Устройство для моделирования процесса теплообмена Советский патент 1979 года по МПК G06G7/56 

I :

Изобретение относится к области анаоговой вычислительной техники И предназначено для моделирования коэффициентов теплообмена между средой и поверхностью тела по известным Температурам екоторых точек внутри тела в случе|ё решения обратных нелинейных задач нестационарной теплопроводности.

Известно устройство, состоящее из сеточной модели, функциональных преоб разователей, управляемого стабилизатора тока, блока перемножения (

Это устройство является по своей структуре замкнутой системой управления и тсарактеризуется наличием систематической динамической ошибки. Точность работы устройства определяется величиной коэффициента усиления контура обратной связи К о.с .

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования процесса теплообмена, содержащее RC-сетку, граничная точка которой подключена, к первому входу первого блока нелинейности, к первому входу первого сумматора и к выходу второго блока нелинейности, первый вход которого соединен с выходом второго сумматора, первый вход которого подключен к граничной точке РгСч:етки, второй вход второго блока нелинейности соединен с выходом первого сумматора, второй вход которого подключен ко второму входу первого блока нел1шейности t2.

Недостатком известного устройства является недостаточная точность.

Целью изобретения является повьпнение точности.

Указанная цель достигается тем, что устройство содержит функциональные преобразователи, блоки памяти, интегратор, ключи и блок рассогласования, выход которого через интегратор подключен ft подвижному контакту первого ключа, замьткающий контакт которого соединен со входом первого блока памяти, выход которого подключен к размыкающему кон- такту второго ключа, подвижный контакт которого Соединен с выходом первого блока нелинейности, замыкающий контакт второго ключа подключен к выходу второ го блока памяти, вход которого соединен с размыкающим контактом первого клю- ча, выход КС-сеткй подключен к первому входу блока рассогласования, второй вход которого соединен с выходом перво го функционального преобразЬватсёля, выход второго функционального преобразова теля подключен ко второму входу второго сумматора. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит RC-сетку 1, первый и второй блоки нелинейности 2 и 3, блок рассогласования 4, функциональные преобразователи 5 и 6, интегратор 7, блоки памяти 8 и 9, ключи 10 и 11, первый и второй сумматоры 12 и 13. Устройство работает следующим обра- ЗОМ, . После применения к нелинеЙнВму урав нению теплопроводности одной из ййвеетных подстановок, например, подстановка Шнейдера . „ j- - ---, (Т) (l) последнее линеаризуется, однайб гранй«1ное условие третьего ряда c(t)VtbVt)J-A (2) остается нелинейньш и в случае часто рассматриваемой в приложениях линейной зависимости коэффициента теплопро- водности Л от температуры Т, то есть Л О + ЬТ, оно принимает вид 2(-№,- У)| . (з) Для Моделирования алгебраической нелинейностиоСТФ левой части уравнения (3) необходимо иметь блоки нёлйнёйности, характеристики которьтх носят парабо лический характер типа 3 лУФ . в качестве таких элементов могут быть использованы, HianpHMep электронные лам пы или полупроводниковые триоды, как биполярные, так и униполярные, у которы начальные участки выходных характеристик представляют собой семейство кривых параболического типа T-A-ir - Л и с различными коэффициентами А и показателями степени П . Величина Л определяется режимом работы электронного или полупроводникового прибора, который зависит от условий задачи. Так, в случае линейной зависимости ), функция Ф (Т) сказывается квадратичной и ,5. Величина коэффициента А в основном определяется сигналом на входе блока нелинейности. Коэффициент А является аналогом коэффициента теплообмена оС и, следовательно, последний на электрической модели может быть задан в виде напряжения на входе блока нелинейности. Изменяя напряжение смешения можно осуществить переход от одной кривой ЗаЛУи к другой, то есть иначе говоря, подбирая определение значения коэффициента А можно получить желаемый или искомый закон изменения кривой : - При решениЕг обратной Задачи теплопроводности с помощью блоков нелинейности осуществлйетСя моделирование обоих членов левой части уравнения (З), так как Ь данном случае неизвестным яйлйется коэффициент теплообмена, который входит в оба члена левой части уравнения. Уравнение (3) в конечно-разностной форме записывается следующим образом: 2ccfT -yS J 5, (4) где Ф Ф| - значения функций в граничной точке сеточной модели и в ближайшей к ней внутренней узловой точке, h - шаг сетки. Если к граничной точке RC-сетки 1, на которой моделируется преобразованное урабнение Теплопроводности iff- Jf бх буг подключить одинаковые блоки нелинейности 2 и 3 настроенные предварительно на режим с п 0,5 таким образом, чтобы ток через один из них втекал в RC-сетку, а через второй вытекал из нее, то для граничной точки можно будет записать .закон Кирхгофа. 2 з л(Уи,- Уи„) И, (в, гае 3.(n - ток, протекающий через блок нелинейности 2, Эл дУО - ок, протекающий через блок нелинейюсти и„-и„ 3. jf -т-- - ток, протекающий по сопротивлению между граничной точкой модели и внутренней точкой ближайшей к ней; Uj.) |ц - соответственно потенциал, пропорциональный зна чению функции 1g ; потенциалы граничной и ближа шей к ней внутренней то чек модели; I - сопротивление между этн «и точками. Сигнал на входах блоков нелинейност а, следовательно, и коэффициенты А в уравнении (6) устанавливаются автомата чески в результате обработки сигнала рассогласования И- остальными элементами устройства. Это происходит следующим йбразом. Сигнал из узловой точки RC-fceTEH 1 поступает на вход блока paccofitacoBa ния 4, на второй вход которого йодабТся напряжение с функциональногд гфеоб- разователя 5, соответствующее айачеййе Ф в указанной узловой точке. С ёы)сода блока рассогласойания 4 сигнал рассогласования U5 , пропорциональный ошибке между фактическим значенне1йШ в KoktpoftbHoft { -сётки и известнымИ- , nocTyintaeT на каор. йнтёгра- тора 7, а затем запоминается в блоке памяти 7 или 8 в зависимости от яопо-жения клкзча 10. Так какRC-ceTka работает с периодизацией ренгет,ия, то в течение одного пе эиода ключ 10 находится в правом (по чертежу) положении, а ключ 11 - левом. В этом случае вход блока памяти 9 подключен к выходу интегратора 7, а выход второго блока памяти 8 подключен к вход-У блока нели- нейности 2 и связанному с ним через сумматор 12 блоку нелинейности 3. Вто рой вход сумматора 12 подключен к гра ничному узлу RC-сетки 1 и на него подается потенциал) . Блок нелинейности 2 включен между этой же точкой и нулем -сетки, в то время как блок нелинейности 3 включен между граничной точкой с потенциалом 11 .„ и выходом сумматора 13. На входе сумматора 13 подаются соответственно потенциал граничной точкиХ.. и напряжение Up с функ ционального преобразователя 6 так, что 86 на выходе этого блока формируется на- пряжение (Ug T-UM)Рассмотренное схемное включение элементов обеспечивает такой режим работы устройства, при котором к блоку нелинейности 2 приложено напряжение, равное и (и, и через него протекает ток 3 г А YuJ . а к блоку нелинейности 3 приложено напряжение XJp и через :, него протекает ток ., причем коэффициент Айв первом, и во втором случаях пропорционален напряжению смещения Uji . Ток 3 втекает в 1 -сетку 1 и определяет новое распределение потенциалов в ее узловых точках. В течение второго периода ключи перехбдят в протйвополохшые положения, при которых блок памяти 8 запоминает новое значение сигнала рассогласования Up , а блок 9 оказывается пойкяюченным к входу блока нелинейности 2 и т. д. Таким образом, на входах блоков не- диейности 2 и 3 будет действовать вал управления- Ц, пропорциональный значейию коэффициента А в предьщущий период. Контур обратной связи при этом рйзо1 кнут и текугцее значение I запоминается одниК из блоков памяти. Через определенное число периодов устройство достигает такого состояния, при котором Ор - О. STO означает , что предыдущее значеЬие напряжения смещения Uj обеспечило искомый закон изменения кривой - У АУи. Благодаря такому режиму работы, при котором в процессе решения цепь обратной связи оказывается разомкнутой, исключается динамическая ошибка и устройство Дозволяет моделировать коэффициент теплообмена при решении обратных нелинейных задач теплопроводности с высокой степенью точности. Формула изобретения Устройство для моделирования процесса теплообмена, содержащее RC-сетку, граничная точка которой подключена к первому входу первого блока нелинейности, к первому входу первого сумматора и к выходу второго блока нелинейности, первый вход которого соединен с выходом второго сумматора, первый вход которого подключен к граничной точке RC-сетки, второй вход второго блока неинейности соединен с выходом первого

сумматфа, второй вход которого подключен ко второму входу первого блока нелинейности, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности, устройство содержит функциональные преобразователи, блоки памяти, интегратор, 1слючи и блок рассогласования, выход котррогЬ через интегратор подключен к подвижнсму контакту первого ключа, замыкающий контакт которого соединен со вхоаом первого блока памяти, выход ко topt подключён к размыкающему контащу ключа, подвижный контакт которого соединен с выходов первого блока нелинейности, замыкающий контакт Bfqfxwxji ключа подклк чен к выходу второ-

го блока памяти, вход которого соединен с размыкающим контактом первого ключа, выход РС-сетки подключен к первому входу блока рассогласования, второй вход которого соединен с выходом первого функционального преобразователя, выход BTOJx ro функционального преобразователя подключен ко второму входу втрого сумматс за.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Автс ское свидетельство СССР № 416708, кл. G 06 G 7/48, 1971.

2. свидетельство СССР № 378894, кл. G Об G 7/56, 1971. (прототип).