Устройство для решения обратнойзАдАчи ТЕплОпРОВОдНОСТи Советский патент 1981 года по МПК G06G7/56 

I

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для определения коэффициентов теплообмена между средой и поверхностью тела по известным температурам некоторых точек внутри тела в случае решения обратной задачи нестационарной теплопроводности.

Известно устройство для решения обратных задач нестационарной теплопроводности, содержашее функциональные преобразователи, усилители постоянного тока, управляемый стабилизатор тока, РС-сетки, блоки перемножения 1.

Однако это устройство является по своей структуре замкнутой системой управления и характеризуется наличием систематической динамической ошибки, что обусловливает значительную погрешность при решении обратных задач.

Наиболее близким по технической суш,ности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для решения задач теплопроводности, содержашее пассивную модель, блок питания, следяшие системы, выполненные в виде сервопривода, усилители, сумматоры, блок сумматоров-вычислителей, регулируемые резисторы, делитель напряжения 2.

Однако возможности этого устройства ограничены лишь решением стационарных задач, когда в качестве пассивной модели используется R-сетка или сплошная проводяшая среда, например электропроводная бумага. В случае же решения нестационарных задач в качестве пассивной модели обычно используется RC-сетка. ввиду того, что период решения задачи на RC-сетке составляет всего несколько десятков микросекунд, инерционность исполнительных элементов электромеханической следяшей системы, используемой в известном устройстве, не позволяет оперативно изменять величину регулируемых резисторов со скоростью решения задачи. Это обстоятельство не позволяет решать обратные задачи нестационарной теплопроводности с помощью известного устройства.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет возможности решения нестационарных задач и повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержашее RC-сетку, узловые точки которой подключены к первым входам сумматоров-вычислителей, вторые входы которых соединены с выходами первого функционального формирователя, выхЬды цумматоров-вычитателей подключены к входам сумматора, выход которого соединен с входом усилителя, следящие системы, каждая из которых выполнена в виде сервопривода, ротор которого механически связан с подвижным контактом соответствующего регулируемого резистора, первые выводы которых соединены с выходом второго функционального формирователя, введены генератор тактовых импульсов и две группы ключей, причем информационные входы ключей первой и второй групп соединены,с вторыми выводами регулируемых резисторов и выходом усилителя соответственно, выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющим входам ключей групп, выходы которых соединены соответственно с граничным узлом RC-сетки и входами сервоприводов. На чертеже представлена блок-схема устройства для решения обратной задачи теплопроводности. Устройство состоит из функциональных формирователей 1 и 2, RC-сетки 3, сумматоров-вычитателей 4, сумматора 5, усилителя 6, двух групп ключей 7 и 8, сервоприводов 9, регулируемых резисторов 10, генератора 11 тактовых импульсов. Устройство работает следующим образом Сигналы U(t) из узловых точек модели 3 в момент времени to-t i поступают на вход сумматоров-вычитателей 4, на вторые входы которых подаются сигналы с выходов функционального формирователя 2. Этот формирователь формирует напряжения U(t) пропорциональные температурам Т(1) в некоторых точках тела и изменяющиеся во времени по известному закону. Формирователь 1 вырабатывает сигнал, пропорциональный температуре среды. В это время одноименные ключи групп 7 и 8 замкнуты, а остальные разомкнуты. С выхода сумматоров-вычитателей 4 сигналы рассогласования Up(t) U(t) -U(t) поступают на сумматор 5, а затем суммарный сигнал рассогласования U(t) подается на вход усилителя 6 и через соответствующий замкнутый ключ группы 8 на управляющую обмотку соответствующего сервопривода 9, ротлр которого, вращаясь, изменяет положение движка одного из регулируемых резисторов RI, а, следовательно, и величи-ну его сопротивления. Это, в свою очередь, приводит к изменению величины тока, втекающего в RC-сетку, а, значит, и величины потенциалов узловых точек. В момент времени t замыкается следующая пара ключей групп 7 и 8, остальные разомкнуты и в период сигнал рассогласования U5(t) управляет величиной резистора R и т. д., соответственно для периодов tz-ta... tj.., -t i. , где i - количество участков аппроксимации функции T(t). За счет перио. дизации процесса, характерной для RC-сеток рещение может повторяться до тех пор, пока сигналы рассогласования ) соответственно для периодов to-ti, ti-tj, ...., t.-., -t I не становятся равными нулю. Это означает, что сопротивления R, R,.... RI достигли величин, соответствующих внещним термическим сопротивлениям на этом участке поверхности в определенные периоды времени, величина коэффициента теплообмена в этом случае определяется по формулеfj() - R(t) К гдеf -сопротивление сетки между граничным узлом и узлом, ближайщим к граничному, Ь,- шаг RC-сетки, А -коэффициент теплопроводности, R(t)- величина регулируемого резистора, отработанная устройством в определенные периоды времени tg, t....t . Таким образом, благодаря итерационному режиму, который достигается схемным путем, а именно (введением групп ключей и генератора тактовых импульсов расширяются функциональные возможности устройства. Формула изобретения Устройство для рещения обратной задачи теплопроводности, содержащее RC-сетку, узловые точки которой подключены к первым входам сумматоров-вычитателей, вторые входы которых соединены с выходами первого функционального формирователя, выходы сумматоров-вцчитателей подключены к входам сумматора, выход которого соединен с входом усилителя, следящие системы, каждая из которых выполнена в виде сервопривода, ротор которого механически связан с подвижным контактом соответствующего регулируемого резистора, первые выводы которых соединены с выходом второго функционального формирователя, огл«чающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет возможности решения нестационарных задач и повышения точности, в него введены генератор тактовых импульсов и две группы ключей, причем информационные входы ключей первой и второй групп соединены с вторыми выводами регулируемых резисторов и выходом усилителя соответственно, выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющим входам ключей групп, выходы которых соединены соответственно с граничным узлом RC-сетки и входами сервоприводов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Прокофьев В. Е. К решению обратных задач нестационарной теплопроводности на

электрических моделях. ИФЖ, т. XXiJ, № 2, 1972, с. 310-315.

2. Авторское свидетельство СССР № 297970, кл. G Об G 7/46, 1969 (прототип).