Устройство для воспроизведения гистерезисных функций

 

Изобретение может быть использовано в аналоговой моделирующей технике и автоматике для воспроизведения сложных (двухпетлевых) и однопетлевых гистерезисных функций. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения числа семейств воспроизводимых гистерезисных функций. Устройство для воспроизведения гистерезисных функций содержит первьй 1 и второй 2 двухканальные аналоговые релейные элементы, первый 3 и второй 4 одно- .канальные релейные элементы, компараторы 5 релейных элементов, первый 6 и второй 7 переключатели, выходы 8 и 9 переключателей, первьш 10 и второй 11 входы компараторов, информационные входы 12, 13, 14 и 1-5 переключателей . Достижение поставленной цели обеспечено благодаря введению в устройство второго двухканального и второго одноканального аналоговых релейных элементов и новым связям между элементами устройства. 2 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

13 907 А1 (19) (11) (51) 4 С 06 G 7/25

gp ., (p> с, ) 1 и

1Р

)

Ы);:ЛК ;-, OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с

С: х х х, Pf

Хэ хр

9s

У

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4124980/24-24 (22) 26.09.86 (46) 15.04.88. Бюл. У 14 (71) Специальное конструкторское бюро вычислительной техники Института кибернетики АН ЭССР (72) Л.И.Волгин (53) 681.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1288723, кл. G 06 G 7/25, 1985.

Авторское свидетельство СССР

Р 1336050, кл. G 06 С 7/25, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

ГИСТЕРЕЗИСНЫХ ФУНКЦИЙ (57) Изобретение может быть использовано в аналоговой моделирующей технике и автоматике для воспроизведения сложных (двухпетлевых).и однопетлевых гистерезисных функций. Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей устройства за счет увеличения числа семейств воспроизводимых гистерезисных функций. Устройство для воспроизведения гистерезисных функций содержит первый 1 и второй 2 двухканальные аналоговые релейные элементы, первый 3 и второй 4 одно.канальные релейные элементы, компараторы 5 релейных элементов, первый

6 и второй 7 переключатели, выходы

8 и 9 переключателей, первый 10 и второй 11 входы компараторов, информационные входы 12, 13, 14 и 15 переключателей. Достижение поставленной цели обеспечено благодаря введению в устройство второго двухканального и второго одноканального аналоговых релейных элементов и новым связям между элементами устройства. 2 ил.

1388907

Изобретение относится к аналоговой моделирующей технике и автоматике и может быть использовано для воспроизведения семейства сложных гисте5 резисных функций.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения числа семейств воспроизводимых гистерезисных функ- 10 ций .

На фиг. 1 представлены схема устройства (а) и функциональные схемы соответственно двухканального (б) и одноканального (в) аналоговых релейных элементов (реляторов), используемых в устройстве на фиг. 3 — частные реализации функций, воспроизводимых устройством.

Устройство (фиг. 1a) содержит пер- 2р вый 1 и второй 2,цвухканальные аналоговые релейные элементы (реляторы), а также первый З,и второй 4 одноканапьные аналоговые релейные элементы (одноканальные реляторы). Релейные элементы включают компаратор 5, переключатели 6 н 7; позициями 8 и 9 обозначены выходы переключателей,аналоговых релейных элементов, позициями 10 и 11 — входы компараторов, позициями 12-15 - информационные входы переключателей.

На фиг. 1 испо.пьзованы также сле-" дующие буквенные обозначения: х— входной сигнал (независимая переменная), х,, х, х, х — фиксирующие

35 напряжения, х„, и х,, - опорные напряжения; у,, у, у, у — формирующие напряжения, у — задающее напряжение, а,, а„Ь,, Ь„К„, „, 4, k

k< (-1, I) — знаковые коэффициенты, принимающие значения -1 и 1; z«., г, г z z. — выходные напряжения э zgэ> первого 1, второго 2 и третьего 3 аналоговых релейных элементов, z—

45 выходное напряжение устройства, Устройство работает следующим образом.

Аналоговый релейный элемент воспроизводит определяющие операции предикатной алгебры выбора: ч (у,,у )

) = 50

y< pekg. у p P (y< э gy) = kg y<,Р+

+k у р (предикатнйе дизъюнкцню У< и конъюнкцию Л ), когда в качестве

Э предиката р = р(х,, х,...,х„) 0,1)

) gÃ0 используются единичные функции: 55

p=I(ах,-Ъх )=0,5(1+sign(ax,+Ьх,));;. р=<-р=0,5(<-s

I(ax„+bx )

1 1 при (О при 1 при

sign(ax,+Üx ) ах +Üx 0 .

g ах, +Ьх, «О ах,+Ьх 0 ах,+Ьх 0 (здесь у, и у есть предметные переменные; х, и х, — предикатные переменные, k,, k » Ь E I -1,1) — знаковые коэффициенты).

Таким образом, релейный элемент воспроизводит логическую операцию выбора одной из двух предметных переменных с инверсией или без инверсии знака по заданному значению двухзначного предиката р E (0,1j .

Для устройства по фиг. 1 входное напряжение х одновременно подается на первые входы 10 компараторов всех аналоговых релейных элементов 1 — 4.

В двухканальных элементах 1 и 2 могут быть использованы дифференциальный (sign d; = -sign Ь;), инвертирующий (а;=Ъ;= -1) или неинвертирующий (а;=

=Ь;= 1) компараторы. На фиг. 16 показана схема двухканального релейного логического элемента с дифференциальным компаратором (а=1, Ь = -1).

Любой из информационных входов 14 и

15 второго переключателя двухканальных релейных элементов 1 и 2 может .быть при наличии внешнего инвертора инвертирующим (k;. = -1) или неинвертирующим (к; = 1). Для одноканальных релейных элементов (фиг.1в) всегда sign а; = -sign b; (используется дифференциальный компаратор), причем для элемента 3 всегда k = 1 а для элемента 4 k = 1 или k = -1.

Условие k; = 1 и (или) k = 1 озна J чает, что соответствующий информационный вход элемента непосредственно или через повторитель напряжения соединен с соответствующим информационным входом его переключателя.

Условие k = -1 и (или) k = — 1 озна< чает, что информационный вход релейного элемента соединен с соответствующим входом переключателя через инвертор знака.

I

На входы 12 и 13 переключателей элементов 1 и 2 подаются фиксирующие напряжения х,, х (для элемента 1) и х, х (для элемента 2) . На вторые входы компараторов 5 элементов 3 и 4 подаются опорные напряжения х, (элемент 3) и х (элемент 4).

1388907

На вход 13 переключателя элемента 3 подается задающее напряжение у. Выход 8 переключателя в каждом из эле- . ментов 1 и 2 соединен с входом 11 его компаратора 5.

Релейные элементы 1 и 2 по выходам 8 воспроизводят семейство функций прямоугольного гистерезиса:

2„=х 1(а, z„+b, x)+x ((-I(a, Z„+

Z« =z I(a Z„,+Ь,х)+х, (1-I(а z«+

Если а,z«+bх О, а z +Ь х> О, то переключатели релейных элементов

1 и 2,- управляемые от компараторов 5, находятся в верхнем по фиг. 1 положении. В противном случае переключа-. 20 тели 6 и 7 находятся в нижнем положении.

Напряжения х,, х, х и х фиксируют ширину первой д х, = х — х и второй дх z = х4 — х гистерезисных 25 петель формируемой функции. Опорные напряжения х и х„ определяют учасО( ток формируемой функции, на котором она принимает значение z = у. Напряжения y< H у у H у4 формируют 30 воспроизводимую функцию на участках

x (xoi и х> х02.

Воспроизводимые устройством семейства гистерезисных функций определяются выражением

2 .= tk„y,I(a,z„+b,x)+k, у (1-I(a,z„+b, x)) Т(х, -х)Т(х„,-х) у(+k у I (х-х, ) } I (х О,-х)+ jk „У I(a z«+

+box)+k«y4 (1 I(a z„+b x))$ I(x х02), где z „, и я„определяются выра- 40 жениями (1) и (2).

В частных случаях некоторые формирующие у и задающие у напряжения могут быть равны напряжению х, т.е. 45 у.; =х и (или) у = х. Условие у;. = х означает, что соответствующие информационные входы переключателя первого 1 и((или) второго 2 релейного элемента соединены с первым информационным входом устройства. Условие у = х означает, что информационный вход 13 переключагеля элемента 3 соединен с первым инфЬрмационным входом устройства.

На фиг. 2 приведены некоторые частные реализации воспроизводимых устройством гистерезисных функций. Для фиг. 2а все формирующие у и задающее у напряжения являются автономными, т.е. не зависят от независимой переменной х, и х, < <х„, х„ах„сх

k, =k=1, а, =а =1, Ь, =Ъ = -1. В данном случае устройство формирует функцию с двумя петлями прямоугольного гистерезиса.

Если опорные напряжения х,и (или) х попадают в заданные гистерезисные зоны (х,, х ) и (или) (х, х4 ), то имеет место закон предикатного поглощения фиксирующих переменных х, и (или)х . Данный случай иллюстрируется функцией, изображенной на фиг.26

Ос; =k=1, а;=а =1, Ь, =Ь = -1) .

Если часть формирующих напряжений у„ совпадает с независимой переменной х, то получают функции с линейным изменением обратной и (или) прямой ветвей гистерезисных петель. Данный случай иллюстрируется функцией, представленной на фиг.. 2в, где у, =у =х, k =k=1 а,=а =1, Ь,=Ь = — 1.

В общем случае устройство воспроизводит любые двухпетлевые гистерезисные функции, составленный из участков задающей сетки, образованной пятью горизонтальными (формирующие и задающая переменная), шестью вертикальными (фиксирующие и опорные переменные) и двумя диагональными (с коэффициентами наклона 1 и -1) прямыми при произвольном отношении порядка,фиг; 2г). В частности, в задающую сетку вписана гистерезисная функция (фиг. 2г), которая воспроизводится устройством при у =у =х, у=х, k; =1, k =-1.

Таким образом, алгоритм настройки при моделировании заданной функции заключается в ее вписании в задающую сетку, в установке нужных значений переменных и знаковых коэффициентов.

Устройство воспроизводит также однопетлевы& гистерезисные функции за счет эффектов предикатного поглощения (например, при х„,.zх,, х для фиг. 26), за счет совмещения некоторых фиксирующих и опорных напряжений или за счет снятия выходных напряжений с выходов первого 1 и второго 2 релейных элементов (к „, к д, к «, к ) или с выхода релейного элемента 3 (z ). Дополнительные выходы на фиг. 1а показаны пунктиром.

Устройство позволяет также воспроизводить отдельные участки сформированной на его основном выходе

1388907 функции. При снятии выходного напряжения г„ с выхода 9 второго переключателя релейного элемента 1 воспроизводится первая петля гистерезисной функции. При снятии выходного на5 пряжения z с выхода 9 второго переключателя релейного элемента 2 воспроизводится вторая петля гистерезисной функции. При снятии выходного на- 10

Пряжения z с выхода переключателя релейного элемента 3 воспроизводится гистерезисная функция г =г, I(x„ õ)+

+k у I(x-х„ ). При снятии напряжения

:z с выхода устройства. воспроизводится вся сформированная функция Z =

= г I(x, -x)+z I(x-x ).

Устройство позволяет также осуществлять параллельное воспроизведение

До шести гистерезисных функций: пять 20

Однопетлевых (zy s г1 s г г г ) и одна двухпетленая (z) .

Дальнейшее расширение семейств soñïðoèçâoäèìûõ гистерезисных функций возможно за счет снятия выходных 25 сигналов между любыми двумя заданными выходами релейных элементов 1-4.

Формула изобретения

Устройство для воспроизведения

Гистерезисных функций, содержащее . Первый двухканальный аналоговый репейный элемент, выполненный в виде двух переключателей и компаратора, Выход которого подключен к управляющим входам переключателей, а первый

Вход является первым информационным

Входом устройства, и первый одноканальный аналоговый репейный элемент, Выполненный в виде переключателя и компаратора, выход которого подклю- 4О чен к управляющему входу переключателя, а первый вход соединен с перВым входом компаратора первого двухканального аналогового релейного элемента, информационные входы первого 45 и второго переключателей которого являются соответственно вторым, третьим, четвертым и пятым информационными входами устройства, а выход первого переключателя соединен с вторым входом компара- 50 тора первого двухканального аналогового релейного элемента, второй вход компаратора и первый информационный вход переключателя первого одноканального аналогового релейного элемента являются соответственно шестым и седьмым информационными входами устройства, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения числа семейств воспроизводимых гистерезисных функций, оно содержит идентичные первым второй двухканальный и второй одноканальный аналоговые релейные элементы, первый и второй входы компаратора второго двухканального аналогового релейного элемента соединены соответственно с первым входом компаратора первого двухканального аналогового релейного элемента и с выходом первого переключателя второго двухканального аналогового релейного элемента, информационные входы первого и второго переключателей которого являются соответственно восьмым, девятым, десятым и одиннадцатым информационными входами устройства, выход второго переключателя второго двухканального аналогового релейного элемента подключен к первому информационному входу переключателя второro одноканального аналогового релейного элемента, второй информационный вход переключателя которого соединен с выходом переключателя первого одноканального аналогового релейного элемента, второй информационный вход переключателя которого подключен к выходу второго переключателя первого двухканального аналогового релейного элемента, первый вход компаратора первого одноканального аналогового релейного элемента соединен с первым входом компаратора второго одноканального аналогового релейного элемента, второй вход компаратора и выход переключателя которого являются соответственно двенадцатым информационным входом и выходом устройства.

1388907

Xg Xg Хор Хар Ху Хз

Заказ 1583/52 Тираж 704

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель А.Маслов

Редактор А.Огар Техред А. Кравчук Корректор Н.Король

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Ж

Уз