Устройство для моделирования нелинейной характеристики индуктивного элемента

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНДУКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА, содержащее два ограничительных резистора, первйе вы-воды которых соединены с шиной нулевого потенциала, блок управления и переключающий элемент, информационный вход которого соединен со вторым выводом первого ограничительного резистора, отличающееся тем, что, с целью повышения -точносги , в него введены накопительный кон-, денсатор, два операционных усилителя, два масштабных резистора, дополнительный ограничительныйрезистор, блок управления состоит из генератора периодически изменяющегося напряжения; элемента сравнения и дифференциального усилителя, первый вход которого соединен со вторым выводом второго ограничительного резистора , первым выводом накопительного конденсатора, неинвертирующим входом второго операцийнного усилителя и выходом переключающего элемента , первый вывод дополнительного ограничительного резистора являетСЙ входом устройства и подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, выход которого через первый масштабный резистор соединен с инвертирующими входами операционных усилителей и первым выводом второго масштабного резистора, второй вывод которого соединен с вторьа выводом дополнительного огра (Л ничительного резистора и выходом второго операционного усилителя, выход первого операционного, усилителя соединен со вторым выводом накопительного конденсатора и вторым входом дифференциального усилителя, выход которого подключен к первому входу элемента сравнения, второй о : вход которого соединен с выходом генератора периодически изменяющегося напряжения, выход элемента сравэо нения подключен к управляющему входу переключающего элемента. ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕС(ЪЬЛИН

69) 01) $(5l) G 06 G 7 48

ГОСУДАРСТВЕННЬЙ НОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЬЙ

I г р

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3409533/18-24 (22) 17.03.82 (46) 30.08.83. Бюл. Р 32 (72) В.Е. Прокофьев и A.Ã. Кисель (71) Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт(53) 681.333(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 479127, кл. G 06 G 7/48, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 622117, кл. G 06 G 7/48, 1977 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНОЙ XAPAKTEPHCTHKH ИНДУКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА, содержащее два ограничительных резистора, первйе выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, блок управления и переключающий элемент, информационный вход которого соединен со вторым выводом .первого ограничительного резистора, отличающееся тем, что, с целью повышения точнос ги, в него введены накопительный конденсатор, два операционных усилителя, два масштабных резистора, дополнительный ограничительный- резистор, блок управления состоит из генератора периодически изменяющегося напряжения; элемента сравнения и дифференциального усилителя, первый вход которого соединен .со вторым выводом второго ограничительноГо резистора, первым выводом накопитель" ного конденсатора, неинвертирующим входом второго операционного усилителя и выход м переключающего элемента, первый вывод дополнительного ограничительного резистора являетс% входом устройства и подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, выход которого через первый масштабный резистор соединен с инвертирующими входами операционных усилителей и первым выводом второго масштабного резистора, второй вывод которого соединен с 9 вторым выводом дополнительного ограничительного резистора и выходом второго операционного усилителя, выход первого операционного усилителя соединен со вторым выводом накопительного конденсатора и вторым входом дифференциального усилителя, выход которого подключен к первому входу элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора периодически изменяющегося напряжения, выход элемента сравнения подключен к управляющему входу переключающего элемента.

1 038954 (3) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для моделирования переходных процессов в электрических цепях, содеРжащих линейные и нелинейные индуктивные элементы, а также в электроинтеграторах для решения нелинейных задач теории поля.

Известно устройство для моделирования нелинейной характеристики индуктивности, содержащее набор различного вида индуктивностей и ключевы» элементов, коммутирующих концы кату- шек в соответствии с функциональным назначением устройства (1) . 15

Недостаток данного устройства " низкая точность моделирования.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее первую и вто- 2О

pyro индуктивности, ключи, ограничительные резисторы и блок управле" ния (2) . Нелинейная характеристика индуктивного элемента моделируется путем переключения количества катушек индуктивности, соединенных с источником входного напряжения. При этом входной ток (i„) описывается уравнением а ("о "ld(+" =e (1) 30 для случая, когда обе катушки индуктивности подключены к источнику входного напряжецця, и

Д1р — игл =Е (2) 3S о дф для случая, когда подключена одна катушка.

Эквивалентная индуктивность для первого случая равна г

Ьэ,=(l. Ф Ь вЂ”., g для второго случая

1р Э1 (о " < (4)

4Р

Из Равенств (3) и (4) видно, что эквивалентная индуктивность в общем случае не равна суммарной величине индуктивностей подключенных к источнику входного напряжения катушек индуктивности и зависит от протекающего тока, что снижает точность моделирования.

Для исключения бросков тока, т.е. повышения точности моделирования, отключаемая катушка иидуктивности через ограничительный резистор подключается к источнику, опорного напряжения. При этом необходимо, чтобы выполнялось условие ь ь

-т1 (о Е (5) 60 где (и (. — соответственно величины индуктивностей первой и второй катушек индуктивности;

r и К вЂ” соответственно величийы измерительного и ограничительного резисторов;

Е и Š— соответственно величины напряжений входного и опорного источников напряжения; в - любое положительное число

При изменении входного напряжения пО произвольному закону, чтобы выпол нялось равенство (5), необходимо изменять величину напряжения опорного источника по закону Е=ые, для чего необходим дополнительный блок, разрешающий данную зависимость, что усложняет устройство.

Для того, чтобы не возникало бросков тока в моменты перекоммутации катушек индуктивности, необходима полная синхронность работы ключей °

Это накладывает жесткие условия на точность работы ключей и блока управления, а следовательно, приводит к усложнению этих узлов и всего устройства в целом.

Цель изобретения - повышение точ« ности моделирования и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирования нелинейной характеристики индуктивного элемента, содержащее два ограничительных резистора, первые выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, блок управления, и переключающий элемент, информационный вход которого соединен со вторым выводом первого ограничительного резистора, накопительный конденсатор, два операционных усилителя, два масштабных резистора, дополнительный ограничительный резистор, блок управления состоит из генератора периодически изменяющегося напряжения, элемента сравнения и дифференциального усилителя, первый вход которого соединен со вторым выводом второго ограничительного Резистора, первым выводом накопительного конденсатора, неинвертирующим входом второго операционного усилителя и выходом переклю; чающего элемента, первый вывод дополнительного ограничительного резистора является входом устройства и подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, выход которого через первый масштабный резистор соединен с инвертирующими входами операционных усилителей и первым выводом второго масштабного резистора, второй вывод которого соединен со вторым выводом дополнительного ограничительного резистора и выходом второго операционного усилителя, выход первого операционного усилителя соединен со вторым выводом

1038954

4, (Ь-Ч» V»-U2 йт (71 где U2 — напряжение на выходе операционного усилителя 2; напряжение на инвертирующих входах операционных усилителей 2 и 3; 55 величина сопротивления масштабного резистора 6; величина сопротивления масштабного резистора 7;

С другой стороны выходное напря- 60 жение операционного усилителя 2 определяется равенством

Ue-- Ч < — J 1 dt, И1

С»о Re о

50 йакопительного конденсатора и вторым входом дифференциального усилителя, выход которого подключен к первому входу элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора периодически изменяющегося напряжения, выход элемента сравнения подключен к управляющему входу переключающего элемента.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — блок-схема 10 блока управления.

Устройство содержит блок 1 управления, операционные усилители 2 и

3, переключающий элемент 4, ограничительный резистор 5, масштабные 35 резисторы 6 и 7, ограничительные резисторы 8 и 9, а также накопительный конденсатор 10. Блок 1 управления состоит иэ дифференциального усилителя 11, генератора 12 периодически 20 изменяющегося напряжения и элемента

13 сравнения.

Устройство работает следующим образом.

Потенциалы входов операционного усилителя с замкнутой цепью отрица-. тельной обратной связи равны между собой. Входными токами интегральных операционных усилителей можно пренебречь. Отсюда потенциалы входов операционных усилителей 2 и 3 равны между собой и в каждый момент времени соответствуют значению входного напряжения .

При разомкнутом переключающем элементе 4 входной ток устройства равен

E - э (5 (6) где e - входное напряжение устройства) 40 напряжение -на выходе операционного усилителя 3;

Я5 - величина сопротивления ограничительного резистора 5.

Значения напряжений на выходах 45 операционных усилителей- 2 и 3 связаны между собой соотношением где Yg — напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя 31

С» — величина емкости накопительного конденсатора 10;

R9 — величина сопротивления ограничительного резистора 9.

Учитывая чтоЧ»=Ч2=О, и -подставляя (8) в (7), а (г) в (6),получают

ed%. (9)

5 Re R9 С»оо

Сравнивая (9) с выражением для тока, протекающего через катушку индуктивности, (t

i ..— )edt, L получают выражение для определения значения эквивалентной индуктивности

Я5 ЙЬ Р9 С»0

"з» т (1о1

Аналогично для случая, когда переключающий элемент 4 замкнут, получают эквивалентное значение индуктивности

"s "ь » в ) 9 С»о

Э2 т (Re»»»9) («) Как видно из выражений (5) и (6), эквивалентные значения индуктивностей не зависят от величины протекающего в цепи тока и определяются только соотношением постоянных параметров резисторов и конденсатора.

Кроме того, поскольку в момент коммутации переключающего элемента 4 напряжение на конденсаторе 10 остается неизменным (по второму закону коммутации), то, следовательно, О,(O)=u,(0i) () и значит

»(0) - » (о ) (13) где <(0 ) и »(О»;) — входной ток устройства непосредственно до и после момента коммутации ключа 4.

Таким образом, при коммутации переключающего элемента 4 скачки тока в устройстве отсутствуют, а индуктивность цепи в моменты коммутации изменяется от величины l » до величины Ь Э2, или наоборот, и не зависит от протекающего в цепи тока, следовательно, точность устройства повышается.

При периодической коммутации переключающего элемента 4 результирующая индуктивность определяется как

1038954 непрерывная и однозначная функция скважности импульсов. Среднее значение индуктивности за период коммутации определяется как

"ср=(м ("эг )" эд (14) 5 где у — скважность импульсов замыкания переключающего элемента 4.

В качестве блока l управления используют высокочастотный широтно- 10 импульсный модулятор развертывающего типа.

Напряжение на накопительном конденсаторе 10 S <6.

Uc=0a-ч - dt.

С<0 R9 Я

0 пропорционально входному току уст-. ройства . Выходное напряжение дифференциального усилителя ll пропорци- 2О онально напряжению на накопительном конденсаторе 10 н, как следует из формулЫ (15), пропорционально току моделируемой индуктивности. Таким образом, на вход элемента 13 cpas- 25 нения поступает напряжение, пропорциональное току моделируемой индуктивности, и периодическое напряжение формулы(15),пропорционально току моделируемой индуктивности.Таким образом,на вход элемента 13 сравнения поступает напряжение,пропорцирнальное току моделируемой индуктивности, и периодическое напряжение с периодом

Т=, вырабатываемое генератором 12.

Поэтому скважность импульсов с выхода элемента 13 сравнения зависит от тока по закону, задаваемому формой выходного напряжения генератора 12.

Соответствующим выбором формы этого напряжения можно реализовать произвольную зависимость моделируемой индуктивности от протекающего через нее тока.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает более высокую по сравнению с прототипом точность моделирования нелинейных.характеристик индуктивного элемента и является более простым, так как из схемы исключены источник опорного напряжения и двухпозиционные ключи.

1038954

Составитель В. Рыбин

Редактор Л. Пчелинская . Техред T. Èàòî÷êà .

Корректор С. Шекмар

Заказ 6232/56 Тирам 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП .Патент, г. Уигород, ул. Проектная, 4