УСТРОЙСТВО для МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ Советский патент 1973 года по МПК G06G7/48 

1

Р1зобретение относится к моделирующим устройствам линейных систем и объектов.

В настоящее время одной из актуальных задач является разработка устройства для моделирования линейных систем и объектов по их экспериментальным динамическим характеристикам. Это объясняется тем, что часто известны переходная или импульсная переходная функция, а уравнения объекта неизвестны. Кроме того, моделирование объектов по их экспериментальным динамическим характеристикам обеспечивает более высокую точность воспроизведения динамических свойств.

Известны устройства, предназначенные для воспроизведения динамических свойств линейных систем и объектов по их динамическим характеристикам, которые могут быть получены как экспериментально, так и расчетным путем.

Известно моделирующее устройство содержащее кольцевой распределитель, запоминающие устройства, ключи, сумматоры и резисторы.

В таком устройстве каждый блок чистого запаздывания реализуется с помощью четырех-пяти усилителей постоянного тока. В связи с этим применение этого устройств приводит к сложной схеме модели, содержащей большое количество усилителей постоянного

2

тока, что существенно снижает точность воспроизведения динами.ческих свойств системы и затрудняет ее эксплуатацию.

Реализация блоков чистого запаздывани-я на инфранизких частотах, свойственных системам автоматического управления и объектам с большими постоянными времени, сопряжена с техническими трудностями, так как при это; возникает необходимость применения конденсаторов и резисторов с большими значениями параметров.

Невысокая точность воспроизведения динамических свойств моделируемого объекта и нестабильность работы вызывается дрейфом нуля усилителей постоянного тока.

Изменение масштаба времени модели в таком устройстве влечет за собой необходимость блоков чистого запаздываншя. Все это существенно ограничивает область применения известных моделирующих устройств, не обеспечивает высокой точности решения, затрудняет подготовку и их эксплуатацию.

Цель 113обретения - упрощение схемного решения, повышение стабильности работы, точности воспроизведения динамических сволств моделируемых объектов и улучшение эксплуатациоиных характеристик.

Это достигается тем, что в предложенном устройстве вход моделирующего устройства

соединен с входами всех блоков памяти, входы которых через резисторы своих групп соединены с входами ключей, а также с входом первого сумматора. Число блоков памяти, ключей, резисторов в группе, а также число групп резисторов соответствует числу ячеек кольцевого распределителя. Выходы ключей и выход первого сумматора соединены с входом второго сумматора, выход которого связан с выходом моделирующего устройства. Управляющий вход каждого блока памяти связан с управляющим входом соответствующего ключа и подсоединен к выходу одной из ячеек, причем управляющий вход каждого последующего блока памяти связан с выходом последуюи ей ячейки кольцевого распределителя.

На фиг. 1 показана схема устройства моделирования.

Схема содержит кольцевой распределитель /, ячейки 2i-2„ кольцевого распределителя, генератор 3 тактовых импульсов, блоки 4t-4п памяти, ключи 5i-5„, резисторы Ro, Ri-Rn блока 6i-6п резисторов, сумматоры 7i и /2.

На фиг. 2 изображена весовая фук1кция Wi(t) моделируемого объекта, смещенная в положительном направлен1ии по оси ординат на величину - Woi, соответствующую максимальному отрицательному значению, где TW-длительность весовой функции.

На фиг. 3 изображены эпюры напряжений з разных точках моделирующего устройства, где f/2i -(-/2„ - напряжения на выходах ячеек кольцевого распределителя,

f/Bx - входной сигнал моделирующего устройства, /4, ,, - напряжения на выходах

блоков памяти,

1(0 - n(t) - сформированные весовые функции,

Woi-Won - величины смещений формируемых весовых функций Wi(t) - Wn(t), - выходной сигнал моделирующего устройства.

В предложенном устройстве вход t/вх соединен с входами блоков памяти. Выход блока памяти через резисторы i-Rn своей группы соединен с входами ключей, а также через резистор Ro - с входом первого сумматора 7i. Число блоков памяти, число ключей и число резисторов в каждой группе соответствует числу ячеек кольцевого распределителя. Выходы ключей и выход первого сумматора связаны с входом сумматора /г, выход которого подключен к выходу моделирующего устройства. Управляющий вход каждого блока 4i памяти и управляющий вход соответствующего ему ключа 5, соединены между собой и подключены к выходу соответствующей ячейки 2г кольцевого распределителя.

Моделирующее устройство работает следующим образом.

С выходов ячеек кольцевого распределителя импульсы t/2, -1/2,; (фиг. 3) поступают на управляющие входы всех блоков памяти и ключей. При иоступлении импульса с одной из ячеек на управляющий вход соответствующего блока памяти происходит запоминание текущего значения входного сигнала C/j,x, который постоянно приложен к входу всех блоков намяти. Сигнал У,, -/74„ с выхода блоков памяти через резисторы своей группы подается та входы ключей.

В каждый момент времени оказывается открытым только один ключ, с выхода которого сигнал, определяемый величиной резистора, поступает на вход второго сумматора. Величины сопротивлений резисторов каждой группы при подготовке задачи устанавливаются пропорционально значениям смещенной но оси ординат на величину Woi (фиг. 2) весовой функции моделирующего объекта в дискретпые равноотстоящие моменты времени с периодом, равным длительности импульса ячейки кольцевого распределителя. Вследствие этого за период Т работы кольцевого распределителя, в течение которого на выходе блока памяти сохраняется заномненное значение входного сигнала с помощью группы резисторов и ключей, включенных на входе второго сумматора /2, фиксируется весовая функция моделируемого объекта, начало которой совнадает с моментом запоминания входного сигнала (фиг. 3).

Одновременпо сигнал с выхода блока памяти через резистор Ro и сумматор 7; поступает на вход второго сумматора 7z что обеспечивает вычитание составляющих Woi (фиг. 2) и формирование ва выходе второго сумматора весовых функций моделируемого объекта заданного вида (фиг. 2). Через период работы кольцевого распределителя, который соответствует длительности весовой функции, вновь происходит запоминание значения входного сигнала и в дальнейщем цикл работы повторяется.

Все блоки памяти и соединенные с их выходами через группы резисторов ключи работают аналогично. Однако в связи с тем, что управляющие входы блоков памяти и управляющие входы ключей подключены к ячейкам кольцевого распределителя со сдвигом, из запомненных в дискретные равноотстоящие моменты времени значений входного сигнала с помощью групп резисторов и ключей формируются весовые функции моделируемого объекта, сдвинутые одна относительно другой Hia длительность импульса ячейки кольцевого распределителя. Сумма этих весовых функций, получаемая на выходе сумматора /2, соответствует выходному сигналу УВЫУ моделируемого объекта (фиг. 2).

Если считать, что интервал сдвига стремится к нулю, то уравнение свертки

Bb,xW-jX()(-),(1)

где вых(0 - выходной сигнал;

(т) - входной сигнал; W(t-т) - весовая функция системы, сдвинутая во времени на интервал т, можно представить суммой следующего вида:

вых(0 Д J Bx(i А )) ( - i А ), (2)

где Дт - интервал сдвига,

которое и реализуется предлагаемым моделирующим устройством.

Таким образом, предлагаемое моделирующее устройство строится из простых однотипных блоков, схема, наладка и эксплуатация его проста. Устройство имеет щирокий динамический диапазон, так как может работать в диапазоне частот от инфранизких частот до -видеочастот, обладает высокой точностью воспроизведения динамических свойств моделируемых систем и объектов.

W;(t)

Предмет изобретения

Устройство для моделирования линейных систем, содержащее блоки памяти, блоки резисторов, сумматоры, ключи и кольцевой распределитель, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и увеличения его точности, в нем выходы блоков памяти соединены с входом первого сумматора через блоки

резисторов, выходы которых подключены к одному из входов ключей, соединенных по второму входу с первыми входами блоков памяти, вторые входы которых подключены к входным клеммам устройства, выходы ключей

и выход первого сумматора, соединены с входом второго сумматора, а к первому входу блоков памяти подключены ячейки кольцевого распределителя.

20

72 -йФиг, 1

; I 2

t

Ж

; гт...,-. . . .. ...

i-/ff/-/ ,.

iJ2Zw- - I- iJJxxlJx j: p2: :2z2zzzz: , .,.....,..,,..

.LLiMjJ.L;JJjJj.rnTlTtt..

..

-Ч

pTTxTTTTTTT lu