(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ЛИНЕЙНЫХ СТАЦИОНАРНЫХ ОБЪЕКТОВ Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, и может быть 1к;полЕ: зовано для решения задач измерения, анализа, моделирования и регулирования процессов, связанных с преобразованием и передачей энергии, например преобразование энергии в различных датчиках, прохождение сигналов в линиях связи, явления тепло- и массопереноса, химические и ядерные прёвращен-ш, элект ромагнитые излучения. Известны устройства-для моделирования линейных стационарных объектов, (устройства последовательного интегрирования), содержащие У последовательно, включенных интегросумматоров и сумматор Ll3 Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для моделирования стационарных линейных объектов, состоящее из И интег росумматоров, сумматора, двух инверторов и In + HI переключателей. Все интегро сумматоры и сумматор включены. последовательно (по БЬ1Ходам и первым входам), вход первого инвертора подключен к входу устройства, вход второго инвертора подключен к выходу устройства, второй вход каждого из первых YYI интегросумматоров через соответствующий переключатель подключен к выходу первого инвертора и ко входу устройства, третий вход, каждого интегросумматора и сумма- подключен через соответствующий переключатель к выходу. инвертора и к выходу устройства, причем на каждом входе всех ннтегросумматоров и сумматора включены делители напряжения 2Д1 Недостатком устройства является низкая точность, обусловленная наличием большого количества ( п) интегросумма- торов и их последовательным включением, так как многократное последовательное суммирование составляющих выходного сигнала на большом количестве сумматоров ( VI 4- 1) приводит к сушественному 396 накоплению погрешностей аналогового суммирования, которые обуславливаются неидеальностью параметров реальных операционных усилителей. Кроме того, многие составляющие выходного сигнала прежде чем попасть на выход устройства проходят последовательно большое количество интегросУмматоров. Понятно, что в таком случае незначительные нелинейности динамического диапазона, реальных 10 интегросумматоров приводят к существенным погрешностям выходного сигнала. Цель изобретения - повышение точ-ности моделирования. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирования линейных стационарных объектов, содержащее первую и вторую группы переключателей и. выходной сумматор, введены труп пы инерциональных и колебательньос звеньев, входы которых, объединены и явЛЯЮ1СЯ входом устройства а выход каждрго шерционного звена подключен к подвилашму контакту соответствующего перек люча теля первой группы, выход каждого колебательного звена подключен к неподвижному контакту соответствующего переключателя второй группы, первые неподвижные контакть переключателей обеих групп объединены и подключены к инвертирующему входу выходного сумматора, , вторые неподвижные контакты переключателей обеих групп объединены и подключены к неинвёртирующему входу, выходного сумматора. . Каждое инерционное звено состоит из сумматора, группы переключателей и и каналов ( 1 1, 2, ... - степень вырождения соответствующего вещественного корня), каждый из которых содержит i последовательно, соединенных инерционных элементов (л равно номеру канала), причём входы всех первых инерционных элементов каналов объединены и являются входом инерционного звена, а выходи по- слбдних инерционных элементов каналов подключены к неподвижным контактам соответствующих переключателей, первые неподвижные .контакты переключателей объединены и подключены к инвертирующему входу сумматора, а вторые неподвижные контакты объединены и подключены 1 неинвертирующему, входу сумматора, выход сумматора является выходом звена Каждое колебательное звено состоит из сумматора, группы переключателей и УП каналов .( VH 1, 2, ... - степень вырождения соответствующей пары комплекс8 .4 но-сопряженных корней), -калодый из которых содержит j последовательно соединенных колебательных элементов ( / равно номеру канала), причем входы всех первых колебательных элементов каналов объединены и являются входом звена, а выходы последних колебательных элементов каналов подключены к подвижным контактам соответствующих переключателей, первые неподвижные контакты переключателей объединены и подключены к инвертирующему входу сумматора, а вторью неподвижные контакты переключателей объединены и подключены к неинвертирующему входу сумматора, выход сумматора является выходом звена. На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема инерционного звена; на фиг. 3 - схема колебательного звена.Устройство {фиг. 1) состоит из входной клеммы 1, инерционных звеньев 2, колебательных звеньев 3, переключателей 4 и 5, выходного сумматора 6 и выходной клеммы 7. Вход каждого из звеньев 2 и 3 подключен к входной клемме 1 устройства, выход каждого из звеньев 2 и 3 через один из переключателей 4 и 5 подключен к одному из инвертирующих и одному из неинвертирующих входов выходного сумматора 6, выход выходного сумматора 6 подключен к выходной клемме7.. Инерционное звено (фиг. 2) состоит из входной клеммы 8, инерционных элементов 9,. переключателей 10, сумматора 11 и выходной клеммы 12. Элементы 9 объединены в каналы, первый канал содержит один элемент 9, а каждый последующий канал содержит на один элемент 9 больще, чем предыдущий. Вход каждого канала подключен к входной клемме 8, а выход каждого канала через один из переключателей 10 подключен к одному из инвертирующих и одному из неинвертирующих входов сумматора 11 выход сумматора 11 подключен к выходной клемме 12. Колебательное звено (фиг. 3) состоит из входной клеммы 13, колебательных элементов 14, переключателей 15, сумматора 16 и выходной клеммы 17. Элементы 14 объединены в.каналы, первый канал содержит один элемент 14, а каждый последующий содержит на один элемент 14 больше, чем предыдущий. Вход кажаого канала подключен к входной клемме 13, а выход каждого канала через один из переключателей 15 подключен к одному из инвертирующих и одному из неинвертирующих входов сумматора 16, вых сумматора 16 подключен к выходной клемме 17. Работа устройства основывается на следующих математических соотношениях и описывается этими соотношениями. Линейные стационарные объекты опи.сываются дифференциальными уравнениями вида. у г. d -V. 4 жг-з о жг где О(- и |з - постоянные вещественные коэффихщенты, определяющие свойства (структуру) исследуемого объекта. Уравнение (1) можно привести к более удобному для анализа виду, использовав понятие инвариантного во времени линейного операторного соотношения (пе редаточной функции объекта W(p)) «; v(i)--W(p)x{i)%-l-)((t);p-|-.C Да.Р I1-0 При моделировании линейных стацион ньк объектов, которые описьтаются ура нением (1), как следует из уравнения (2), передаточная функция моделирующе го устройства определяется следующим выражением ЪД Р WCp) °. ,.() .t а.-р 1-0 Выражение (3) является дробно-рациоНальным, его можно представить в следующем виде wfov-T JkA Л JiMi: lM .l-.:ytr,.,,{ -,1 i (),й, / f М Де К , TV, , V , Xf ,, Yj и Zf вещественные коэффициенты, определяющие конкретную структуру и величины параметров элементов устройства ; f - количество вещественных корней полинома знаменателя выражения (З) ; Д/j-- степень их вырождения; 5 - количество пар комплексно-сопряженнъгх корней этого полинома ; - степень их вырождения. Переходя от операторных соотношений к диффернциальным уравнениям, а от последних через законы Ома и Кирхгофа к конкретным аналоговым электронным структурам, можно убедиться в следу1о. С.. f л щем. Элементам суммы () соответствует последовательное включение с( инерционных элементов с одинако выми постоянными времени Т и общим коэффициентом передачи , что соответствует структуре канала элементов инерц1 01жэго звена устройства. Элеменх/л, tf O-J там t ст соответствует параллельно-сумматорное включение ,, таких групп элементов, что соответствует структуре инерционного звена. Аналисзируя вторую двойную сумму выражения (4), можно убедитЕ ся в аналогичной структуре колебательного звена устройства, в частности элементам суммы ,t i . соот(YEP + ) ветствует последовательное включение колебательных элементов с пара тетрами ,а, X-fnj Чг и tf, характеризующими амплитуд:, частоту, фазу и затухание колебаний. И, наконец, всему выражению (4) соответствует параллельно-сумматорное включение У инерционных и S колебательных звеньев. Положительный scJitliOKT от использования изобретения- в крикрегном случае измерения потоков теплового электромагнит ного излучения заключаются в следующем. Устройство позволяет повысить точность измерения тепловых сигналов. Это достигается сокрашоииом количества сумматоров, что уменьшает накопление погрешностей аналогового суммирования, а параллельным включением блоков устройства, что существенно уменьшает нелинейные искажения и исключает многократное усиление шумов. Формула изобретения 1. Устройство для моделирования линейных стационарных объектов, содержащее первую и вторую группы переключателей и выходной сумматор, о т л и - чающееся тем, что, с целью повьпдения точности моделирования, оно содержит группы инерционных и колебательных звеньев, входы которых объединены и являются входом устройства, а выход каждого инерционного звена подключен к подвижному контакту соответствующего переключателя первой группы, выход каждого колебательного звена подключен
к неподвижному контакту соответствующего переключателя второй группы, первые неподвижные контакты переключателе обеих групп объединены и подключены к инвертирующему входу выходного сумматора, вторые неподвижные контакты переключателей обеих групп объединены и подключены к неинвертирующему входу выходного сумматора.
2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что каждое инерционное звено состоит из сумматора, группы переключателей и И каналов ( м 1, 2,. ..степень вырождения соответствующего вещественного корня) каждый из которых содержит i последовательно соединенных инерционных элементов ( i равно номеру канала), причем входы всех первых инерционных элементов каналов объединены и являются входом инерционного звена, а выходы последних инерционных элементов каналов подключены к неподвижным контактам соответствующих переключателей, первые неподвижные контакты переключателей, первые неподвижные контакты переключателей объединены и подключены к. инвертирующему входу сумматора, а вторые неподвижные контакты объединены и подключены к нёинвертирующему входу сумматора, выход сумматора является выходом звена.
3,Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что каждое колебательное звено состоит из сумматора, группы переключателей и УИканалов ( уц 1, 2, ... степень вырождения соответствующей пары комплексно-сопряженных корней), каждый из которых содержит последовательно соединенных колебательных элементов ( j равно номеру канала), причем входы всех первых колебательных элементов каналов объединены и являются входом звена, а выходы последних колебательных элементов Каналов подключены к подвижнъ1м контактам соответствующих переключателей, первые неподвижные контакты переключателей объединены и подключены к инвертирующему, входу сумматора, а вторые неподвижные контакты пе реключателей объединены и подключены к неинвертирующему входу сумматора, выход сумматора является выходом звена
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1.Корн Г., Корн Т. Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины. М., т 1 ,1967, с. 86-98.
2.Коган Б. Я. Электронные моделирующие устройства; и их применение для исследования систем автоматического регулирования. Изд. 2. М., Гос. изд-во физ.-мат. литературы, 1963, с. 371, рис. 213 (прототип).
7 
Pui.1
11
Фиг.2.
1$
17
/
1
