Устройство для моделирования линейных стационарных объектов
ОП ИСАНИЕ
ИЗО6РЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советск ни
Социалистических
Респубики
«tt962998 (61) Дополнительное к aeI. сеид-ву (22) Заявлено 22. 12 80 (21) 3237929/18-24 (5l)M. Кл.
006 G 7/48 с присоединением заявки ¹
Гооударстмнный комитет
СССР оо делам изобретений и открытий (23) Приоритет
Опубликовано 30.09.82 Бюллетень № 36
Дата опубликования описания 03; 10.82 (53) УДК681 333
-(088 8) (72) Авторы изобретения овичв СМОЮТ
А. Ф. Верлань и Н. A. Макси
ИАТЕЗЖь ". Х Vi И ГЫ
Институт электродинамики. АН Украинс (7I ) Заявитель ой СЯВ. 11Ы() 1т (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ЛИНЕЙНЫХ СТА11ИОНАРНЫХ ОБЪЕКТОВ тор D3.
Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, и может быть использовано для решения задач измерения, анализа, моделирования и регулирования процессов, связанных с преобразованием и передачей энергии, например преобразование энергии в различных датчиках, прохождение сигналов в линиях связи, явления тепло- и мвссопереноса, химические и ядерные превращения, электромагнитые излучения.
Известны устройства для моделирования линейных стационарных объектов (устройства последовательного интегриро-. вания), содержащие И последовательно, включенных интегросумматоров и суммаНаиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст» ройство для моделирования стационарных линейных объектов, состоящее из И интегросумматоров, сумматора, двух инверторов и тт + ттт переключателей. Все интегро»сумматоры и сумматор включены последовательно (по выходам и первым входам), вход первого инвертора подключен к входу устройства, вход второго инвертора подключен к выходу устройства, второй вход каждого из первых М интегросумматоров через соответствующий переключатель подключен к выходу первого инвертора и ко входу устройства, третий вход, каждого интегросумматора и сумматора подключен через соответс гвующий переключатель к выходу. второго ннвертора и к выходу устройства, причем на каждом входе всех интегросумматоров и сумматора включены делители напряжения(2), Недостатком устройства является низкая точность, обусловленная наличием большого количества (g) интегросумматоров и их последовательным включением, -T8K KGK MHol oKpGTHoe последовательное суммирование составляющих выходного сигнала на большом количестве сумматоров (И+ 1) приводит к существенному
3 9629 нахоплению погрешностей аналогового суммирования, которые обуславливаются неидеальностью параметров реальных опе-. рационных усилителей. Кроме того, многие составляющие выходного сигнала % прежде чем попасть на выход устройства проходят последовательно большое количество интегросумматоров. Понятно, что в таком случае незначительные нелинейности динамического диапазона, реальных 10 интегросумматоров приводят к существенным погрешностям выходного сигнала.
Бель изобретения - повышение точ-ности моделирования.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирования линейных стационарных объектов, содержащее первую и вторую группы переключателей и выходной сумматор, введены группы инерциональных и колебательных 0 звеньев, входы которых объединены .и являются входом устройства; а выход каждого инерционного звена подключен к подвижному контакту соответствующего переключателя первой группы, выход каждо- gg го колебательного звене подключен к неподвижному контакту соответствующего переключателя второй группы, первые неподвижные контакты переключателей обеих групп объединены и подключены к инвертируюшему входу выходного сумматора, . вторые неподвижные контакты переключателей обеих групп объединены и подключены к неинвертирующему входу выходного сумматора..
Каждое инерционное звено состоит из сумматора, группы переключателей и каналов (1= 1, 2,; .. - степень вырождения соответствующего вещественного
40 корня), каждый из которых содержит 1 последовательно,, соединенных инерционных элементов (1 равно номеру канала), при.чем входы. всех первых инерционных элементов каналов объединены и являются
45 входом инерционного звена, а выходы последних инерционных элементов каналов подключены к неподвижным контактам соответствующих переключателей, первые неподвижные .контакты переключателей объединены и подклюненны к инвертируюшему входу сумматора, а вторые непод вижные контакты объединены и подключены к неинвертирующему. входу сумматора, выход сумматора является выходом звена.
Каждое колебательное звено состоит иэ сумматора, группы переключателей и и каналов .(И1 = 1, 2,... - степень вырождения соответствующей пары комплекс
98 ф и< сопряженных корней),,каждый из которых содержит последовательно соединенных колебательных элементов (у равно номеру канала), причем входы всех .первых колебательных элементов каналов объединены и являются входом звена, а выходы последних колебательных элементов каналов подключены к подвижным контактам соответствующих переключателей, первые неподвижные контакты переключателей объединены и подключены к инвертирующему входу сумматора, а вторые неподвижные контакты переключателей объединены и.подключены к неинвертирующему входу сумматора, выход сумматора является выходом звена.
На фиг; 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема инерционного звена; на фиг. 3 - схема колебательного звена.
Устройство (фиг. 1) состоит из входной клеммы 1, инерционных звеньев 2, колебательных звеньев 3, переключателей
4 и 5, выходного сумматора 6 и выходной клеммы 7. Вход каждого из звеньев
2 и 3 подключен к входной клемме 1 устройства, выход каждого из звеньев 2 и 3 через один из переключателей 4 и 5 подключен к одному из инвертирующих и одному иэ неинвертирующих входов выходного сумматора 6, выход выходного сумматора 6 подключен к выходной клемме 7.
Инерционное звено (фиг. 2) состоит из входной клеммы 8, инерционных элементов 9, переключателей 10, сумматора 11 и выходной клеммы 12. Элементы 9 объединены в каналы, первый канал содержит один элемент 9, а каждый последующий канал содержит на один элемент 9 больше, чем лредыдуший. Вход каждого канала подключен к входной клемме 8, а выход каждого канала через один из переключателей 10 подключен к одному из инвертирующих и одному иэ неинвертирующих входов сумматора 11> выход сумматора 11 подключен к выходной клемме 12.
Колебательное звено (фиг. 3) состоит из входной клеммы 13, колебательных элементов 14, переключателей 15, сумма» тора 16 и выходной клеммы 17. Элементы 14 объединены в,каналы, первый ка» нал содержит один элемент 14, а каждый последующий содержит на один элемент
14 больше, чем цредыдуший. Вход каждого канала подключен к входной клемме
13, а выход каждого канала через один из переключателей 15 подключен к одно962998 6 му из инвертируюших и одному из неин« вертируюших входов сумматора 16, выход сумматора 16 подключен к выходной клемме 17.
Работа устройства основывается на следующих математических соотношениях и описывается этими соотношениями.
Линейные стационарные объекты опи.сываются дифференциальными уравнениями вида
i„1 dj
1"-0 ) =0 где с - и ф — постоянные веществен1 ные коэффициенты, on- 15 ределяюшие свойства (структуру) исследуемого объекта.
Уравнение (1) можно привести к более удобному для анализа виду, использовав понятие инвариантного во времени линейного операторного соотношения (передаточной функции объекта %(p})
<3 25 Ю = k (p) x R) = а.— — -,щ p: —, ),)
g .р1
I 1=0
При моделировании линейных стационарных объектов, которые описываются уравнением (1), как следует из уравнения 30 (2), передаточная функция моделирующего устройства определяется следующим выражением
Ч М+ Э
®)Р)=Х 1 "
С) 1, (Т р+)) f =(,1" о(= (Qq
1 6
7, И +,) 9 =И, (p3 ((рай+2 р 1)в
p="l1)fi (4) 45
1де К,, Т, Ч р,, Х (, (и 7 вещественные коэффициенты, определяющие конкретную структуру и величины параметров элементов устройства;
- количество вещественных корней полинома знаменателя выражения (3); ф - степень их вырождения;
g - количество пар комплексно-<:опряженных корней этого полинома;
Ч - степень их вырождения.
)ф) 51P1
W(p) = )+ — —.—, и ) в. )М .K Q„P"
Выражение (3) является дробно-рациональным, его можно представить в следую)ием виде
Переходя от операторных соотношений к диффернциальным уравнениям, а от последних через законы Ома и Кирхгофа к конкретным аналоговым электронным структурам, можно убедиться в следующем. Элементам суммы . в (4). к
Тар соответствует последовательное включение с(инерционных. элементов с одинако- . выми постоянными времени Т, и общим коэффициентом передачи К 5, что соотг ветствует структуре канала элементов инерш)о ного звена устройства. ЭлеменР ч K ас там х, „,)) соответствует парала= iT Р+1 лельно-сумматорное включение ++ таких групп элементов, что соответствует структуре инерционного звена. Анализируя вторую двойную сумму выражения (4), можно убедиться в аналогичной структуре колебательного звена устройства, в частности
Ч элементам суммы соот ИР + Р+" ветствует последовательное включение колебательных элементов с параметрами
g <, p, Q „ (и 4, характеризующими амплитуду, частоту, фазу и затухание колебаний. И, наконец, всему выражению (4) соответствует параллельно-сумматорное включение " инерционных и 5 колебательных звеньев.
Положительный э<, фохт от использования изобретения. в конкретном случае измерения потоков теплового электрол)агни1ного излучения заключается в следующем.
Устройство позволяет повысить точность измерения тепловых сигналов. Это достигается сокрашеи)сл) количества сумматоров, что уменьшает накопление погрешностей аналогового суммирования, а также параллельным включением блоков устройства, что сушественно уменьшает нелинейные искажения и исключает многократное усиление шумов.
Формула изобретения
1. Устройство для моделировании линейных стационарных объектов, содержащее первую и вторую группы переключателей и выходной сумматор, о т л и чаюшеес я тем, что, с цельюповьпиения точности моделирования, оно содержит группы инерционных и колебательных звеньев, входы которых объединены и являются входом устройства, а выход каждого инерционного звена подключен к подвижному контакту соответствующего переключателя первой группы, выход каждого колебательного звена подключен
962998
3О к неподвижному контакту соответствующего переключателя второй группы, первые неподвижные контакты переключателей обеих групп объединены и подключены к инвертирующему входу выходного сумма- В тора, вторые неподвижные контакты переюпочателей обеих групп объединены и подключены к неинвертируюшему входу выходного сумматора.
2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю- и ш е е с я тем, что каждое инерционное звено состоит из сумматора, группы переключателей и И каналов (й = 1, 2,...степень вырождения соответствующего вещественного корня) каждый из которых содержит 1 последовательно соединенных инерционных элементов (равно номеру канала), причем входы всех первых инерционных элементов каналов объединены и являются входом инерционного звена, а 20 вЫходы последних инерционных элементов каналов подключены к неподвижным контактам соответствуюших переключателей, первые неподвижные контакты переключателей, первые неподвижные контакты пе- 2S реключателей объединены и подключены к. инвертируюшему входу сумматора, а вторые неподвижные контакты объединены и подключены к неинвертируюшему входу сумматора, выход сумматора является выходом звена. .3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что каждое колебательное звено состоит из сумматора, группы переключателей и каналов (и = 1, 2; ... степень вырождения соответствующей пары комплексно-сопряженных корней), каждый из которых содержит последовательно соединенных колебательных элементов .(равно номеру канала), причем входы всех первых колебательных элементов каналов объединены и являются входом звена, а выходы последних колебательных элементов каналов подключены к подвижным контактам соответствукших переключателей, первые неподвижные контакты переключателей объединены и под- . ключены к инвертируюшему входу сумматора, а вторые неподвижные контакты пе реключателей объединены и подключены к неинвертируюшему входу сумматора, выход сумматора является выходом звена.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Кори Г., Корн Т. Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины. М., т $,1967, с. 86-98.
2. Коган Б. Я. Электронные м оделируюшие устройства и их применение для исследования систем автоматического регулирования, Изд, 2. N., Гос. изд-во физ.-мат. литературы, 1963, с. 371, рис. 2 13 (прототип) .
962998
Составитель F.. Фролов
Редактор Ю. Ковач Техред А. Бабннец Корректор Н. Буряк
Заказ 75 17/72 Тираж 73 1 П одписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Иосква, Ж-З5, Раушская наб„д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
