Модель для исследования систем с распределенными параметрами Советский патент 1974 года по МПК G06G7/48 

ДЛЯ ИССЛЩОВАНЙЯ СИСТЕМ С РАСПРЩЕЛИТЕЛЬНШИ ПАРЖЕТРАШ ля постоянного тока, к которому также через .нелинейный резистор подключена узловая точка моделисетки. На фиГа I приведена фуннцмо-Бальная схема предлагаемой модели на фиГо 2-элекТрическан схема одного узлового элемента моделм-сетки и устройства управления ее параметрамиОсновной частью модели явля ется модель-сетка 1 позволяющая моделировать область решаемой задачи и предназначенная для интегрирования дифференциальных уравнении в частных производных-. Для ав- томатического управления параметрами сетки I в функции внешнего сигнала управления или самого реше нкя модель содержит устройство 2„ Сетку также дополняют блоки 3-10, БЛОК 3 предназначен для задания начальных условий, а олок 4 задания в граничные точки сетки I потенциалов и токов, соответствующих граничным условиям. В случае решения прямых задач известные гра ничные условия формируются непосредственно в блоке 4 с помощью из Вхзстных устройств для задания граничных условий. При решении обратных и сопряженныхзадач, а также з дач управления граничные условия являются искомыми и формируются в процессе решения задачи с помощью электронных блоков, находящихся в аналоговом вычислительном устрой стве 5„ При этом электронные блоки в зависимости от постановки задачи соединяются по схеме известных уст ройств для решения обратных и сопряженных задач, а также задач управления. В общем случае устройство 5 предназначено для выполнения различных матем&тических и логических операций, вычисления производных характеристик поля, таких, как тер мическое удлинение тела, градиенты и скорости нарастания температур, взаимные перемещения отдельных де талей, термические напряжения, экв потенциальные линии поля и ТоД. С этой целью оно содержит усилители постоянного тока, интеграторы сум маторы, иножмтельно-дблительные устройства, элементы сравнения, ог раничители, нелинейные преобразоватвли, генераторы функций, Синхронизирующее устройство 6 выполняя роль датчика времени, предназначено для синхронизации ра боты всех блоков и устройств г «одели. Автоматический коммутатор , втоматическое измерительное устойство 8 и цифро-печатающее устойство предназначены соответствено для сбора, измерения и регистраии решения задачи Для визуальноо наблюдения за процессом решения, также ручного замера получаемых езультатов модель содержит индикатор 10 нестационарного режима. Основной особенностью моделисетки I является то, что в ней функции узловых резисторов выполняют МОП-транзисторы, работающи-е в ключевом режиме и для этого управ ляемые по затвору широтно-импульсным модулированным сигналом , вырабатываемым устройством 2 Сетка состоит из трехкоординатных элементов, в каждый из которых входит- по два МОП-транзистора II, истоки которых соединены между собойJ образуя узловую точку модели-сетки/ Между узловой точкой и нулевым потенциалом включен узловой конденсатор 12, Управление параметрами модели осуществляется по затвору выходным сигналом устройства 2, каждый элемент которого (см. фиг. 2) представляет собой последовательно соединенные усилитель 13 постоянного тока и широтно-импульсный ыодулятор 145 замкнутые отрицательной обратной связью, в цепи которой включен дополнительный МОП-транзистор 15. Управление работой МОП-транзисторов 11 и 15 осуществляется модулятором 14, выходное напряжение которого представляет собой модулированный по ширине импульсный сигнал, шлплитуда которого изменяется от нуля до максимально-допустимого для данного типа транзисторов напряжения затвор-исток. Элементы 13,14915 схемы вместе со входным резистором 16 и усредняющим конденсатором 17 представляют собой схему преобразования входного напряжения U{,o S подаваемого на за жим 18, в проводимость . перехода сток-исток МОП-траизистора 15. Действительно5 в любой интервал времени среднее значение тока, про текающего через транзистор 15, равно входному току,протекающему через резистор 16, При этом среднее значение проводимости перехода сток-исток транзистора 15 определяется входным напряжением подаваемый на зажим 18, и равно -I iETfe где E - опорное напряжение, ваеиое на входной зажим 19 ком, протиБополокным напряжению . Поскольку МОП-Транзисторы И управляются тем же импульсным напряженней, что и ШП-трапзисторы 15, то среднее значение их проводимостей также равно -.-р « Естесч венно, что при этоы величины внут ренних проводимостей транзисторо II и 15 Б замкнутом состоянии должны быть равны. Последнее може быть достигнуто либо за счет тщательного отбора траняисторов по ключевым параметрам, либо за счет включении носледователъно с ниыг. и параллельно ии дополнительных резисторов для выравнивания вн гтренних- проводииостей транзисторов в разомкнутом и замкнутом состоянии. В процессе решения задачи потенциалы узловых точек моделисетки и, следовательно, истоков МОП-транзисторов II изменяются в широких пределах, однако работоспособность схемы сохраннетея во всех случаях, когда выполняется ус л ови е 1 и i - U;A д r-..t., и и , где и ц напряжение, при котором транзистор входит в насыщение;максимально допустимое напряжение узловой точки ыодели-сеткм 1. Узловой конденсатор 12 блока I,моделируя инерционные свойства исследуемого объекта, является одновременно так же, как и конденсатор 17, усредняющим для иы пульсно-рравляемых проводииостей модели. Для улучшения сглаживания период следования управляющих ийпульсов должен быть мног меньшим постоянной времени модели соответствующим что достигается выбором рабочей частоты ыодуляторв Il. подаСО знаТаким ооразой устройство позволяет в широких пределах осуществлять плавное изменение величины узловых проводимостей цодели-сетки путем из енения входного напряжения, подаваемого на зажии 18, Это льет Еозможность осуществлять набор параметров модели путей подачи соответствуйщих напряжении на входные зажияы модели, что uoseT быть осуществлено либо вручную5 либо свтоуатически. При решении нелинейных задач параметры сетки должны в процессе решения изменяться по заданным законам в функции получаемого ре щения В модели это достигается за счет включения иежду узловой точкой иодели-сеткн I и входом усилителя 13 нелинейного сопротивления 20 с Ti.ie6jeuoii вольт-амперной характеристикой. Диоды 21 испол 3,ь)тся в модели дли предотвращения проооя МОП-транзистор-в в слу чае появления обрыва в цепи управjieiiHR, 1РВДУЕГ ИЗОБРЕТЕНИИ Модель для исследования систей с распределенН1ШИ параметрами, содержащая сетку на MOn-Tpanii ncTopaXjистоки которых соединены между собой и подключены через соответствующие 1;01 денсаторы к щипе Н:улеього потенциала, диоды, 1;еъииторы и усилители поотонпного тока, входи которых подключены к Влодным резисторам, усредняющим кондеи сатораы и через нелинейные резисторы- к соответствующим узлиу сетки, отличающаяся тем, что, с целью расширения области примениии) она содержит в каждом узле сетки дополнительный МОП-транзистор и ши ротно-пмпульсный модулятор, вход которого соединен с выходом cciOT ветствующего усилителя постияшюго тока, а выход присоединен чере.; диоды к щйне Нулевого потенциала и затворам УОП-транзисторов, приче меток дополнительного МОП-траизис тора соединен со входом усилитеип ПООТОЯНН(ПЧ) ТОКВ,

Фиг2

J