Устройство для воспроизведения нелинейности типа петли гистерезиса Советский патент 1982 года по МПК G06G7/25 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ ТИПА ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано при моделировании физичео. ких систем, включающих элементы с гистерезисом, такие как магнитные элемен.ты, пьезоэлементы, упруго-демпфирующие элементы. Известно устройство, содержащее блок перемножения, блок дифференцирования, первый и второй функциональные преобра зователи, блок управления, ключ, интеграTtJp Г11. Из-за наличия блоков дифференцироваНИИ и умножения и извлечения квадратног корня подобные устройства не обеспечи вают необходимую точность. Кроме того, наличие интеграторов не обеспечивает/ достаточного быстродействия устройства. Наиболее близким к изобретению по техническому решению является устройство f2J, реализующее математическую модель: KX-v-a кх-У а при кх - выходной V сигнал; X - входной сигнал; q - параметр нелинейности. Однако известное устройство не обеопечивает высокой точности формирования в широком диапазоне частот. Цель изобретения - поылшение точнооти. Для достижения цели в устройство для воспроизведения нелинейности типа петли гистерезиса, содержащее блок задания аргумента, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход .которого соединен с первыми входами второго к третьего сумматоров, выходы которых соответственно через первый в второй ограничительные диоды соединены 3&е с соответствующими входами четвертого сумматора, выход которого через первый масштабирующий усилитель соединен с входом первого интегратора, выход котор го является выходом устройства и соеди нен с первым входом пятого сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока задания аргумента, а выход первого интегратора соединен с входом первого нвертора, выход которого через второй масштабирующий усилитель соединен с вторым входом первого сумматора, вве дены блок выделения модуля, сумматора ключи, ограничительные диоды, интеграторы, инверторы и масштабирующие ус лители, причем выход первого интегратор .соединен со входом блока выделения модуля, выход которого соединен с пернык входом шестого сумматора, выход которо го через третий ограничительный диод со дивен с первым входом седьмого сумматора, выход которого через третий маоштабируюший усилитель соединен с входом второго интегратора, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора и через второй инвертор прдключен ко второму входу шестого сумматора, №1хрд которог-о через первый ключ соединен с вторым входом седьмого сум .матора, а выход блока выделения модуля соединен с первым входом восьмого сумматора, выход которого через четвертый ограничитель шли диод соединен с первым входом девятого сумматора, выход которого через четвертый масштабирующий усилитель соединен с входом третьего интегратора, выход которого через третий инвертор со вторым входом восьмого сумматора, связанным со вторым входом третьего сумматора, а вы,-ход восьмого сумматора через второй ключ соединен со вторым выходом дев$ того сумматора, причем выход пятого сумматора соединен с управляющими входами ключей. На чертеже представлена схема устрой ства. Устройство содержит блок задания аргумента 1, сумматоры 2-10, масштабируюшие усилители 11-14, интеграторы 15-17, инверторы 18-2О, блок выделения модуля 21 , ключи 22 и 23 и огранкчит&пьные диоды 24-27. Устройство реализует модель петли гистерезиса путем решения следующей системы управлений (1)-(5): К при 70 (X-Zi) K, (X-l2) 2 (при IX-i V , 0(при (X-//KiV| Za -- i--yvb G при U70 я-с- при и О и U7O X -CV 70 О при X-CV и где и «/Vl; коэффициент усиления блока 9; I/ «. коэффиниент усиления блока 10; с - napiaMeTp блока суммировани5Г-4: Восходящие ветви петли гистерезиса воспроизводятся следящей системой, тур Которой состоит из сумматора 2, сумматора 3 с диодом 24, сумматора 5, усилителя 11, интегратора 15, инвертора 18 и усилителя 12, Нисходящие ветви воспроизводятся той же следящей системой, контур которой замыкается через сумматор с диодом 25. Включение и выключение блоков 3 и 4 происходит в зависимости от величины сигналов Z/i и Zgi. Сигналы 2. и Zj являются выходными сигналами, схемы повторения и запоминания экстремума сигнала / V / , состоящей из двух идентичных следящих систем, контур которых состоит из входных Сумматоров (блоки 7 и 9), ограничительных диодЪв (блоки 26 и 27), шунтирук г щих эти диоды ключей (блоки 22 и 23), сумматоров 8 и 1О, усилителей 13 и 14, интеграторов 16 и 17 и инверторов 19 и 20. При воспроизведении восходящей ветви сигнал Z/1 надежно закрывает ограничительный диод 25, так как Х«| ,г , а сигнал Z открывает ограничительный диод 24, так как выполняется условие Х-4- При достижении сигналом X своег% максимального значения последующем его убывании сигнал z также убываех, так как ключ 22 шунтл рует диод 26. Сигнал .Z. сохраняет свое максимальное значение, равное вследствие размыкания ключа 23 и обратной полярности напряжения на диоде 27. Таким образом, выполняются неравенства: |zi/. Это,, в свою очередь, приводит к затиранию диодов 24 и 25, вследствие чего сигнал на выходе устройства остается постоянным. Управление ключами 22 и 23 осуществляется сумматром 6 который замыкает или размыкает ключи в зависимости от знака сигнала U на выходе блока в. Сумматор 6 производит вычита ние сигма лов X и V с весом С по формуле и X-CV . После достизкетш сит налом X эвачёния X С V i размыкается ключ 22 и замыкается ключ 23. Следящая система, вырабатывающая сигнал Zi, начинает следить, и сигнал Zj приmOkfaeT значение этом открывается ограничительный диод 25 и сигнал с интегратора 15 начинает убывать. Таким образом, реализуется нисходящая ветвь петли гистерези са. Выбором коэффициента С осуществляется регулировка щирины петли гистерез са, а ее наклон .регулируется коэффициен том усиления 12, причем Ч« Частотные свойства устройства прямо пропорциональны величине коэффициентов усиления усилителей 13 и 14, находящих ся в контурах следящих систем. Соответствующими выборами значений этих коэффициентов можно получить любое необходимое быстродействие устройства. Таким образом, предложенное выполнение устройства позволяет уменьшить погрешность и улучшить частотные свойства, проявляющиеся в уменьшении д№намических искажений. Формула изобретения Устройство для воспроизведения нелинейности типа петли гистерезиса, содержащее блок задания аргумента, выход ко торого соединен с первым входом первог сумматора, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего сум маторов, выходы которых соответственно через первый и второй ограничительные диоды соединены с соответствующими входами четвертого сумматора, выход которого через первый масштабирующий усилитель соединен с входом первого интегратора, выход которого является выходом устройства и соединен с первым входом пятого сумматора, второй вход подключен к выходу блока задания аргу мента, а выход первого интегратора соединен с входом первого инвертора, выход которого через второй масштабирующий усилитель соединен с вторым входом первого сумматора, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности, в него дополнительно введены блок выделения модуля, сумматоры, ключи, ограничительныедиоды, интеграторы, инверторы, инверторы и масштабирующие-усилители, причем выход первого интегратора соединен со входом блока выделения модуля, выход которого соединен спервым входом шестого сумматора, вьгход которого через третий ограничительный диод соединен с первым входом седьмого сумматора, выход котррого через третий масштабирующий усилитель соединен с входом второго интегратора, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора и через второй инвертор подключен к второму входу шестого сумматора, выход которого через первый ключ соединен с вторым входом седьмого сумматора, а выход блока выделения модуля соединен с первым входом восьмого сумматора, выход которого через четвертый ограничительный диод соединен с первым входом девятого сумматора, выход -которого через четвертый масштабирующий усилитель соединен с входом третьего интегратора, выход которого через третий инвертор соединен с вторыми входами восьмого и третьего сумматоров, выход восьмого сумматора через второй ключ соединен с вторым входом девятого сумматора, причем выход пятого сумматора соединен с управляющими входами ключей. Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 525972, кл. G 05 G 7/25, 1975. 2.Гольдфарб Л. С. О некоторых не- . линейностях в системе регулирования. - Автоматика и телемеханика , 1947, №5, с. 13-18 (прототип).