Сеточная модель Советский патент 1981 года по МПК G06G7/46 

(54) СЕТОЧНАЯ МОДЕЛЬ

вость работы достигается благодаря включению узла измерения в контур отрицательной обратной связи , образованн сеткой и операционным усилителем с инвертирующим входом. Особенностью работы такой сеточной модели является смещение поля узловых потенциалов сетк на величину измеряемого потенциала с образованием нулевой разности потенциалов между узлом измерения и нулевой ш«шой устройства 2.

Однако такое смещение возможно только относительно одного узла сетки, и, следовательно, непосредственное определение тока на указанной модели, тре-;

бующее измерения потенциалов в двух соседних узлах, невозможно. Это может быть достигнуто только путем последовательного измерения потенциалов сначала в одном узле, а затем - в соседнем с и последующего вычисления значения тока по найденным величинам узловых потенциалов, что приводит с одной стороны, к снижению общего быстродействия, а с другой - к потере точности вследствие погрещности вычислений.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности моделирования.

Поставленная цель достигается тем, что в сеточную модель, содержащую сетку, одни входь) которой подключены к выходам блоков задания граничных условий, а другие входы - к выходам

блока задания начальных условий операционный усилитель, вход которого подключен к первому узлу RC-сетки, а выход операционного усилителя соединен с входами блок задания начальных и граничных урловий, и блок регистрации, дополнителыно введены первый и второй масщтабные инверторы, ключ, инвертор и масштабирующий резистор, причем вход первого масштабного инвертора соединен со вторым узлом R С-сетки, а выход первого масщтабного инвертора через второй масштабный шшертор подключен к первому выходу масштабирующего резистора и размыкающему контакту клю- ча, подвижный контакт которого соединен с выходом блока регистрации, второй выход масштабирующего резистора подключен к первому узлу Р С-сетки, выход еоперационного усилителя соединен с входом

, инвертора, выход которого подключен к замыкающему контакту ключа.

На чертеже представлена функциональ ная схема сеточной модели.

Устройство содержит блок Т С-сетки 1, образованной координатными резисторами 2 и узловыми ко1щенсаторами 3 с узлами Т С-сетки 4 и 5, блок 6 задания граничных условий, блок 7 задания начальных условий, операционный усилитель 8, инвертор 9, первый масштабный инвертор Ю, второй масштабный инвертор 11, блок 12 регистрации, резисторы 13 и 14, масштабирующий резистор 15, резисторы 16 и 17 и ключ 18.

Устройство работает следующим образом.

В момент пуска модели блока граничных и начальных условий начинают генерировать напряжения, поступающие на Входы Т2 С-сетки. В узлах последней, и в частности в выбранных узлах измерения, начинаются переходные процессы, представляющие собой результат решения задачи. Операционный усилитель 8 и масштабные инверторы 10 и 11, взаимодействуя между собой и Т С-сеткой, обеспечивают непрерывное сложение за величинами потенциалов в узлах измерения и вычислейие их разности (пропорциональной искомому току).

Результаты измерений через ключ 18 (обеспечивающий выбор режима измерения поступают на вход регистрирующего блока.

Условием баланса 8 является наличие нулевого напряжения на входе операционного усилителя (относительно общей Шины мод ел и), т.е. в первом узле 4 Р Ссетки, что может быть выражено равенством

(1)

4 0

Выполнение этого условия обеспечивается автоматическим изменением выходного напряжения усилителя 8.

Напряжения, близкие к нулю, появляются в результате действия обратных связей через резисторы 16 и 17 также и на входах масштабных инверторов 1О и 11, т.е. в точках соединения резисторов 13 и 16 и 14 и 17.

Если предположить, что подключение между первым и вторым узлами измерения масштабных преобразователей-инверторов не влияет на распределение ток в рассматриваемой схеме, то выполнение условия (1) означает уменьшение потенциалов всех узлов Т С-сетки на величину искомого потенциала в первом узле R С-сетки 4

V -V - V

(2)

-I С. fcblX. где V - потешшал в i -ом узле Т СU-j - напряжение на узловом ковден саторе в i -ом узле Т С-сетк выходное напряжение усилителя 8, причем в силу равенства(1 .-V4-V,--V,, где V., - искомое напряжение в первом узле R С-сетки. Так как изменениена одну и ту же величину всего поля потенциалов сетки не нарушает характера исследуемого пр цессэ, то выходное напряжение операционного усилителя 8 представляет собо искомое решение в первом узле измерения, взятое с противоположным знако и после инвертирования фиксируется бло ком 12 регистрации. Таким образом в верхнем положении клвэча 18 имеет мес то режим измерения потенциалов. Всле ствие того, что потенциал в первом узл измерения практически равен нулю, потребление тока входной цепью урилителя 8 пренебрежимо мало, что обеспечивает высокую тоность измерения. Приведенные рассуждения справедливы в предположении отсутствия искажаю щего влияния масштабных инверторов 1О и 11. Это обеспечивается выбором величин сопротивления резисторов 13, 16, 14, 17 и масштабирующего резист ра 15, а также изменением величины сопротивления резистора 2 R С-сетки, включенного между узлами R С-сетки с таким расчетом, чтобы выполнялись условия - ( 9T-bKi :ir), (&) К-in 2 где R. -исходное значение сопротивления резистора 2; -измененное значение со. противления резистора 2; 1а.. -коэффициент передачи масштабного преобразователяинвертора Ю; - коэффиценгг к.-тг.о/с передачи масштабного преобразователяинвертора 11; р и р р t - сопротивления ) резисторов 13, 14, 15, 16 и 17. При этом , как видно из схемы, ток, протекающий между узлами С-сетки, не будет зависеть от подклкнения масштабных преобразователей-инверторов, к, следовательно, условия протекания процессов в узлах измерения не нарушаются. Из равенства (З) следует, что потенциал во втором узле измерения относительно обшей шины модели равен разности искомых наг5 яжений в первом и втором узлах, так как напряжение на конденсаторе во втором узле есть результат решения задачи для этого узла сетки, а выходное напряженке усилителя 8 есть инвертированный результат решения для первого узла измерения.. Таким образом, выходное напряжение масштабноги инвертора 11 пропорционально искомой величине тока, протекающего между выбранными узлами измерения (через координатный резистор). Коэффициент передачи К устанавливается, исходя из условия (5) ив соответствии с выбранным масштабом по току, измерение которого, как видно из схемы, производится в нижнем поло- . женин ключа 18. Таким образом, при выполнении .перечисленных условий на модели могут быть непосредственно замерены и напряжения и токи без внесения какАзх-либо искажений в исследуемый .прсщесс. Формула изобре. тения Сеточная модель, содержащая Я С-сетку; одни входы которой подключены к выходам блоков задания граничных условий, а другие входы - к выходам блока задания начальных условий, операционный усилитель, вход которого подключен к первому узлу RС-сетки, а выход опера-, ционного усилителя соединен с входами блоков задания начальных и граничных условий, и блой регистрации, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности моделирования, она дополнительно содержит

первый и второй масштабные инверторы, ключ, инвертор и масштабирующий резистор, причем вход первого масштабного инвертора соединен со вторым узлом RC-сетки, а выход первого масштабного инвертора через второй масштабный инвертор подключен к первому выходу масштабирующего резистора и размыкающему контакту ключа, подвшкный контакт которого соединей с выходом.блока регистрации, второй выход масштабирующего резистора подключен к первому узлу R Ссетки, выход операционного усилителя

оединен с входом инвертора, выход которого подключен к замыкающему контакту ключа.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1 . Карлюс У, Моделирующие устройства для решения задач теории поля. М., Иностранная литература , 1962, с. ЗО9.

2. Авторское свидетельство СССР N 517О28, кл. 606 G 7/48, 1974 (прототип).