Устройство для моделированияэлектромагнитных полей

Сеюз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет Гоеударствеиицй комитет СССР ио делам изобретеиий и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙИзобретение относится к устройствам аналоговой и аналого-цифровой вычислительной техники, преимущественно к моделированию полей при помощи электрических сеток,и может быть использовано для моделирования электромагнитных полей в нелинейных ферромагнитных сРедах.Известен кодоуправляеьый элемент сеточной модели, содержащий блок проводимости, блок управления, программный блок, блок аналоговой памяти, блок слежения и блок развязки, Изменение проводимости элемента происходит при этом от подключения ключевыми 15 схемами разного числа дискретных проводимостей 11.Недостатком кодоуправляемого элемента является невозможность моделирования задач в нелинейных средах. 20Наиболее близким техническим реше нием к предлагаемому. изобретению является устройство для моделирования электромагнитных полей, содержащее сумматор, блок задания начальных по , мех, источник питания, компенсатор,аттенюаторы Е 2 Д.Недостатком устройства является невозможность моделирования полей в нелинейных ферромагнитных средах. 30 Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности моделирования полей в нелинейных ферромагнитных средах.Указанная цель достигается тем,. ,что в устройство для моделирования электромагнитных полей, содержащее сумматор, блок задания начальных условий, введены блок деления, блок извлечения квадратного корня, датчик тока, источники входных напряжений, вариконд, блоки возведения в,квадрат и управляеьие конденсаторы, соответственно соединенные с входами блоков возведения в квадрат,их выходы: через сумматор подключены к входу блока извлечения квадратного корня, выход которого соединен со входом датчика тока, первый выход которого подключен к первому входу блока деления, выходом соединенный е входом блока задания начальных условий, выходы которых соответственно подключены к управляющим входам управляеььх конденсаторов, выход датчика тока подключен к второму входу блока деления и к одному выводу вариконда, другой вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, выходы исто 4 ников входных напряжений подключены соответственно к .выводам управляемых конденсаторов.На чертеже представлена блок"схема устройства для моделированияэлектромагнитных полей.Устройство содержит управляемыеемкости 1-3, блоки 4-6 возведенияв квадрат, сумматор 7, блок 8 извлечения квадратного корня, датчик 9 тока, вариконд 10, блок 11 деления,блок 12 умножения иа постоянные коэффициенты, блок 13 формирования,коэффициентов умножения, блок 14 начальных условий, состоящий иэ блоков 12 и 13, источники входных напряжений 15-17.В качестве перестраиваемых ячеекматрицы трехмерной моделирующейсреды в предлагаемом устройствеиспользуются управляемые емкости1-3, расположенные по трем взаимноперпендикулярным осям Х, У, Е, Значения управляемых емкостей устанавливаются в зависимости от измененияемкости вариконда 10 путем умножения величины, пропорциональной емкости вариконды,на постоянный коэффициент в блоке умножения,Величина, пропорциональная емкостивариконда, .образуется на выходе блокаделения 11 и представляет собой частное от деления величины тока черезвариконд 10 на напряжение между егообкладками, посколькуС = К- К - ю= 27 У1Оз йгде С - емкость вариконда;Г - частота тока через вариконда;щ - угловая частота,Пространство между обкладками вариконда (нелинейного конденсатора)заполнено сегнетоэлектриком, электрическая проницаемость которого является функцией напряженности электрического поля, а емкость зависитот приложенного напряжения. Сегнетозлектрики обладают доменной структурой и самопроизвольной поляризацией.При воздействии на сегнетоэлектрик внешнего электрического поля внем происходят процессы, идентичныепроцессам в ферромагнетиках - смещение границ доменов, скачкообразноеизменение ориентации доменов и поворот векторов поляризациипо внешнему полю. Сегнетоэлектрики обладаютгистерезисом - явлением отставанияизменения электрического смещения Дот изменения напряженности электрического поля Е. Как в Ферромагнитных веществах, площадь гистерезиснойпетли в координатах Д, Е характеризует собой потери на гистерезисе,5 Напряжение, прикладываемое квариконду 08 ар)представляет собойкорень квадратный из суммы квадр 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55тов напряжений на управляемых конденсаторах по трем осям Х У Е+0+Ьа Х у 2Такая зависимость реализуется при помощи блоков 4-6 (7),(8), сумматора 7 и блоков 8 извлечения квадратного корня. ел фф т Изменение параметров моделирующей среды в направлениях соответствующих осей, в принципе, может производиться либо подключением различного числа дискретных элементов (сопротивлений или конденсаторов) либо, как это делается в предлагаемом устройстве, изменением внутренних параметров одних и тех же элементов (без подключения дополнительных). Эту задачу и решают блоки умножения на постоянные коэффициенты 12 и Формирования коэффициентов 13 умножения путем формирования различных управляющих сигналов для емкостей 1-3,расположенных по различных осях Х, У, 2.При этом на вход блока умножения на постоянные коэффициенты 12 поступает сигнал от блока 11 деления, пропорциональный емкости вариконда 12, которая в свою очередь изменяется в зависимости о и яжения08 ар = Ох + Оу+ ОМСигнал от блока 11 д ения умножатся на постоянные коэ ициенты пропорциональности Кх, К К в блокЕ умножения, в результате чего на управляемые .емкости 1-3 подаются управляющие сигналы,е каждый из которых пропорционален емкости вариконды 10 с соответствующими коэффициентами пропорциональности КХ, К или К.Таким образом, для перестройки матрицы изменение начальных параметров моделирующей среды в направлении различных осей производится путем изменения коэффициентов пропорциональности КХ, Кз, Кпри помощи коммутации соответствующих цепей в блоке формирования коэффициентов умножения 13 либо оператором вручную, либо по специальной автоматической программе в этом же блоке.Указанные соображения свидетельствуют о том, что в конечном и оге, уп" равляемые емкости 1-3,являющиеся ячейками трехмерной моделирующей среды и расположенные по осям Х, У, Е будут измеиязвся сод воздейсзвиемЗВзЗзаЯ. с учетом явления гистерезиса в соответствии с заданными свойствами моделирующей среды по различным осям, что и необходимо для обеспечения возможности моделирования полей в нелинейных ферромагнитных средах.Моделирующая среда в этом случае набирается из отдельных элементов,каждый из которых имеет структуру, представленную на чертеже.Устройство работает следующимобразом.842862 Формула изобретения Входные напряжения источников вхОдных напряжений Ох, О, О по осям Х,Х, Е прикладываются к зажимам. управляемых емкостей 1-3 и одновременнопоступают на входы соответствующихблоков возведения в квадрат 4-6С1выходов блоков возведения в квадрат4"6 значения квадратов напряженийподаются на вход сумматора 7. Выходное напряжение сумматора 7 равносумме квадратов входных напряженийна управляемых емкостях 1-310Выходное напряжение сумматора.7поступает на вход блока извлеченияквадратного корня 8.Выходное напряжение блока извлечения квадратного корня Ор, равное 15корню квадратному иэ суммй квадратовтрех входных напряжений О, О, О,прикладывается к.обкладкам вариконда 10:через датчик 9 тока и одновременно поступает на первый вход блока Щ11 деления,Сигнал, пропорциональный токувариконда 10, с выхода датчика тока 9поступает на второй вход блока 11 деления.Выходной .сигнал блока 11 деленияпропорционален частному от делениявеличины тока через вариконд 10 нанапряжение на его обкладках, и, следовательно, пропорционален величинеемкости вариконда 10, изменяющейся в ЗОзависимости от приложенного напряжения.Выходной сигнал блока 11 деленияпоступает на вход блока 12 умножении,где умножается на постоянные коэф,фициента, определяющие различиесвойств моделируемой ферромагнитнойсреды по трем осям пространства. Приэтом значения требуемых коэффициен"тов умножения устанавливаются в блоке 4 Оформирования коэффициентов умножения 13Выходные сигналы блока умноженийна постоянные коэффициенты управ-ляют емкостями 1-3,Использованием предлагаемого устройства обеспечивается возможность моделирования полей в нелинейныхферромагнитных средах, обеспечивается быстрая перестройка электрическимпутем параметров элементов моделирующей среды путем изменения коэффициентов умножения блока заданияначальных условий,Устройство для моделированияэлектромагнитных полей, содержащеесумматор и блок задания начальныхусловий, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью расширения областиприменения эа счет возможности моделирования полей в нелинейных ферромагнитных средах, в него введеныблок деления, блок извлечения квадратного корня, датчик тока, источникивходных напряжений, вариконд, блокивозведения в квадрат и .управляемыеконденсаторы, соответственно соединенные с входами блоков возведенияв. квадрат, выходы которых через сумматор подключены к входу блока иэВлечения квадратного корня, выход ко"торого соединен с входом датчикатока, первый выход которого подключеи к первому входу блока деления,выход которого соединен с входом блока задания начальных условий, выходыкоторых соответственно подключены куправляющим входам управляемых конденсаторов, выход датчика тока подключен к второму входу блока деленияи к одному выводу вариконда, другойвывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, выходы источниковвходных напряжений подключены соот-,ветственно к выводам управляеьвх конденсаторов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 547790, кл. 6 06 6 7/46, 1977.2. Авторское свидетельство СССРМ 437099, кл. 6 06 6 7/48, 1973