУ 1Р о

ПР

фр.

ПР

фр.

Первая прямоугольная матрица переключателей соответствует уравнению (4), а вторая прямоугольная матрица переключателей соответствует уравне- нию (5).

Наличие коммутационных элементов в моде.пируемой электрической цепи обусловливает формирование матрицы соединений

А.

П

X,

Л ,

где П , RL - прямая и транспонированная матрицы инцин- j денций коммутационного подграфа,логические;

Х| - диагональная матрица

состояния коммутацион- нык элементов, логичес- 20

кая;

Е | - единичная матрица, ло- гическая.

Используя тот факт, что свойство симметрии матрицы А и что элемент А 25 (1,1) всегда равен TRUE, можно ограничиться в реализации лташь верхними треугольными матрицами ключей 2 и 3, причем начиная с второго столбца.

Устройство работает следующим 0 образом.

Формирование модели исследуемой электрической цепи производится путем коммутации первой 4 и второй 5 прямоугольных матриц переключателей. При помощи этих матриц в модель цепи включаются необходимые модели типовых элементов. В блоке моделей типовых элементов устанавливаются соот-. ветствующие параметрам коэффициенты, Q .а с помощью группы источников 7 постоянного нап 1зяжения задаются ЭДС на входе каждой модели типового элемента, т.е. скоммутирована лишь схема соединения элементов цепи, по- д скольку .внутренние схемьл элементов представлены уже в их моделях.

Все коммутационные элементы моделируемой электрической цепи задаются при ПОМ01ЧИ треугольных матриц ключей Q 2 и 3. Для этого в блоке 1 синхронизации замыкаются кнопки 11 соответ- ствутоЕ их реле. Затем замыкается ключ 9, вследствие че го запитываются обмотки реле 10, у которьпс замкнуты кнопки 11. Благодаря этому синхронно замыкаются соответствую1.цие ключи треугольных матриц ключей 2 и 3. При за-, мыкании попарно ключей треугольньос

Q

Q

5

матриц ключей 2 и 3 включаются на параллельную работу операционные усилители блока 6, моделирующие объединение узлов.

Дпя изучения иного коммутационного состояния исследуемой цепи производятся останов решения и размыкание ключа 9, блока 1 синхронизации, соот- , ветствующие переключения кнопок 11 и вновь замыкание ключа 9. При этом весь процесс повторяется.

Для изменения состава и структуры исследуемой цепи производится перекоммутация матрип, 4 и 5, вследствие чего в модель вводятся необходимые модели типовых элементов и выводятся ненужные.

Благодаря наличию готовых унифицированных моделей типовых элементов -процесс коммутации моделей элементов аналогичен процессу сборки реальной исследуемой схемы электрической цепи.

Формула изобретения

Устройство для моделирования электрических цепей, содержащее блок син- хрониз.ации, две треугольные матрицы ключей, первая и вторая группы выходов блока синхронизации соединены соответственно с группами управляющих входов ключей первой и второй тре-, угольных матриц, первые одноименные замыкающие контакты ключей в строках и вторые одноименные переключающие

контакты ключей в столбцах соответственно первой и второй треугольных матриц ключей объединены, две прямоугольные матрицы переключателей, группа источников.постоянного напряжения, группа моделей типовых элементов электрической сети, входы задания ЭДС каждой модели типовы.х элементов электрической сети соединены с выхо; дами группы соответствующих источни ков постоянного напряжения, первые одноименные замыкающие контакты переключателей первой прямоугольной матрицы соединены в строках между собой и подключены к управляющим входам ключей соответствующих строк первой треугольной матрицы ключей, первые одноименные переключающие контакты переключателей второй прямоугольной матрицы соединены в столбцах между

.собой и подключены к управляющим входам ключей соответствуюи их столбцов второй треугольной матрицы ключей, и чающееся тем, что, ,,

с целью рлсишренпя функциональных возможностей за счет создания возможности измерения структуры соединения типовых элементов электрических цепей, первая группа выходов мо- делей типовых элементов электрической сети группы подключена к вторым одноименным переключающим контактам переключателей в одноименн1)ГХ столбцах первой прямоугольной матрицы, вторая группа выходов моделей типовых элементов электрической сети группы подклгочсн л к вторым одноименным зам1-,каю1гсим контактам переключателей в одноименных строках второй прямоугольной матритда переключателерЧ.