Устройство для решения задач теплопроводности Советский патент 1981 года по МПК G06G7/56 

1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для решения обратной задачи теплопроводности, т.е. для определения интенсивности теплообмена, между поверхностью тела и средой по известным температурам некоторых точек внутри тела.

Известно устройство для моделирования задач теплопроводности, содержащее функциональные преобразователи, блок минимизации сигнала рассогласования, сигабклизатсч тока, пассивную модель, блок перемножения 1J .

Однако по своей структуре оно рвляется замкнутой системой управления и характеризуется наличием динамической ошибки, которая существенно снижает точность решения обратных задач.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования обратной задачи теплопроводности, содержащее блок задания температур, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, модель поля, интегратор, усилитель мощности, источник света и блок формирования внешнего термичес кого сопротивления, первый вход которого соединен с выходом блока задания температур, выход - со входом модели поля, а второй вход оптически связан с выходом источника света, ко входу которого подключен выход усили еля мощности, вход которого соединен с выходом интегратора, ко входу которого подключен выход блока сравнения, второй вход которого соединен с выходсм модели поля 2.

10

Однакр возможности этого устройства ограничены лишь решением стационарных задач, когда в качестве модели поля используется R-сет.ка или сплошная проводящая среда, например, электропроводная бумага. В случае же решения нестационарных задач в качестве модели поля обычно используется RC-сетка. Ввиду того, что период

20 решения задачи на RC-сетке составляет всего несколько десятков мсек, интерционность исполнительных элементов оптической следящей системы, используемой в известном устройстве, не позволяет оперативно управлять блоком формирования внешних термических сопротивлений со скоростью решения задачи. Это обстоятельство не позволяет решать обратные задачи нестационарной

30 теплопроводности с помощью рассмотренного устройства и тем Самым существенно сужает область его применения. Цель изобретения - повышение точности устройства. Указанная цель достигается тем, чт в устройство для решения задач теплопроводности, содержащее п каналов, каждый из которых содержит интегратор, выход которого через соответствующий усилитель мощности подключен к входу соответствующего источника тока, выход которого оптически связан с первым входом соответствующего блока формирования внешнего термичес кого сопротивления, выход первого блока задания температур соединен со вторыми входами блоков формирования внешнего термического сопротивления всех каналов, выход RC-сетки подключен к первому входу блока сравнения, введены группы ключей, второй блок задания температ5 р и генератор такто вых импульсов, выход которого соединен с управляющими входами ключей первой и второй групп, выход блока формирования внешнего термического сопр тивления каждого канала через соотве ствующий ключ первой группы подключен к входу RC-сетки, выход второго блока задания температур соединен со вторым входом блока сравнения, выход которого.подключен к информационным входам ключей второй группы, выходы которых соединены со входами соответствующих интеграторов. На чертеже представлена блоксхема устройства. Устройство для решения задач теплопроводности состоит из первого и второго блоков 1 и 2 Зсщания темпера тур, RC-сетки (модели поля) 3, блока 4 .сравнения, интеграторов 5, усилите лей мощности б, источников 7 света, блоков 8 формирования внешних термических сопротивлений, первой и второ групп ключей 9 и 10, генератора 11 тактовых импульсов. Устройство работает следующим образом. Полное время решения задачи t раз бивается на циклы O-tn , ,..., -t , где 1 - число участков аппроксимации функциональной зависимос ти Т„ f (t}, формируемой блоком зада ния температур 2 в виде пропорционал ного ей напряжения Llj, (t) . В момент времени 0-t сигнал и( t из узловой точки RC-сетки 3, пропорциональный температуре Т (t) в этой точке те/та, поступает на вход блока 4 сравнения, на второй вход которого подается напряжение (t J с выхода блока 2. Сигнал ошибки U (t) UbH (t) - U (t) через замкнутый в период 0-t , соответствующий ключ из группы ключей 10, поступает на вход интегратора 5, затем усиливается усилителем 6 мощности и изменяет яркость свечения лампы накаливания источника 7 света, который управляет блоком 8 формирования внешнего термического сопротивления, в качестве которого можно использовать фотоэлементы, например, фоторезистор. Последний связан с одной стороны с блоком 1 задания температур, который формирует напряжение U (t), пропорциональное температуре среды T(-(t), а с другой через соответствующий ключ из группы ключей 9 - с граничной точкой RC-сетки 3. Сопротивление фоторезистора в этом случае является аналогом внешнего термического сопротивления на данном участке поверхности. С изменением освещенности изменяется сопротивление фоторезистора, а, следовательно, и величина тока Зд (t), поступающего в сетку 3 и определяющего величину напряжений ее узловых точек, что приводит соответственно к изменению величины сигнала ошибки Uj(t) и напряжения на выходе соответствующего усилителя б, которое является по сути дела сигналом управления для источника 7. В момент времени tj замкнуты соответствующие ключи групп. Процесс аналогичный описанному, протекает для второго участка аппроксимации функции Uj (t) и т.д. За счет периодизации процесс решения повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто равенство U (t) и,ц (t) или и (t) О в каждь1й из вышеуказанных моментов времени. При этом на входах интеграторов 5 будут действовать сигналы, близкие к нулю, а на выходах - напряжения, соответствующие предыдущим значениям ), при которых сопротивление блоков 8 достигло величин, определяющих такое значение тдка Gi(t), при котором ..м/. ,. /. - (t) UgyCt). Это означает, что сопротивления блоков 8 достигли величины, соответствующей внешнему термическому сопротивлению на этс участке поверхности в определенные моменты времени t. Величина коэффициента теплообмена при этом определяется по формуле R А .h где R - сопротивление между граничным узлом RC-сетки и узлом ближайшем к нему; V - коэффициент теплопроводностиh - шаг сетки; t) - величина сопротивления усилителя б . Применение интерационного режима работы устройства, который достигается схемным путем, а именно, введением генератора тактовых импульсов и ключей, позволяет расширить функциональные возможности специапизиров;1нных средств аналоговой вычислительной: техники и повысить точность решения. Формула изобретения Устройство для решения задач тепл проводности, содержащее п каналов, каждый из которых содержит интегратор, выход которого через соответствующий усилитель мощности подключен к входу соответствующего источника тЪка, выход которого оптически связа с первым входом соответствующего бло ка формирования внешнего термического сопротивления, выход первого блока задания температур соединен со вт рыми входами блоков формирования вне него термического сопротивления всех каналов, выход RC-сетки подключен к первому входу блока сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него вве дены группы ключей, второй блок задания температур и генератор тактовых импульсов. Выход которого соединен с управляющими входами ключей первой и второй групп, выход е5лока формирования внешнего термического сопротивления каждого канала через соответствующий ключ первой группы подключен к входу RC-сетки, выход второго блока задания температур соединен со вторым входом блока сравнения, выход которого подключен к информационным входам ключей второй группы, выходы которых соединены со входами соответствующих интеграторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 358706, кл, G Об G 7/56, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР 536496, кл. G 06 G 7/48, 1975 (прототип).