Устройство для воспроизведения нелинейности типа петли гистерезиса

 

Союз Советск

О.С.Колосов и Н. Н. Пономарев (72) Авторы изобретения р 1, ЗТ :Ц(. ()» . р ъ т-.г ." ;: . °

Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской eso вью- И3 ).:: > Л энергетический институт (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ

ТИПА ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА

2 при Х 0 s КХ-У=О при Х (0 и КХ-У=-О при Х > 0 КХ-у<с3 при Х< 0 Кх -3<0

r о ной сигна

КХ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано при моделировании физичео. ких систем, включающих элементы с гиотерезисом, такие как магнитные элементы, пьезоэлементы, упруго-демпфирующие

5 элементы.

Известно устройство, содержащее блок перемножения, блок дифференпирова ния, 1о перый и второй функциональные преобра=. зователи, блок управления, ключ, интегратор (lj.

Из-за наличия блоков дифференпирова» ния и умножения. и извлечения квадратного корня подобные устройства не обеспечивают необходимую точность. Кроме того, наличие интеграторов не обеспечивает

20 достаточного быстродействия устройства.

Наиболее близким к изобретению по техническому решению является устройство (2), реализующее математическую модель: где У -вьхд л, X - входной сигнал;

С вЂ” параметр нелинейности.

Однако известное устройство не обеспечивает высокой точности формирования в широком диапазоне частот. цель изобретения - повышение.точнос ти»

Для достижения пели в устройство для воспроизведения нелинейности типа петл» гистерезиса, содержащее блок задания аргумента, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего сумматоров, выходы которых соответственно через первый и второй ограничительные диоды соединены

3 МЙМ2 с соответствующими входами четвертого сумматора, выход которого через первый масштабирующий усилитель соединен с входом первого интегратора, выход которо го является выходом устройства и соеди и вым вхо ом пятого с атора, (2) (3) (4) ° при Х -CM(O и УРО при Х -C9 TО

Z2.

9 при Х-СУ и 0<0 где О l9);

g коэффипиент усиления блока 9; коэффициент усиления блока 10;

С. - параметр блока суммирования-4:

Восходящие ветви петли гистерезиса воспроизводятся следящей системой, кон-. тур которой состоит из сумматора 2, сумматора 3сдиодом 24,,сумматора 5„ усилителя 11, интегратора 15, инвертора 18 и усилителя 12. Нисходящие ветви воспроизводятся той же следящей системой, контур которой замыкается через сумматор с диодом 25. Включение и выключение блоков 3 и 4 происходит в зависимости от величины сигналов 7q и

7 . Сигналы 2., и Z< являются выходнйми сигналами схемы повторения и за поминания экстремума сигнала 1У J, состоящей из двух идентичных следящих систем, контур которых состоит из входных сумматоров (блоки 7 и 9), ограничительных диодов (блоки 26 и 27), шунтирую щих эти диоды ключей (блоки 22 и 23), сумматоров 8 и 10, усилителей 1 3 и 14, интеграторов 1 6 и 17 и инверторов 19 и 20.

При воспроизведении восходящей ветви сигнал Х надежно закрывает ограничительный диод 25, так как Х=; у< 2, а сигнал Z.g открывает ограничительный диод 24, так как выполняется условие

Х- —" у =7» При достижении сигналом Х

К2 своего максимального значения Х„„с,Х и по едующем его убывании си нал z также убываеж, так как ключ 22 шунти рует диод 26. Сигнал .Ед сохраняет свое максимальное значение, равное вследствие размыкания ключа 23 и обратной полярности напряжения на диоде 27. Таким образом, выполняются неравенства:

tx- —"

K.a

l - l

Это,. в свою очередь, приводит к эапиранию диодов 24 и 25, вследствие чего сигнал на выходе устройства остается по нен с ер д умм второй вход которого подключен к выходу блока задания аргумента, а выход перво» го интегратора соединен с входом перво го инвертора, выход которого через вто- Ю рой масштабирующий усилитель соединен с вторым входом первого сумматора, вве» дены блок выделения модуля, сумматоры, ключи, ограничительные диоды, интеграторы, инверторы и масштабирующие уси- 1 лители, причем выход первого интегратора .соединен со входом блока выделения модуля, выход которого соединен с первым входом шестого сумматора, выход которого через третий ограничительный диод сое 26 динен с первым входом седьмого сумматора, выход которого через третий мас штабирующий усилитель соединен с входом второго интегратора, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора и через второй инвертор прдключен ко второму входу шестого сумматора, выход которого через первый ключ ссединен с вторым входом седьмого сум,матора, а выход блока выделения модуля соединен с первым входом восьмого сумматора, выход которого через четвертый ограничительный диод соединен с первым входом девятого сумматора, выход которого через четвертый масшта- N бирующий усилитель соединен с входом третьего интегратора, выход которого через третий инвертор со вторым входом восьмого сумматора, связанным со вторым входом третьего сумматора, а вы- 40, ход восьмого сумматора через второй ключ соединен со вторым выходом девятого сумматора, причем выход пятого сумматора соединен с управляющими входами ключей. 4$

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит блок задания аргумента 1, сумматоры 2-10, масштабируюшие усилители 11-14, интеграторы 15-17, инверторы 18-20, блок выделения модуля 21, ключи 22 и 23 и ограничительные диоды 24-27.

Устройство реализует модель петли гистерезиса путем решения следующей

Ы системы управлений (1)-(5):

К„Я при Е„)0 У К (Х-Zq)

К„ при j <О У =К (Х-Zg) 4 нри !Х-- !< хя. при Х - !кУ I <Хд

E. х- г (=х- ,„. „ри ц, 0 „ Х-СМО при U>0

z,,= =-Х- — V.

К1

5 9688 стоянным. Управление ключами 22 и 23 осуществляется сумматром 6, который замыкает ипи размыкает ключи в зависимости от знака сигнала 0 на выходе блока 6. Сумматор 6 производит вычита- з ние сигналов Х и У с весом С по формуле О Х С9 . После достижения сит налом Х значения Х СМ размыкается ключ 22 и замыкается ключ 23. Следящая система, вырабатывающая сигнал 30

Z, начинает следить, и сигнал 2 пришр щит значение

При этом открывается ограничительный диод 25 и сигнал с интегратора 15 начинает убывать. Таким образом, реали зуется нисходящая ветвь петли гистерези- щ са. Выбором коэффициента С осуществляется регулировка ширины петли гистерезиса, а ее наклон .регулируется коэффициентом усиления 12, причем

2$ Ф = к

Частотные свойства устройства прямо пропорциональны величине коэффициентов усиления усилителей 1 3 и 14, находящих- ЗО ся в контурах следящих систем. Соответствующими выборами значений этих коэффициентов можно получить любое необходимое быстродействие устройства.

Таким образом, предложенное выпол- З5 нение устройства дозволяет уменьшить погрешность и улучшить частотные свойства, проявляющиеся в уменьшении динамических искажений.

Формула изобретения

Устройство для воспроизведения нелинейности типа петли гистерезиса, содержащее блок задания аргумента, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого соединен с первыми входами второго н третьего сумматоров, выходы которых соответственно через первый и второй ограничительные диоды соединены с соответствующими входами четвертого сумматора, выход

22 6 которого через первый масштабирующий усилитель соединен с входом первого интегратора, выход которого является выходом устройства и соединен с первым входом пятого сумматора, второй вход подключен к выходу блока задания аргумента, а выход первого интегратора соединен с входом первого инвертора, выход которого через второй масштабирующий усилитель соединен с вторым входом первого сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности, в него дополнительно введены блок выделения модуля, сумматоры, ключи, ограничительные диоды, интеграторы, инверторы, инверторы и масштабирующие -усилители, причем выход первого интегратора соединен со входом блока выделения модуля, выход которого соединен с первым входом шестого сумматора, выход которого через третий ограничительный диод соединен с первым входом седьмого сумматора, выход котррого через третий масштабирующий усилитель соединен с входом второго интегратора, выход кото рого соединен с вторым входом второго сумматора и через второй инвертор подключен к второму входу шестого сумматора, выход которого через первый ключ соединен с вторым входом седьмого сумматора, а выход блока выделения модуля соединен с первым входом восьмого сумматора, выход которого через четвертый ограничительный диод соединен с первым входом девятого сумматора, выход .которого через четвертый масштабирующий усилитель соединен с входом третьего интегратора, выход которого через третий инвертор соединен с вторыми входами восьмого и третьего сумматоров, выход восьмого сумматора через второй ключ соединен с вторым входом девятого сумматора, причем выход пятого сумматора соединен с управляющими входами ключей.

Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 525972, кл. G 05 G 7/25, 1975.

2. Гольдфарб Л. С. О некоторых нелинейностях в системе регулирования.—

"Автоматика и телемеханика, 1947, М 5, с. 13-18 (прототип).

Составитель И. Лебедев

Редактор С. Лыжова Техред А. Бабннеп Корректор В. Бутяга

Заказ. 81 76/77 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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