Устройство для моделирования распределенных объектов управления Советский патент 1975 года по МПК G06G7/48 

1

Изобретение относится к области аналоговой и гибридной вычислительной техники и предназначено для решения задач теории поля с произвольными граничными условиями, а также задач управления объектами с распределенными параметрами.

Известно устройство для моделирования распределительных объектов управления, содержащее / С-сетку, полевые транзисторы, последовательно соединенные усилитель постоянного тока и широтно-импульсный модулятор, в цепи обратной связи которых включен дополнительный полевой транзистор, и сток которого через первый резистор соединен со входом усилителя, к которому подключен второй резистор, конденсатор и через управляемый нелинейный элемент узловая точка RCсетки.

Недостаток его - невысокая точность из-за зависимости величин узловых проводимостей от величины и полярности напряжения между соседними узловыми точками / С-сетки, а также уровня потенциала каждой точки относительно нулевого. Первая причина обусловлена тем, что полевые транзисторы имеют нелинейную и несимметричную характеристику тока стока /о от напряжения «сток - исток /СИ при постоянном напряжении «затвор - исток t/эи- В то же время в модели величина и полярность напряжения между узловыми

точками в процессе решения изменяется, вследствие чего изменяется и ттроводимость gi канала транзистора. Второй причиной является сильное влияние на величину проводимости gi открытого транзистора напряжения t/зи. В / С-сетке оно не может быть постоянным, поскольку относительно нуля амплитуда открываюшего импульса Uy, подаваемого на затвор, неизменна, а потенциалы узловых точек относительно нулевого изменяются не только во времени, но и от узла к узлу.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности моделирования.

Согласно изобретению, указанная цель достигается тем, что между стоком и истоком каждого из используемых полевых транзисторов включены два последовательно соединенных резистора, к общей точке которых подключен через диод в прямом направлении затвор полевого транзистора, который через встречно включенный диод соединен с выходом широтно-импульсного модулятора.

На чертеже изображена принципиальная схема одного узла модели-сетки вместе со схемой управления.

Каждый узел модели-сетки 1 состоит из полевых транзисторов 2, истоки которых соединены между собой, образуя узловую точку

модели. Между узловой точкой и нулевым потенциалом включен конденсатор 3.

Управление параметрами модели осуществляется по затвору схемой управления 4, которая представляет собой последовательно соединенные усилитель 5 постоянного тока и широтно-импульсный модулятор 6, замкнутые отрицательной обратной связью, в цепь которой включен дополнительный полевой транзистор 7.

Элементы схемы 5, 6, 7 вместе со входным резистором 8 и усредняющим конденсатором 9, представляют собой компенсационную схему преобразования входного напряжения (/вх, подаваемого на входной зажим 10, в проводимость gi перехода «сток - исток полевого транзистора 7. Поэтому относительная длительность 7 прямоугольных импульсов Uy, действующих на выходе широтно-импульсного модулятора 6, пропорциональна проводимости gi. Эти импульсы, амплитуда которых изменяется от -и у до -i-U,, (максимально допустимых напряжений «затвор - исток для используемого типа транзисторов), управляют работой полевых транзисторов 2 и 7.

Следует отметить, что для управления параметрами модели вместо рассмотренной может быть использована и другая схема преобразования напряжения в проводимость, построенная, например, на основе балансного мостового вычислительного устройства.

Высокоомные, последовательно соединенные резисторы 11 одинаковой величины обеспечивают подачу половины напряжения «сток - исток LcH через диод 12 на затвор транзистора. За счет этого, как известно, достигается линеаризация стоковой характеристики (Ucii) полевого транзистора и симметричная работа его относительно полярности напряжения Ucn. Включение диодов 12 позволяет исключить влияние управляющего сигнала на потенциалы узловых точек в момент подачи на затворы полевых транзисторов запирающих импульсов

Устройство работает так, что наличие положительного управляющего широтно-импульсного сигнала обеспечивает разомкнутое состояние полевого транзистора независимо от величины потенциала узловой точки. При этом только должно выполняться условие

,.+f/o,

где с„ах- максимально возможное напряжение узловой точки модели-сетки;

Uo - напряжение отсечки, при котором полевой транзистор полностью закрыт.

При появлении на выходе щиротно-импульс5 ного модулятора 6 отрицательного импульса с амплитудой -t/ - - с ахДиод 13 закрывается. При этом величина внещнего управляющего сигнала, подаваемого на затворы всех полевых транзисторов, равна нулю. Поэтому проводимость канала полевого транзистора максимальна и не зависит от полярности напряжения «сток - исток при изменении его величины в пределах ±1 В. Этого вполне достаточно для эффективного использования полевого транзистора с управляющим р-«-переходом в качестве управляемой проводимости / С-сетки.

Для расширения диапазона изменения напряжения, при котором сохраняется линейность узловой проводимости, а также выравнивания величин проводимостей открытых транзисторов в схеме используются резисторы 14.

При решении нелинейных задач параметры сетки должны в процессе решения изменяться по заданным законам в функции получаемого решения. В модели это достигается за счет включения между узловой точкой RCсетки и входом усилителя 5 управляемого нелинейного элемента 15 с требуемой вольт-амперной характеристикой.

Формула изобретения

Устройство для моделирования распределенных объектов управления, содержащее RCсетку, полевые транзисторы, последовательно соединенные усилитель постоянного тока и широтно-импульсный модулятор, в цепи обратной связи которых включен дополнительный полевой транзистор, исток которого через первый резистор соединен со входом усилителя, к которому подключены второй резистор, конденсатор и через управляемый нелинейный элемент узловая точка С-сетки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, оно содержит дополнительные резисторы и диоды, причем между стоком и истоком каждого из полевых транзисторов включены два последовательно соединенных резистора, к общей точке которых подключен через диод в прямом направлении затвор полевого транзистора, который через встречно включенный диод соединен с выходом широтно-импульсного модулятора.

/Т