Устройство для моделированияэлЕКТРОМАгНиТНыХ пОлЕй Советский патент 1981 года по МПК G06G7/48 

1

Изобретение относится к устройствам ангшоговой и ангшого-цифровой вычислительной техники, преимущественно к моделированию полей при помсяци электрических сеток, и. может быть непользовано для моделирования электромагнитных полей в нелинейных ферромагнитных с&едах.

Известен кодоуправляемый элемент сеточной модели, содержащий блок проводимости, блок управления, программный блок, блок аналоговой памяти блок слежения и блок развязки. Изменение проводимости элемента происходит при этом от подключения ключевыми схемами разного числа дискретных проводимостей 111-

Недостатком кодоуправляемого элемента является невозможность моделирования задач в нелинейных средах.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому., изобретению яв-г ляется устройство для моделирования электромагнитных полей, содержащее сумматор, блок задания начальных помех, источник питания, компенсатор, аттенюаторы Г23

Недостатком устройства является нб возможность моделирования полей в нелинейных ферромагнитных средах.

Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности моделирования полей в нелинейных ферромагнитных средах. ,

Указанная цель достигается тем, i что в устройство для моделирования электромагнитных полей, содержащее сумматор, блок задания начальных услот ВИЙ, введены блок деления, блок извлечения квгщратного корня, датчик тока, источники входных напряжений, вариконд, блоки возведения в, квадрат и управляемые конденсаторы, соответственно соединенные с входами

5 блоков возведения в квадрат,их выходы, через сумматор подключены к входу блока извлечения квадратного корня, выЬсод которого соединен, со входом датчика тока, первый выход которого

0 подключен к первому входу блока деления, выходом соединенный е входом блока задания начальных условий, выходы которых соответственно подключены к управляющим входсм управляемых коиденсаторов, выход датчика тока подключен к второму входу блока деления и к одному выводу вариконда, другой вывод которого соединен с umной нулевого потенциала, выходы ис0 то ников входных напряжений подключены соответственно к выводам управляемых конденсаторов. .

На чертеже представлена блок-схема устройства, для моделирования электромагнитных полей.

Устройство содержит управляемые емкости 1-3, блоки 4-6 возведения в квадрат, сумматор 7, блрк 8 извлечения квадратного корня, датчик 9 тока, вариконд 10, блок 11 делен ия, блок 12 умножения на постоянные коэффициенты, блок 13 формирования, коэффициентов умножения, блок 14 начальных условий, состоящий из блоков 12 и 13, источники входных напряжений 15-17.

В качестве перестраиваемых ячеек матрицы трехмерной моделирующей среды в предлагаемом устройстве используются управляемые емкости 1-3, расположенные по трем взаимно перпендикулярным осям X, Y, Z. Значения управляемых емкостей устанавливаются в зависимости от изменения емкости вариконда 10 путем умножения величины,пропорциональной емкости вариконды на постоянный коэффициент в блоке умножения.

Величина,пропорциональная емкости вариконда, .образуется на выходе блок деления 11 и представляет собой частное от деления величины тока через вариконд 10 на напряжение между его обкладками, поскольку

С к1. к 1. и; 2J7f,

где С - емкость вариконда;

f - частота тока через вариконда;w - угловая частота.

Пространство между обкладками вариконда (нелинейного конденсатора) заполнено сегнетоэлектриком, электрическая проницаемость которого является функцией напряженности электрического поля, а емкость зависит от приложенного напряжения. Сегнетоэлектрики обладают доменной структурой и самопроизвольной поляризацией .

При воздействии на сегнетоэлектрик внешнего электрического поля в нем происходят процессы, идентичные процессам в ферромагнетиках - смещение границ доменов, скачкообразное изменение ориентации доменов и поворот векторов поляризацииПО внешнему полю. Сегнетоэлектрики обладают гистерезисом - явлением отставания изменения электрического смещения Д от изменения напряженности электрического поля Е. Как в ферромагнитных веществах,площадь гистерезясной петли в координатах Д, Е характеризует собой потери на гистерезисе.

Напряжение, прикладываемое к вариконду Ug5,p, представляет собой корень квадратный из суммы квадратов напряжений на управляемых конденсаторах по трем осям X. Y. Z

Ьаг f и + UJ ; и| Такая зависимость реализуется при помощи блоков 4-6 (7), (8), сумматора 7 и блоков 8 извлечения квадратного корня.

Изменение параметров моделирующей, среды в направлениях соответствутощих осей,в принципе, может производиться

либо подключением различного числа дискретных элементов (сопротивлений или конденсаторов) либо, как это делается в предлагаемом устройстве, изменением внутренних параметров

одних и тех же элементов (без подключения дополнительных). Эту задачу и решают блоки умножения на постоянные коэффициенты 12 и формирования коэффициентов 13 умножения путем формирования различных управляющих сигналов для емкостей 1-3,расположенных по различных осях X, Y, Z.

При этом на вход блока умножения на постоянные коэффициенты 12 поступает сигнал от блока 11 деления, пропорциональный емкости вариконда 12, которая в свою очередь изменяется в зависимости от напряжения.

т|и + и + и|Сигнал от блока 11 деления умнржается на постоянные коэффициенты пропорциональности Ку, 1 К в блоке умножения, в результате чего на управляемые .емкости 1-3 подаются управляющие сигналы,- каждый из которых пропорционален емкости вариконды 10 с соответствующими коэффициентами пропорциональности К, Ку или К.

Таким образом, для перестройки матрицы изменение начальных параметров моделирующей среды в направлении различных осей производится путем изменения коэффициентов пропорциональности Ку, Кч/, помощи коммутации соответствующих цепей в блоке

формирования коэффициентов умножения 13 либо оператором вручную, либо по специальной автоматической программе в этом же блоке.

Указанные соображения свидетельствуют о том, что в конечном итоге, управляемые емкости 1-3,являющиеся ячейками трехмерной моделирующей среды и расположе,нные по осям X, Y, Z будут изменяться под воздействиеми др 1| чо|+и|.

с учетом явления гистерезиса в соответствии с заданными свойствами моделирующей среды по различным осям, что и необходимо для обеспечения Возможности моделирования полей в нелинейных ферромагнитных средах.

Моделирующая среда в этом случае набирается из отдельных элементов, каждый из которых имеет структуру, представленную на чертеже.

Устройство работает следующим

образом.