Устройство для моделирования нелинейных процессов Советский патент 1975 года по МПК G06G7/46 

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и предназначено для использования на моделях с непрерывным во времени процессом решения краевых задач теории поля. Применение предлагаемого устройства позволит моделировать процессы лучистого теплообмена в системе взаимодействующих между собой тел.

Известно устройство для моделирования нелинейных процессов, содержащее источник эталонного напряжения, выход которого через входной резистор и переход сток-исток МОП транзистора подключен соответственно к первому и второму входам дифференциального усилителя, выход которого соединен с затвором МОП-транзистора и через управляемые стабилизаторы тока - с входами двух сеточных моделей; входы дифференциального усилителя через резисторы обратной связи соединены с его выходом.

Однако такое устройство не обеснечиваег моделирования температурных полей в системе тел, между которыми происходит лучистый теплообмен.

Цель изобретения - расширение класса решаемых задач.

Это достигается тем, что предлагаемое устройство содержит две схемы сравнения, два управляемых резистора и генератор напряжения специальной формы, выход которого соединен с нервымн входами схем сравнения, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих управляемых стабилизаторов тока. Выход первой схемы сравнения соединен с управляющим входом первого управляемого резистора, подключенного параллельно переходу сток-исток МОП-транзистора.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит две сеточные модели 1 и 2, моделирующие первое и второе тело, управляемые стабилизаторы 3 и 4 тока с одинаковым коэффициентом передачи, дифференциальный усилитель 5 и генератор 6 напряжеНИН специальной формы. На входе усилителя 5 включены входной резистор 7 и МОП-транзистор 8. Параллельно им включены два управляемых резистора 9 и 10 времяимпульсного типа. В обратной связи усилителя 5 включены резисторы 11 и 12 обратной связи. Кроме этого, в состав устройства входят источник 13 эталонного напряжения и две схемы 14 и 15 сравнения. Клемма питающего )1апряжения обозначена позицией 16. В таком устройстве

в качестве гене)атора 6 напряжения специальной формы применяется обычный генератор периодических колебаний.

На фиг. 2 показан вариант устройства, в котором для управления величиной управляемого резистора 17 сеточной модели 1 или 2

используется сигнал генератора 18 импульсов переменной длительности, вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя 5. В качестве генератора импульсов может быть использован триггер Шмидта, управляемый мультивибратор или генератор Ройера. Для уравновешивания суммирующего моста используется изменение сопротивления управляемого резистора 19, включенного вместо резистора 12 обратной связи. В этой схеме резисторы 9 и 10 управляются не непосредственно сигналами схем 15 и 14, а через триггер 20 и две схемы «И 21 и 22.

Генератор напряжения специальной формы содержит генератор 23 пилообразного напряжения, функциональный преобразователь 24, схему «ИЛИ 25 и два ключа 26 и 27. Выходы схемы «ИЛИ 25 соединены с входами схем «И 21 и 22, на вторые входы которых подаются сигналы с триггера 20. В схеме использованы управляемые резисторы 17, 19, 9, 10, 11 времяим:пульсного типа. В качестве схем 14 и 15 сравнения может быть использована, например, регенеративная схема сравнения на основе блокинг-генератора.

Генератор 6 формирует напряжение специальной формы, причем первый полупериод напряжение линейное, а второй полупериод соответствует характеру исследуемого нелинейного процесса.

Рассмотрим принцип работы устройства на примере схемы, показанной на фиг. 1 при моделировании лучистого теплообмена.

Сеточные модели предназначены для моделирования исследуемых тел, между которыми происходит лучистый теплообмен. К граничным точкам каждой / С-сетки подключены выходы управляемых стабилизаторов тока. Эти блоки предназначены для преобразования действующего на их входе напряжения в пропорциональный ток. При этом один стабилизатор, например стабилизатор 4, одновременно производит инвертирование входного сигнала.

Дифференциальный усилитель 5 вместе с резисторами 9-12 представляет собой компенсационное мостовое вычислительное устройство, осуществляющее требуемые математические операции суммирования и возведения в степень. В этом устройстве дифференциальный усилитель 5 выполняет функцию нуль-органа, и выходное напряжение его является управляющим для стабилизаторов тока.

Существенной особенностью используемого моста является то, что в нем для получения на выходе аналогового сигнала в качестве компенсирующего регулируемого элемента используется линейная управляемая напряжением проводимость, состоящая из линеаризованного МОП-транзистора 8, постоянного входного резистора 7 и источника эталонного напряжения, в качестве которого применяется стабилитрон. Напряжение питания моста подается на клемму 16.

В качестве управляемых резисторов 9, 10

моста используются времяимпульсные управляемые резисторы, проводимости которых g;, и gz. Среднее значение этих проводимостей пропорционально относительной длительности Yi и Y2 прямоугольных импульсов, поступающих на их управляющие входы со схем 15, 14 сравнения. В качестве этих элементов могут быть использованы триггеры Шмидта, дифференциальные операционные усилители, последовательно соединенные регенеративная схема сравнения и триггер. Схемы 14 и 15 предназначены для преобразования потенциалов граничных точек t/n, и f/пг сеточных моделей 1 и 2 в прямоугольные импульсы, относительная

длительность которых пропорциональна четг,4

вертой степени от f/n, и f/ir , т. е. у2 ;

Д i

и

У2 Для этого один из входов каждого л

из схем сравнения подключен к граничной точке соответствующей модели, а второй - к выходу единого для всей модели генератора периодических колебаний, формирующего с

4 /

периодом Т напряжение U

Устройство работает следующим образом. Схемы сравнения непрерывно преобразуют напряжения и„, и Un, в прямоугольные импульсы. При этом среднее значение проводимостей g и gz составляет

go

-ul ; Я2

За счет большого коэффициепта усиления дифференциальный усилитель 5 минимизирует разность напряжений, действующих на его входах, тем самым автоматически уравновешивается мост за счет изменения проводимости входных элементов. В уравновешенном состоянии выходное напряжение усилителя 5

().

К AT

Это напряжение, пропорциональное лучистому тепловому потоку, преобразуется стабилизаторами 3 и 4 в ток, который задается в граничные точки сеточных моделей 1 и 2.

Предмет изобретения

Устройство для моделирования нелинейных процессов, содержащее источник эталонного напряжения, выход которого через входной резистор и переход сток-исток МОПтрапзистора подключен соответственно к первому и второму входам дифференциального усилителя, выход которого соединен с затвором МОП-транзистора и через управляемые стабилизаторы тока - с входами двух сеточных моделей, входы дифференциального усилителя через резисторы обратной связи соединены с его выходом, отличающееся тем,

65 что, с целью расширения класса решаемых

задач, оно содержит две схемы срабкения, два управляемых резистора и генератор напряжения специальной формы, выход которого соединен с первыми входами схем сравнения, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих управляемых стабилизаторов тока; выход первой схемы сравнения соединен с управляющим входом первого управляемого резистора, подключенного параллельно входному резистору, а выход второй схемы сравнения соединен с управляющим входом второго управляемого резистора, подключенного параллельно переходу сток- исток МОП-траизистора.