Устройство для моделирования петли гистерезиса Советский патент 1992 года по МПК G06G7/25 G06G7/48 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для применения при исследовании динамики механических, электромеханических и электрических систем, содержащих элементы из пластичных конструкционных, магнитных и диэлектрических материалов, с учетом рассеяния энергии при их деформировании, перемагничивании или переполяризации на внутреннее гистерезисное (частотно-независимое) трение, которое воспроизводится устройством, в частности, в виде пластических, перетянутых и, особенно, пропеллерных петель гистерезиса.

Известно устройство для моделирования упругого гистерезиса, содержащее два интегратора, блок умножения, инвертор и сумматор, которое воспроизводит составляющие гистерезисного внутреннего трения элементов с петлями упругого гистерезиса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для моделирования петли гистерезиса, содержащее первый и второй интеграторы, блок умножения, блок

выделения модуля и сумматор, которое воспроизводит составляющие внутреннего гистерезисного трения элементов с петлями упругопластического гистерезиса конструкционных материалов и петлями гистерезиса магнетиков и диэлектриков в слабых и средних технических полях.

Общим недостатком известных устройств является то, что они не воспроизводят составляющих внутреннего гистерезисного трения элементов с пластическими, перетянутыми и пропеллерными петлями гистерезиса. Это ограничивает область их применения.

Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет воспроизведения составляющих внутреннего гистерезисного трения элементов с пластическими, перетянутыми и пропеллерными петлями гистерезисов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирования петли гистерезиса, содержащее первый и второй интеграторы, сумматор, блок выделения модуля, блок умножения, информационный вход устройства соединен с входами первосо

с

vj CJ К) 00

ел

00

го интегратора и блока выделения модуля, выходы первого и второго интеграторов являются соответственно первым и вторым выходами устройства, выход блока выделения модуля соединен с первым входом блока умножения, введены инвертор, первый и второй блоки возведения в третью степень, причем выходы первого и второго интеграторов соединены с входами соответственно первого и второго блоков возведения в третью степень, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, третий вход которого через инвертор соединен с выходом первого интегратора, выход сумматора подключен к второму входу блока умножения, выход которого соединен с вторым входом второго интегратора.

На фиг. 1 представлена схема примера выполнения предлагаемого устройства; на фиг. 2-6 - примеры воспроизводимых устройством пластических, перетянутых и пропеллерных петель гистерезиса; на фиг. 7 - таблица значений коэффициентов передачи соответствующих операционных блоков, при которых получены петли, представленные на фигурах 2-6 (знаки этих коэффициентов даны без учета изменения полярности сигналов операционными блоками).

Устройство состоит из информационного входа по сигналу скорости X(t) первого параметра, пзрвого выхода по сигналу первого параметра XI(T), второго выхода по сигналу второго параметра X2(t), первого 1 и второго 2 интегоаторов, блока 3 умножения, первого 4 и второго 5 блоков возведения в третью степень, блока 6 выделения модуля, сумматора 7 и инвертора 8. Блок возведения в третью степень может быть выполнен на двух блоках умножения с инвертором или без него, а блек выделения модуля - на блоке идеалоного диода и сумматоре.

Работу устройства рассмотрим на примере моделирования пропеллерной петли гистерезиса диэлектрика при его переполяризации.

В процессе моделирования сигнал скорости изменения первого параметра Xi(t) E(t), соответствующий скорости изменения напряженности электрического поля E(t), с информационного входа устройства поступает на вход блока 6 выделения модуля, на первый входе коэффициентом передачи К21 второго интегратора 2 и на вход первого интегратора 1, с выхода которого сигнал первого параметра Xi(t) E(t), соответствующий напряженности электрического поля E(t), поступает на первый выход устройства. Одновременно этот сигнал через инвертор 8 подают на третий вход с

коэффициентом передачи сумматора 7, а через первый блок 4 возведения в третью степень на первый вход с коэффициентом передачи того же сумматора 7, с выхода

которого сигнал суммы поступает на второй вход блока 3 умножения, на первый вход которого подают сигнал с выхода блока 6 выделения модуля, соответствующий lXi(t) I I E(t) I. Сигнал произведения с

выхода блока 3 умножения поступает на второй вход с коэффициентом передачи К22 второго интегратора 2, с выхода которого сигнал второго параметра X2(t) P(t), соответствующий поляризации P(t), поступает

на второй выход устройства и через второй блок 5 возведения в третью степень на второй вход с коэффициентом передачи сумматора 7.

В результате устройством воспроизводится пропеллерная петля диэлектрического гистерезиса Р(Е), пример которой представлен на фиг. 6.

В общем случае устройство по сигналу скорости изменения первого параметра Xi(t) воспроизводит в аналоговом виде гистерезисное частотно-независимое соотношение между параметрами состояния Xi(t) и X2(t) моделируемого элемента, описываемое системой

Xi(t) /0Xi(t)dt + Cxi ;

X2(t)/0X2(t)dt + Cx2.;

X2(t) KxXi(t) + KriX23(t) + Kr2Xi(t) + +Kr3Xi3(t)( Xi(t) ,

где Xi(t), Xi(t)- первый параметр состояния и его скорость;

X2(t), X2(t) - второй параметр состояния и его скорость;

Cxi, Сх2 - начальные условия интегри- рования соответственно первого 1 и второго 2 интеграторов;

Кх - коэффициент крутизны характеристики X2(Xi) в начальный момент воздействия на моделируемый элемент при Xi(0) О иХ2(0) 0;

Км, КГ2, КгЗ- коэффициенты составляющих внутреннего гистерезисного трения в материале моделируемого элемента,

В устройстве физические переменные моделируемого элемент отображаются электрическими напряжениями, поэтому коэффициенты передачи исполььуемых операционных блоков по их соответствующим входам можно определить с помощью соот- ношений

К21 МхКх, К22К71 МгЗКгЗ. К22К12 МмКм, К22К73 Mr2Kr2 ,

где М - обозначение соответствующего масштабного коэффициента.

Формула изобретения

Устройство для моделирования петли гистерезиса, содержащее первый и второй интеграторы, сумматор, блок выделения модуля, блок умножения, информационный вход устройства соединен с входами первого интегратора и блока выделения модуля, выходы первого и второго интеграторов являются соответственно первым и вторым выходами устройства, выход блока выделения модуля соединен с первым входом блока умножения, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет воспроизведения составляющих

внутреннего гистерезисною трения элементов с пластическими, перетянутыми и пропеллерными петлями, в него введены инвертор, первый и второй блоки возведения в третью степень, причем выходы первого и второго интеграторов соединены с входами соответственно первого и второго блоков возведения в третью степень, выходы которых подключены соответственно к

первому и второму входам сумматора, третий вход которого через инвертор соединен с выходом первого интегратора, выход сумматора подключен к второму входу блока умножения, выход которого соединен с вторым входом второго интегратора.

Изобретение для моделирования петли гистерезиса относится к аналоговой вычислительной технике. Целью изобретения является расширение области применения за счет воспроизведения составляющих внутреннего гистерезисного трения элементов с пластическими, перетянутыми и пропеллерными петлями. Устройство содержит два интегратора, блок умножения, два блока возведения в третью степень, блок выделения модуля, сумматор и инвертор. 7 ил.

X(i)

с Г---Н

/Ji)

L

L5J

7

-оY /«

Л f ilФиг 1

Ч

г

I

-10

фиг. 6