Устройство для решения нелинейныхзАдАч СТАТичЕСКОгО МАгНиТНОгОпОля Советский патент 1981 года по МПК G06G7/46 

Изобретение относится к аналоговой и гибридной вычислительной технике и используется при моделировани статистического магнитного поля в ферромагнитной среде. Электрическое моделирование физических полей представляет собой дискретную Эс1мену моделируемой области электрической цепью с сосредоточенными параметрами, модель получается в виде электрической сетки. Моделирование статического магнитного поля на электрической сетке сводится к моделированию нелинейного уравнения второго порядка в частных производных () где - магнитная проницаемость, которая зависит не только от координат X, у, но и от потенциала Чм и частных производных , Ц Нелинейные свойства ферромагнитной среды выражаются основной кривой намагни-: чивания в(Н) или зависимостью магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля(Н), которая при нимается заданной. Для электрической сетки с равномерным шагом д х -д у по зависимости Д(Н) может быть полу-, чена зависимость g{U) для отдельной | дискретной ячейки электрической сетки, где и 1Л U5t+ и. Однако непосредственное использование нелинейных проводимостей с зависимостью g(U) не представляется возможным, так как в существукяцих сеточных моделях можно обеспечить зависимости вида Qx f(лих); gy - f(ли) Это несоответствие можно исключить, если в качестве базового элемента дискретно-аналоговой сеточной модели применить широтно-импульсную управлякяцую проводимость с зависимостями вида дх 9у f(U), где и -Т|ди + U В случае кусочно-линейной аппроксимации характеристики g(U) с достаточной точностью ее можно представить участками прямых gк.. для элементов сеточной модели д -дчЭн+Ьци. Известно .устройство для моделирования нелинейных задач, содержащее сеточный интегратор, генератор напряжения специальной Люрмы tlj

Однако оно не применимо при моделировании статического магнитного поля.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для моделирования объектов с распределенными параметрами, содержащее сеточную модель, каждая дискретная ячейка которой содержит первую и вторую пару управляемых проводимостей, генератор напряжения специальной формы и схему сравнения, которое позволяет моделировать линейные и нелинейные объекты управления с распределенными параметрами 2,

Недостатком указанного устройства явдя.ется низкая точность.

Цель изобретения - повь1шение точности.

Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее сеточную модель и генератор напряжения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, введены элемент ИЛИ, блоки вычитания, функциональный преобразователь и блок формирования временных интервгшов, выход которсзго подключен к первому входу элемента ИЛИ, а его выход соединен с управляющими входами управляемых резисторов сеточной модели, узловые точки которой подключены соответственно ко входам блоков вычитания, их выходы соединены со входами функционального преобразователя, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения, его выход соединен ей вторым входом элемента ИЛИ.

Кроме того, функциональный преобрзователь содержит элементы сравнения блок задания нелинейности, управляемые резисторы, масштабные резисторы, дифференциальный усилитель, широтноимпульсный. модулятор и генератор пилообразного напряжения, выход которого через блок задания нелинейности соединен с первыми входами широтноимпульсного модулятора и элементов сравнения, вторые входы элементов сравнения являются входами функционального преобразователя, выходы элементов сравнения подключены к управляющим входам соответственно первого и второго управляемых резисторов, одни выводы которых объединены и соединены с шиной нулевого потенциала и через последовательно соединенные масштабные резисторы - с источником постоянного напряжения, подключенным черфз-третий управляемый резистор к другим выводам первого и второго управляемыхрезисторов и к первому входу дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с общим выводом масштабных резисторов, выход дифференциального усилителя является выходом функционального пре.образователя и подключен ко второму входу широтно-импульсного модулянора, выход которого соединен с управляющим входом третьего управляемого резистора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 схема функционального преобразования .

Устройство содержит сеточную модель 1, к каждому узлу которой подключены первая и вторая пара управляемых резисторов 2,3 и конденсатор 4. Узел 5 управления параметрами сеточной модели 1 состоит из вычитающих блоков 6, 7, функционального преобразователя 8, блока 9 сравнения, элемента ИЛИ 10. Кроме того, устройство содержит генератор напряжения специальной формы 11 и блок 12 формирования временных интервалов.

Функциональный преобразователь 8 с.одержит масштабные резисторы 13, 14,

0 управляемые резисторы 15, 16, 17, шину 18 источника постоянного напряжения и шину 19 нулевого потенциала, дифференциальный уйилитель 20, широтно-импульсный модулятор 21, генеf ратор 22 пилообразного напряжения, блок 23 задания нелинейности и элементы 24, 25 сравнения.

Устройство работает следующим образом.

0 Среднее значение величины резисторов 2, 3, в качестве которых используются широтно-импульсные управляемые проводимости, представЯякяцие собой цепочку из последовательно

5 соединенных постоянного резистора и ключевого элемента, определяется относительной длительностью импульсов прямоугольного напряжения, подаваемых на ключевой элемент. Для Формирования этого напряжения использован специальный узел 5 управления параметрамисеточной модели 1, представляющий собой вычислительное устройство, вырабатывающее напряжение, относительная длительность импульсов которого соответственно определяется величинами выходных напряжений дискретной ячейки сеточной модели 1 и формой развертывсцощегося напряжения, вЕлрабатываемого генератором

0 напряжения специальной формы 10. Форма этого напряжения определяется характером нелинейных свойств моделируемой среды и в рассматриваемом случае ферромагнитной среды оно равно

5 иф(1) пТ t i (п+1)Т Напряжение с отдельной дискретной ячейки сеточной модели 1 поступает . на блоки б, 7. На их выходах формируются напряжения ,, и Uy 113-04, которые подаются на функциональный преобразователь 8. В качестве функционального преобразователя используется мостовое вычислитех1ьное устройство. Полученные напряжения поступают на элементы 24, 25 сравнения,

5 куда также с блока 23 подается развертывающее напряжение вида uMt), На выходе элементов 24, 25 формируются прямоугольные импульсы, относительная длительность которых со ответственно пропорциональна квадратам входных величин. Эти импульсы по даются на управляемые резисторы 15, 16 электрического моста так, что среднее значение их проводимости оказывается пропорционально относительной длительности прямоугольных импульсов. Поскольку управляемые резисторы 15, 16 включены параллельно,, то их общая эквивалентная проводимость будет пропорциональна сумме относительных длительностей, или сумме квадратов входных величин. Управляемые 15-17 и масштабные 13, 14 резисторы включены так, что в целом мост выполняет математическую операцию сложения квадратов входных напряжений дУх и Uy. При изменении одного из напряжений ди или ally изменяется относительная длительность прямоугольных импульсов, что влечет за собой изменение проводимости плеч моста и нарушает его балансное состояние. При этом в диагоНсши мостовой схемы появится напряжение разбаланса, которое усиливаетс дифференциальным усилителем 20 и поступает на широтно-импульсный модулятор 21, куда также с выхода блока 23 задания нелинейности поступает развертывающее напряжение, пропорцио нальное корню квадратному из напряжения генератора 22 пилообразного напряжения, равного Цп. На выходе широтно-импульсного модулятора образуются прямоугольные импульсы, которые поступают на управляющий вход управляемого резистора 17, проводимость которого изменится так, что приведет мостовую схему в состояние равновесия. Мостовая схема в этом случае представляет собой замкнутую систему регулирования, питание которой осуществляется источником постоянного напряжения через шины 18, 19 В уравновешенном состоянии выход,ное напряжение дифференциального уси лителя оказывается равным и 1ли + ли§- , И в виде постоянного напряжения поступает на блок сравнения 9 (компа-т ратор), куда также с генератора напряжения специальной форкы 11 поступает развертывающее напряжение специальной формы иф(1). Момент включения блока 9 сравнения, который испол зуется в качестве широтно-импульсного модулятора, определяется из условия и (t) и (t ), из которого следует, что относительная длительность прямоугольных импульсов равна ,1 Тп и Полученный сигнал поступает на первый вход элемента ИЛИ 10, куда также с блока формирования временных интервалов 12 подаются прямоугольные импульсы с относительной длительностью jГ, характеризующие начальное значение узловой проводимости. На выходе элемента ИЛИ образуются прямоугольные импульсы, относительная длительность которых равна У Г„ Т-Гм - ; Полученные управляющие прямоугольные импульсы подаются на управляющие входы управляемых резисторов 2, 3 сеточной модели 1, величина которых равна Конденсатор 4 выполняет роль усредняющей емкости. , Получение управляющих сигналов ;время-импульсного типапозволяет производить непрерывное изменение в процессе решения задачи величин узловых проводимостей дискретных ячеек сеточной модели в функции ее напряжений и нелинейных свойств моделируемой среды, что расширяет класс решаемых задач, а также повышает точность. Формула изобретения 1.Устройство для решения нелинейных задач статического магнитного поля, содержащее сеточную модель и генератор напряжения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в устройство введеныЭлемент ИЛИ, блоки вычитания, функциональный преобразователь и блок формирования врег менных интервалов, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющими входами управляемых резисторов сеточной модели, узловые точки которой подключены соответственно ко входам блоков вычитания,выходы которых соединены со входами функционального преобразователя, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения, выход которого соединен со вторим входом элемента ИЛИ. 2.Устройство ПОП.1, о т л и чающееся тем, что функциональный преобразователь содержит элементы сравнения, блок задания нелинейности, управляемые резисторы, масштабные резисторы, дифференциальный усилитель, широтно-импульсный модулятор и генератор пилообразного напряжения, выход которого через блок задания нелинейности соединен с первыми входами широтно-импульсного моулятора и элементов сравнения, вторые входы элементов сравнения явля-ются входами функционального преобразователя, выходы элементов сравнения подключены к управляющим входам соответственно первого и второго управляемых резисторов, одни выводы которых объединены и соединены с шиной нулевого потенциала и через последовательно соединенные масштабные резисторы - с источником постоянного напряжения, подключенным через третий управляемый резистор к другим выводам первого и второго управляемых резисторов и к первому входу дифференциального усилителя, второй

вход которого соединен с общим выводом масштабных резисторов, выход дифференциального усилителя является выходом функционального преобразователя и подключен ко второму входу широтно-импульсного модулятора выхо которого соединен с управляющим входом третьего управляемого резистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 481043, кл. G Об G 7/46, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР

466518, кл. G 06 G 7/48, 1973 (прототип) .

J N

J9

IS

20

Z1

/J

-CZh

/

/Ч t

lit

li