Устройство для моделированиястатического магнитного поля

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик () 805356

К АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 250479 (21) 2757131/18-24 с присоединением заявки Но (23) Приоритет

Опубликовано 15,0231. Ьюллетень Но 6

Дата опубликования описания 15.0181 (51)М. Кл.

G G 7/48

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 681. 333 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Е. Проксфьев н A. A. Мандрыченно

4

Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В. И. Ленина (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЖ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТАТИЧЕСКОГО

МАГНИТНОГО ПОЛЯ ах "ах +а "на

Изобретение .относится к аналоговой и гибридной вычислительной теХнике и предназначено для использования на дискретно-аналоговом сеточном процессоре (электрнческая сетка на широтно-импульсных управляемых проводимостях) при моделировании магнитного поля в ферромагнитной среде.

Электрическое моделирование физических полей представляет собой дискретную замену моделируемой области электрической цепью с сосредоточенными параметрами, модель получается в виде электрической сетки.

Моделирование статического магнитного поля на электрической сетке сводится к моделированию нелинейного уравнения второго порядка в частных производных где р — магнитная проницаемость, которая зависит не только от координат х и у, но и от потенциала Ям и частных производных, — а " . Нелинейные свойства ферромагйитной среды выражаются основной кривой намагничивания B(H) или зависимостью магнитной проницаемости от напряжения магнитного поля р (н), которая принимается заданной. для электрической сетки с равномерным шагом ах e,а у по зависимости J4(H) может быть получена зависимость 9(0) для отдельной дис" кретной ейки электрической:сетки, где U - оО + а0„

Однако непосредственное использование нелинейных проводимостей с

1О зависимостью g(U} не представляется возможным, так как в существующих сеточных моделях можно обеспечить зависимости вида

g„

15 Это несоответствие можно исключить, если в качестве базового элемента дискретно-аналоговой сеточной модели применить широтно-импульсную управляемую проводимость с зависи20 мостямн вида (а0х ) f (U ° )

)(s 1 пв. у cQsd Ь

В случае кусочно-линейной аппроксимации характеристики g(U) с достаточной точностью ее можно представить участками прямых

9к 9н» + нкО или для элементов сеточной модели цк . 4 V

30 х н з! п< . т icos* °

g-,9 +Ь„й-.б —, g,9н+Ь—

805356

Известно устройство для моделирования нелинейных процессов, содержащее сеточную модель, две схемы сравнения, генератор напряжения специальной формы f17.

Однако оно решает ограниченный класс задач и не применимо при моделировании статического магнитного, поля.

Наиболее близким к изобретению является устройствЬ для моделнрона- 1п ния линейных и нелинейных объектов с распределенными параметрами, содержащее сеточную модель, каждая дискретная ячейка которой содержит первую и вторую пару упранляемых проводимостей,.генератор напряжения спе15 циальной формы, первое сравнивающее устройство,2) .

Недостатками .устройства являются низкая точность и невозможность его использования при моделировании статического магнитного поля.

Щель изобретения — повышение точности, а также расширение класса ре° шаемых задач.

Поставленная цель достигается тем, 25 что а устройство для моделирования статического магнитного поля, содержащее сеточную модель, к каждому узлу которой подключены управляемые резисторы и конденсатор, генератор напряжения н первый блок сравнения, введены второй блок сравнения, дна вычитакицих блока, элементы ИЛИ, дна блока перемножения, блок коррекции сигнала и блок формирования временных интервалов, выход которого нодкл очен к первым входам первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых соединены с управляющими входами соответствующих управляемых резисторов сеточной модели, выводы соответствующих управляемых резисторов сеточной модели подключены ко входам первого и второго вычитающих блоков, выходы которых соединены.со входами блошка корре ц и сиг а а и с первымн 45 входами первого и второго блоков сравнения, выходы которых подключены к вторым входам первого и второго элементов ИЛИ соответственно, выход генератора напряжения подключен к первым входам первого и второго блоков перемножения, выходы которых соединены с вторыми входами первого и второго блоков сравнения соответственно, выходы блока коррекции сигнала подключены к вторым входам первого и второго блоков перемножения соответственно, а также тем, что блок коррекции сигнала содержит генератор пилообразного напряжения, блок задания нелинейности, первый и второй 4Щ дифференциальные усилители, первый и второй блоки сравнения, первый и второй широтно-импульсные модуляторы, масштабный резистор, шесть управляемых резисторов, первые выводы первого, второго, третьего и четвертого управляемых резисторов подключены к шине нулевого потенциала, управляющие нходы первого н второго управляемых резисторов соединены с выходом первого блока сравнения, выход второго блока сравнения под ключен к управляющим входам третьего и четвертого управляемых резисторов, вторые выводы второго и третьего уп-. равляемых резисторов соединены с перными входами дифференциальных усилителей и с одним выводом масштабного резистора, другой вывод которого подключен к шине источника постоянного напряжения и к первым выводам пятого н шестого управляемых резисторов, вторые выводы которых соотнетстненно соединены с вторыми входами первого и второго дифференциальных усилителей и вторыми выводами первого и четвертого управляемых резисторов, выходи первого и второго дифференциальных Усилителей являются соответственно первым и вторым входами блока коррекции сигнала и подключены соответственно к первым входам первого и второго широтно-импульсных модуляторов, выходы которых соединены с управляющими входами пятого и шестого управляемых резисторов соответственно, выход генератора пилообразного напряжения через блок задания нелинейности подключен ко нтсрым входам широтно-импульсных модуляторов н к первым входам блоков сравнения, вторые входы которых являются первым и вторым входами блока коррекции сигнала соответственно.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — схема блока коррекции сигнала. устройство для моделирования статического магнитного поля содержит сеточную модель 1, к каждому узлу которой подключены первая и вторая пара управляемых резисторов 2 и 3 и конденсатор 4. Схема 5 управления параметрами сеточной модели 1 состоит из первого 6 и второго 7 вычитающих блоков, блока 8 коррекцин сигнала, двух элементов ИЛИ 9 и 10, первого 11 и второго 12 блоков сравнения (компараторы), двух блоков 13 и 14 перемножения. Кроме того, она содержит генератор 15 напряжения и блок 16 формирования временных интервалов.

Блок 8 коррекции сигнала содержит масштабный резистор 17, первый 18 и второй 19 управляемые резисторы (время-импульсного типа), шину 20 источника постоянного напряжения, шину 21 нулевого потенциала, третий

22 и четвертый 23 управляемые резисторы, пятый 24 и шестой 25 управляемые резисторы, дифференциальные усилители 26 и 27, широтно-импульсные

805356 модуляторы 28 и 29, генератор 30 пилообразного напряжения, блок 31 задания нелинейности, перрый и второй блоки 32 и 33 сравнения.

Устройство работает следующим образом.

Среднее значение проводимостей резисторов 2 и 3, в качестве которых !

" используются широтно-импульсные уп,равляемые проводимости, представляющие собой цепочку из последовательно соединенных постоянной проводимости и ключевого элемента, определяется относительной длительностью импульсов прямоугольного напряжения, подаваемых на ключевой элемент. Для формирования этого напряжения в устройстве использована специальная схема

5 управления параметрами сеточной модели 1, представляющая собой вычислительное устройство, вырабатывающее напряжение, относительная длительность импульсов которого соответственно определяется величинами выходных напряжений дискретной ячейки сеточной модели и формой периодического напряжения генератора 15 напряжения. Форма этого напряжения, определяемая характером нелинейных свойств моделируемой среды и в рассматриваемом случае ферромагнитной среды, равна (), () =Ь„, и .(п+ )т.

Напряжение с отдельной дискретной ячейки сеточной модели 1 в виде непрерывных сигналов поступает на вычитающие блоки 6 н 7, где формируются напряжения аО = U„ -U и zU> = U> - U которые годаются на блок 8 коррекции сигнала (фиг. 21, где онн поступают на блоки 32 и 33 сравнения, куда также с блока 31 подается разверт щее напряжение вида Ц,(t) А О фНа выходе блоков 32 и 33 формируются прямоугольные импульсы, относительная длительность которых соответственно пропорциональна квадратам входных величин. Эти импульсы подаются на управляемые резисторы 18, 19, 22 и 23 спаренного моста так, что среднее значение их проводимости оказывается пропорционально относительной длительности прямоугольных импульсов.

Поскольку управляемые резисторы 19 и

22 включены параллельно, то их общая эквивалентная проводимость пропорциональна сумме относительных длительностей или сумме квадратов входных величин. Управляемые резисторы н резистор 17 включены так, что в целом мост выполняет математические: операции сложения и деления квадратов входных напряжений аО и ьU>

При изменении одного из напряжений

gU или ЬО изменяется относительная х Ъ длительность прямоугольных импульсов, что влечет за собой изменение проводимости плеч спаренного моста и нарушает его балансное состояние.

Прн этом в диагоналях мостовой схемы появляются напряжения разбаланса, которые усиливаются дифференциальными усилителями 26 и 27 и поступают на широтно-импульсные модуляторы 28 .и 29, куда также с выхода блока 31 задания нелинейности поступает развертывающее напряжен.е, пропорцио.нальное корню квадратному из напряжения генератора 30 пилообразного

t напряжения, равного Π— . На выходе

О модуляторов 28 и 29 образуются пря,моугольные импульсы, которые поступают на управляемые резисторы 24 и 25, проводимость которых изменится так, что приводят спаренный мост в состоя1 ние равновесия. Спаренный мост в этом случае представляет собой замкнутую систему регулирования. Питание моста осуществляется источником постоянного напряжения от шин 20 и 21.

B уравновешенном состоянии выходное напряжение дифференциальныж усилителей 26 и 27 оказывается соответственно авиа

0 аО „ + ьО < x+ s и в виде постоянного напряжения поступает на блоки 13 и 14 перемноже- „ния, в качестве которых используются стандартные блоки перемножения (фиг. 1), куда также с генератора 15

30 напряжения поступает развертывающее напряжение О,в(с), .где формируются сигналы соответственно равные произведению 0 (t)sinaL и Оф(t)cos 3, Сформированные сигналы поступают со35 ответственно на первый 11 и второй 12 блоки сравнения (кцмпараторы), куда также подаются напряжения 40 и а0у с вычитающих блоков 6 к 7. Момент включения компараторов 11 и 12, которые выполняют функции широтно-импульсных модуляторов, соответственно определяется из условий

U (t ) s i n aL gUx (t„) и Ц, (с ) со А аОу (а„), из которых следует, что т» Ux т ьО

Ъ

45 х т 8

Полученные сигнады поступают на первые входы элементов ИЛИ 9 и 10, куда также с блока 16 формировании временных интервалов подаются прямо50 угольные импульсы относительной дЛательностн f<, характеризующие начальное значение узловой проводюеости. Элементы ИЛИ 9 и 10 осуществляют суммирование временных интервалов. у Если необходимо осуществить аычитание длительностей временных интервалов, то в качестве элементов ИЛИ 9 и

10 могут быть использованы элементы

И-НЕ.

На выходе укаэанных элементов образуются прямоугольные импульсы, относительная длительность которых соответственно равна

bud щ =f <+) „ =3ö s Ä* у= м у= н+ s„taas

805356

Получе нные управ ляющие п рямоуголь ные импульсы подаются на соответствующие управляющие входы управляемых резисторов 2 и 3 сеточной модели 1, величины которых соответственно равны а Ох НЪ+ „ ь па= Н ИБ п, Усредняющий конденсатор 4 служит для подавления высших гармоник тока и О напряжения.

Получение управляющих сигналов время-импульсного типа позволяет производить непрерывное изменение в процессе решения задачи величин узловой проводимости дискретных ячеек сеточной модели, в функции ее напряжений и нелинейных свойств моделируемой среды, что позволяет автоматизировать процесс набора параметров модели и автоматически изменять их в 20 процессе решения по заданной зависимости, что расширяет класс решаемых задач, а также повышает точность.

Формула изобретения

1. Устройство для моделирования статического магнитного поли, содержащее сеточную модель, к каждому узлу которой подключены управляемые резисторы и конденсатор, генератор напряжения и первый блок сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в устройство введены второй блок сравнения, два вычитающих блока, элементы ИЛИ, два блока перемиожеиия, блок коррекции сигнала и блок формирования временных интервалов, выход которого подключен к первым входам перво- 40 го и второго элементов ИЛИ, выходы которых соединены с управляющими входами соответствующих управляемых резисторов сеточной модели, выводы соответствующих управляемых резисторов сеточной модели подключены ко входам первого и второго вычитающих блоков, выходы которых соединены со входами блока коррекции сигнала и с первыми входами первого и второго,® блоков сравнения, выходы которых подключены к вторым входам первого и второго элементов ИЛИ соответственно, выход генератора напряжения подключен к первьм входам первого и второго блоков перемножения, выходы которых соединены с вторыми входами: первого и второго блоков сравнения соответственно, выходы блока коррекции сигнала подключены к вторым входам первого и второго блоков перемножения соответственно.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок коррекции сигнала содержит генератор пилообразного напряжения, блок задания нелинейности, первый и второй дифференциальные усилители, первый и второй блоки сравнения, первый и второй широтно-импульсные модуляторы, масштабный резистор и шесть управляемых резисторов, первые выводы первого, второго, третьего н четвертого управляемых резисторов, подключены к шине

1нулевого потенциала, управляющие входы первого и второго управляемых резисторов соединены с выходом первого блока сравнения, выход второго блока сравнения подключен к управляющим входам третьего и четвертого управляемых резисторов, вторые выводы второго н третьего управляемых резисторов соединены с первыми входами дифференциальных усилителей и с одним выводом масштабного резистора, другой вывод которого подключен к шине источника постоянного напряжения и к первым выводам пятого и шестого управляемых резисторов, вторые выводы которых соответственно соединены с вторыми входами первого и второго дифференциальных усилителей и вторыми выводами первого и четвертого управляемых резисторов, выходы первого и второго дифференциальных. усилителей являются соответственно первым и вторым входами блока коррекции сигнала н подключены соответственно к первым входам первого и второго широтно-импульсных модуляторов, выходы которых соединены с управляющими входами пятого и шестого управляемых резисторов соответственно, выход генератора пилообразного напряжения через блок задания нелинейности подключен ко вторым входам широтно-импульсных модуляторов и к первым входам блоков сравнения, вторые входы которых являются первым и вторым входами блока коррекции сигнала соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 479126, кл. G 06 G 7/46, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

9 466518, кл. G 06 G 7/48, 1973 (прототип).