Устройство для моделирования электрических цепей
Изобретение относится к области аналогово й вычислительной техники и может быть использовано в гибридных вычислительных копмлексах. В известное устройство, выходами первой группы блока моделей типовых элементов электрических цепей которого служат потенциально нулевые точки, реализующие выражения первого закона Кирхгофа для полюсов, выходами второй группы моделей типовых элементов служат потенциалы полюсов, дополнительно введены две группы измерительных каналов. Первая группа состоит из неинвертированных и инвертированных значений токов моделей типовых элементов, а вторая группа состоит из инвертированных значений напряжений , отображающих разность потенциалов полюсов моделей типовых элементов , организованных как многополюсники . Это позволяет моделировать электрические цепи с раздельным представлением внутренней и внешней схем типовых элементов и всей электрической цепи, что повьш1ает эффективность и точность моделирования за счет исключения дублирования информации и обеспечения эффективного анализа режимов работы, связанных с изменением внутренней схемы соединения обмоток многополюсников. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (!9) (11) А1
Ш4 С 06 G 7/62
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
И АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГННТ СССР (21) 4180968/24-24 (22) 12. О1. 87 (46) 07. 03.89. Бюл. Ф 9 (71) Николаевский кораблестроительный институт им. адм. С.О.Макарова (72) А.П.Мещанинов (53) 681.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 631942, кл. С 06 С 7/48, 1977.
Авторское свидетельство СССР
9 1300512, кл. G 06 G 7/62, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ (57) Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и может быть использовано в гибридных вычислительных копмлексах. В известное устройство, выходами первой группы блока моделей типовых элементов электрических цепей которого служат потенциально нулевые точки, реализую- щие выражения первого закона КирхИзобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в гибридных вычис.— лительных комплексах.
Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства, повьппение точности и эффективности моделирования режимов в элек-. ". трической цепи и унификации устройства.
На чертеже показана блок-схема устройства. гофа для полюсов, выходами второй группы моделей типовых элементов служат потенциалы полюсов, дополнительно введены две группы измерительных каналов. Первая группа состоит из неинвертированных и инвертированных значений токов моделей типовых элементов, а вторая группа состоит из инвертированных значений напряжений, отображающих разность потенциалов полюсов моделей типовых элементов, организованных как многополюсники. Это позволяет моделировать электрические цепи с раздельным представлением внутренней и внешней схем типовых элементов и всей электрической цепи, что повьппает эффективность и точность моделирования за счет исключения дублирования информации и обеспечения эффективного анализа режимов работы, связанных с изменением внутренней схемы соединения обмоток многополюсников. 1 ил.
Устройство содержит блок 1 синхронизации, две треугольные матрицы 2 и
3 ключей, первую и вторую группы выходов блока синхронизации соединены соответственно с группами управляющих входов ключей первой 2 и второй 3 треугольных матриц, первые одноименные замыкающие контакты ключей в М строках первой треугольной матрицы
2 ключей объединены между собой являются ее выходами и подключены к
:соответствующим выходам М строкам первой прямоугольной MBTpHIIlf 4 пере1464182 ключателей, вторые одноименные переключающие контакты ключей в И столбцах первой треугольной матрицы ключей 2 обьединечы между собой ис соответствующими И .строками перво"r треугольной матрицы 2 ключей, первые одноименные переключающие контакты ключей в M столбцах втор .й треугольной матрицы 3 ключей объединены меж- 1р ду собой, являются ее выходами и подключены к соответствующим выходам М столбцам второй прямоугольной матрицы 5 переключателей, вторые одноименные замыкающие контакты ключей 15 в M строках второй треугольной матрицы 3 объединены между собой и с соответствующими И столбцами второй треугольной матрицы 3 ключей, выходы первой прямоугольной матрицы 4 2р переключателей объединяют в M строках первые одноименные замыкающие контакты переключателей первой прямоугольной матрицы 4, входы первой прямоугольной матрицы 4 объединяют в P столб- 2б цах вторые одноименные переключающие контакты переключателей первой прямо- . угольной матрицы 4, к Р входам переключателей первой прямоугольной матрицы 4 подключены Р:выходов первой 3р группы блока моделей типовых элементов 6, Г выходов вторсй группы блока моделей типовых элементов 6 подключены к Г входам втcрой прямоугольной матрицы 5 переключателей, которые объединяют одноименные замыкающие контакты переключателей в соответствующих Р строках второй прямоугольной матрицы 5, первые одноименные переключающие контакты переключателей второй прямоугольной матрицы 5 объединены в И столбцах, являются выходами второй прямоугольной матрицы 5 и подключены к одноименным выходам второй треугольной матрицы 3 ключей, N входов задания ЭДС каждой модели типового элемента соединены с N выходами группы источников 7 постоянного напряжения,, первую 2N из-. мерительную группу неинвертированных и инвертированных токов моделей и типовых элементов и вторую N измерительную группу инвертированных напряжений, отображающих разность потенциалОВ полюсов сООтветствующих мОде лей типовых элементов. Блок 1 синхронизации содержит источник 8 плтания, к которому через ключ 9 пара=.глельно подключены К пар, 1н
XL
N л
ЕN — UN — R„ I>, (1 ) (2).
U = П Р„ фР, 1 (3) ПР„ I = ТР, = О, где XL — матрица индуктивных парах метров элемента цепи в о.е.; — матрица активных сопротивлений элементов цепи;
Š— вектор ЭДС элемента цепи
N в о.е.;
U — вектор падения напряжения
Н или разность потенциалов полюсов элемента цепи в о.е.;
Š— вектор токов в ветвях элеЦ мента цепи в о.е.; — машинное время, в машинных секундах;
П Р „ — матрица инцинденций, отражающая лишь внутреннюю схему соединения ветвей (обмоток) типового элемента цепи;
ТР— вектор cymar токов ветвей, образующих полюса элементы цепи в о.е.; фП вЂ” вектор потенциалов полюсов н элемента цепи в о.е.;
d — символ дифференцирования.
d ."
Уравнения первого закона Кирхгофа (3) решается относительно потенциасоединенных последовательно обмоток реле 10 и кнопок 11 по числу ключей (К,+К „) в каждой треугольной матрице 2 и 3 ключей„ которые являются контактами реле, причем каждое реле содержит по два симметричных контакта (К,, K ) по одному из каждой треугольной матрицы 2 и 3 ключей.
Иодели типовых элементов 6 электрической цепи организованы так, что входной величиной является ЭДС эле мента., выходами первой группы служат потенциально нулевые точки полюсов, выходами второй группы служат потенциалы полюсов, а две группы измерительных выходов отображают неинверти-. рованные и инвертированные значения токов, а также инвертированные значения напряжений моделируемого элемента. Типовому N-му элементу электрической цепи соответствуют следующие матричные уравнения:
5 1464182 лов полюсов по методу неявных функ: ций согласно уравнению
„, с.ф (5) где П, и — прямая и транспортирос ванная матрицы инцинден5 ций, описывающие как внутреннюю схему элемента, так и внешнюю схему соединения элементов;
I — - вектор падения токов в ветвях электрической цепи в о.е.;
U — - вектор падения напряжения в ветвях электрической цепи в о.е.;
Ф вЂ” вектор потенциалов узлов электрической цепи в о.е.;
Пч,Пу — матрицы объединения not» люсов типовых элементов (многополюсников) в узлы моделируемой цепи, прямая и транспортированная.
Раздельное описание внутренней структуры элементов электрической цепи как многополюсников и структуры объединения полюсов в узлы цепи связаны следующим матричным уравне1 нием где — коэффициент усиления операционного усилителя без обратной связи.
Для большинства типовых элементов электрической цепи внутренняя- схема соединения ветвей полюса остается неизменной. Тогда матрица ПР„ отображает жесткую структуру и никаких
15 переключателей не содержит. В против ном случае матрица инцинденций П Р н отражающая внутреннюю схему элемента цепи, организовывается в виде прямоугольной матрицы переключателей.
Схема соединения типовых элементов в электрической цепи описывается следующими матричными уравнениями:
flI = 0; U=П ° ф (4) ПРс
= flY
flP, =BYIP-=0
П
° .AY ф=
ФР, U =П
Рс
ФР„
ПР,. I = IP = — — фр ц м или с учетом принятой организации типовых элементов
Исходя из этих соотношений объединение моделей типовых элементов электрической цепи описывается следующими развернутыми уравнениями
1464182
Первая прямоугольная матрица переключателей соответствует уравнению (4), а вторая прямоугольная матрица переключателей соответствует уравнению (5).
Наличие коммутационных элементов в моделируемой электрической цепи обусловливает формирование матрицы соединений 1О
А =П л Х„hp гЕ
1, 1„ где П, П < — прямая и гранспонироt ванная мaтрицы инцинденций коммутационного подграфа,логические;
Х вЂ” диагональная матрица состояния коммутационных элементов, логичес- 2О кая;
Š— единичная матрица, логическая.
Используя тот факт, что свойство симметрии матрицы А и что элемент А (I I) всегда равен TRUE можно ограничиться в реализации лишь верхними треугольными матрицами ключей 2 и 3, причем начиная с второго столбца.
Устройство работает следующим образом.
Формирование модели исследуемой электрической цепи производится путем коммутации первой 4 и второй 5 прямоугольных матриц переключателей.
При помощи этих матриц в модель цепи
35 включаются необходимые модели типовых элементов. B блоке моделей типовых элементов устанавливаются соот-. ветствующие параметрам коэффициенты, 4 а с помощью группы источников 7 постоянного напряжения задаются ЭДС на входе каждой модели типового элемента, т.е, скоммутирована лишь схема соединения элементов цепи, поскольку внутренние схемы элементов представлены уже в их моделях.
Все коммутационные элементы моде1 лируемой электрической цепи задаются при помощи треугольных матриц ключей
2 и 3. Для этого в блок» 1 синхронизации замыка.отся кнопки 11 соответствующих реле. Затем замыкается ключ
9, вследствие чего запитываются обмотки реле 10, у которых замкнуты кнопки 11. Благодаря этому синхронно 55 замыкаются соответствующие ключи треугольных ггатриц ключей 2 и 3. При за-, мыкании попарно ключей треугольных матриц ключей 2 и 3 включаются на параллельную работу операционные. усилители блока 6, моделирующие объединение узлов.
Для изучения иного коммутационного состояния исследуемой цепи производятся останов решения и размыкание ключа 9, блока 1 синхронизации, соответствующие переключения кнопок 11 и вновь замыкание ключа 9. При этом весь процесс повторяется.
Для изменения состава и структуры исследуемой цепи производится перекоммутация матриц 4 и 5, вследствие чего в модель вводятся необходимые модели типовых элементов и выводятся ненужные.
Благодаря наличию готовых унифицированных моделей типовых элементов процесс коммутации моделей элементов айалогичен процессу сборки реальной исследуемой схемы электрической цепи.
Формула изобретения
Устройство для моделирования электрических цепей, содержащее блок синхронизации, две треугольные матрицы ключей, первая и вторая группы выходов блока синхронизации соединены соответственно с группами управляющих входов ключей первой и второй тре-, угольных матриц, первые одноименные замыкающие контакты ключей в строках и вторые одноименные переключающие контакты ключей в столбцах соответственно первой и второй треугольных матриц ключей объединены, две прямоугольные матрицы переключателей, группа источников постоянного напряжения, группа моделей типовых элементов электрической сети, входы задания
ЭДС каждой модели типовых элементов электрической сети соецинены с выходами группы соответствующих источников постоянного напряжения, первые одноименные замыкающие контакты переключателей первой прямоугольной матрицы соединены в строках между собой и подключены к управляющим входам ключей соответствующих строк первой треугольной матрицы ключей, первые одноименные переключающие контакты переключателей второй прямоугольной матрицы соедийены в столбцах между собой и подключены к управляющим входам ключей соответствующих столбцов второй треугольной матрицы ключей, отличающее с я тем, что, l0
1464182 с целью расширения Функциональных возможностей за счет создания воэКорректор М.Самборская
Заказ 827/53 Тираж 667 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина,101 можности измерения структуры соединения типовых элементов электрических цепей, первая группа выходов моделей типовых элементов электрической сети группы подключена к вторым одноименным переключающимконтактам перекСоставитель В.Геча
Редактор А.Ворович Техред М.Ходанич лючателей в одноименных столбцах первой прямоугольной матрицы, вторая группа выходов моделей типовых элементов электрической сети группы подключены к вторым одноименным замыкающим контактам переключателей в одноименных строках второй прямоугольной матрицы переключателей.
