Устройство для моделирования гистерезисных характеристик магнетиков и диэлектриков

(5) ЕТЕНИЯ ИЕ ИЗО О ЕЛЬСТВ:У АВТОРСКОМУ ьство СССР/25, 1988. ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР). (54) УСТРОЙ СТВО ДЛЯМОДЕЛИ РОВАН ИЯ. ГИСТЕ Р ЕЗИСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧАГНЕТИКОВ И ДИЭЛЕКТРИКОВ(57) Сущность изобретения: устройство содержит три сумматора (1,2,3), два инвертора (4,5), два интегратора(6,7), пять блоков вумножения (8 - 12), блок выделения модуля (13) и блок зоны нечувствительности (14), вход (1 5), выходы (16,17,18) 15-2-7-5-3-8-1-6-3, . -5 - 11 - 3, 7-9-10-1-2, 2-4-10, 2-3-8, 7 - 9 - 1214-3, 12-3, 9-11, 15-1, 6-16, 7-17, 9-18, 1 ил.Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для при-., менения при исследовании методамианалогового моделирования электромеханических систем с элементами, выполненными из магнетиков и диэлектриков, особенно систем, в которых используются стрикционные свойства этих материалов.Известно устройство для моделирования упругого гистерезиса, содержащее сумматор, два инвертора, два интегратора и два блока умножения Ц, которое может быть использовано для моделирования гистерезисных характеристик магнетиков и диэлектриков в слабых технических полях, когда ветви их ггетель гистерезиса достаточно точно аппроксимируются квадратичными параболами.Наиболее близкйм по технической сущности к предлагаемому решению является устройство для моделирования петли гистерезиса, содержащее первый сумматор, первый и второй интеграторы, с первого по четвертый блои умножения и блок выделения модуля. Информационный вход устройства соединен с первым входом первого сумматора, выхбд которого подключен к информационному входу первого интегратора, выход первого интегратора является первым выходом устройства. Информационный вход второго интегратора объединен с входом блока выделения модуля, выход которого соединен с первым входом перво- гО блока умножения, а выход первого блока умножения соединен с вторым входом первого сумматора. Выход второго интегратора, являющийся вторым выходом устройства, соединен с первым входом вто- рого блока умножения, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, а выход третьего блока умножения соединен с третьим входом первого сумматора 21, Это устройство может быть использовано для моделирования гистерезисных характеристик магнетиков и диэлектриков в слабых и средйих технических полях с учетом рассеяния энергии при их перемагничивании или переполяризации.Об щй м недостатком известных устройств является то, что они не воспроизводят петель гистерезиса магйетиков и диэлектриков в сильных технических полях, т,е. не воспроизводят прямоугольных и предельных петельгистерезиса и петель типа "бабочка" стрикционного гистерезиса этих материалов, Это ограничивает,функциональные возможчости устройств и область их применения.Цель изобретения - расширение функциональных возмо:кностей и области при 10 менения эа счет воспроизведения прямоугольных и предельных петель гистерезисаи стрикционных петель типа "бабочка"Устройство для моделирования гистерезисных характеристик магнетиков и диэлектриков содержит переь 1 й сумматор, первый и второй интеграторы, с первого по четвертый блоки умножения и блок выделения модуля, информационный вход устройствасоединен с первым входом первого сумматора, выходкоторого подключен к информационному входу первого интегратора. Выход первого интегратора является первым выходомустройства, информационный вход второго интегратора объединен с входом блока выделения модуля, выходкоторого соединен с первым входом первого блома умножения. Выход первого блока умножения соединен с вторым входом первого сум матора, выход второго интегратора,являющийся вторым выходом устройства, соединен с первым входом второго блока умножения, выход которого соединен с первым входом третьегоблока умножения, а 25 выход третьего блока умножеййя соединенс третьим входом первого сумматора, В устройство введейы второй и третий сумматоры, первый и второй инверторы, пятый блок. умножения и блок зоны нечувстеительно сти, Первый и второй входы второго сумматора соедийены" соответственно с первым входом и с выходом первого сумматора, а выход второго сумматора соединен с информационным входом второго интегратора и 35 через первый йнвертор с вторым входомтретьего блока умножения, Выход первого интегратора подключен к первому входу третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого блока умноже.- 40 ния, выход второго интегратора соединен свторым входом второго блока умножения и через второй инвертор с первым входом четвертого блока умножения и с вторым входом третьего сумматора.45 Выход четвертого блока умножения соединен с третьим входом третьего сумматора и с первым входом пятого блока умножения,выход которогО соединен.с четвертым входом третьего сумматора и с вхо дом блока зоны нечувствительности, выходкоторого соединен с пятым входОм третьего сумматора. Выход второго блока умножения, являющийся третьим выходом.устройства, подключен к вторым входам 55 четвертого и пятого блоков умножения,На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.Устройство содержит первый 1, второй2 и третий 3 сумматоры, первый 4 и второй 5 инверторц, первый 6 и второй 7 интеграторы, первый 8, второй 9,третий 10,четвертый 11 и пятый 12 блоки умножения, блок выделения модуля 13 и блок эоны нечувствительности 14, Оно имеет информационный вход по сигналу скорости первого параметра Хф) и три выхода по сигналам соответственно второго Х 2(с), третьего Хз(1) и четвертого Х 4(т) параметров состояния моделируемого материала.Работу устройства рассмотрим на примере моделирования гистерезисных характеристик магнетиков.В процессе моделирования сигнал скорости Х 1(1) =. В(т) изменения первого параметра состояния Х 1(1) = В(1) моделируемого элемента из магнетика с индукцией В(1) со входа устройства 15 поступает на первые входы первого 1 и второго 2 сумматоров. С выхода первого сумматора 1 сигнал скорости изменения второго параметра состояния Х 2(т) = Н.(т); соответствующего напряженности магнитногО поля Н(т) = Х 2(1), поступает на информационный вход первого интегратора 6 и на второй вход второго сумматора 2, на выходе которого получают сигнал скорости изменения третьего параметра состояния Хз(0) = К 21 В(т) - К 22 Й(с), где К 21 и К 22 - коэффициенты передачи второго сумматора 2 соответственно по первому и второму его входам; соответствующего намагниченности (е) = Хз(с) моделируемого элемента из магнетика.С выхода первого интегратора 6, служащего первым выходом устройства 16 по второму параметру Хг(1) = Н(т), сигнал поступает на первый вход третьего сумматора 3. С выхода второго сумматора 2 сигнал Хз(т) = (т) поступает на информационный вход второго интегратора 7, вход первого инвертора 4 и вход блока выделения модуля 13,:с вйхода которого сигналХз(1) .= (т) поступает на первый вход первого блока умножения 8. С выхода второго интегратора 7 сигнал Хз(1) = (1) поступает на второй выход устройства 17, вход второго инвертора 5 и первый и второй входы второго блока умножения 9, с выхода которого сигнал Х 4 (т) = 2 (т) = у (т), соответствующий стрикции у(т), поступает на третий выход устройства 18, первый вход третьего блока умножения 10 и вторые входы четвертого 11 и пятого 12 блоков умножения. Сигнал с выхода второго инвертора 5 поступает на второй вход трер его сумматора 3 и первый вход четвертого блока умножения 11, с выхода которого сигнал Хз(т) Х 4(1) = Хэ (т) = (т)х ау(с) -(т)поступает на третий вход третьего сумматора 3 и первый вход пятого блока умножения 12, С выхода последнего сигналХз (1) Х 4(1) = ХЗ 5(1) = (е)(1) =(1) поступаетна четвертый вход и через блок зоны нечув, ствительности 14 на пятый вход третьегосумматора 3, Величина зоны йечувствитель ности блока 14 выбирается в соответствии с величиной максимальной (по модулю) намагйиченности й Ьш = + Хзш, С выхода третьего сумматора 3 сигнал поступает на второй вход первого блока умножения 8, с 10 выхода которого сигнал поступает на второй вход первого сумматора 1.,С выхода первого инвертора 4 сигнал поступает на второй вход третьего блока умножения 10, с выхода которого сигнал 15 поступает на третий вход первого суммато- ра 1. На выходе первого сумматора 1 получают сигнал скорости изменения второго параметра состояния Х 2(т) = Н(т),В результате в рассматриваемом случае 20 на выходах 16, 17, 18 устройства вырабатываются сигналы соответственно напряженности Н(т), намагниченности ф) и стрикции у (т), а при К 21 = 1, К 22 = 0 на втором выходе устройства 17 сигнал индукции В(т), Соотно шения между этими сигналами в виде зави симостей В(Н), (Н) и у Н воспроизводят петли магнитного и стрикционного гистерезиса моделируемого элемента из магнетика,Воспроизводимые устройством гисте резисные характеристики магнетиков и диэлектриков описываются следующей системой уравнений:Х 2 (1) =.Х 2 (т) й; ХЗ (т) =ХЗ(т) ото 35 Х 4 (1) = ХЗ (1) Хэ(т) = КвшХ 1(1) КвнХ (т) Х 2 (1) = КнХ 1(т) - Кш Хз(тЦКшХ (1) -- КБХз(т) КПЗХЗ (1) КП 5 ХЯ (1) - Кп 5 Хз (1)1 - Квв Хз(т) Хз (1): 4 О хз 5 (1) О ПрИ 1 ХЗ 51КЗн ХЗШК хз (с) Кзн Хэа при Хз (1)Кан хзсп Хэ (1) + Кзн ХЗП вои Хз т)Ввн ХЗв5 5 5 45 где Х 1(1), Х 2(т), Хз(т), Х 4(с) - соответственно первый, второй, третий и четвертый параметры состояния материала;Хф) - скорость: изменения первого па раметра Х 1(1);ф Хзв - максимальное и минимальное значения зоны нечувствительности по сигналу, соответствующему Хз (1);Квш - коэффициент изменения высоты с 55обратным изменением ширины петли гистерезиса;Квн - коэффициент обратного изменения наклонов верхней и нижней частей ветвей петли гистерезиса;8 1783548 ра, выход первого интегратора является первым выходом устройства,.информационный вход второго интетратора объединен с входом блока выделения модуля, выход коблока умножения, а выход первого блока умножения соединен с вторым входом перваго сумматора, выход вторОго интегратора, являющийся вторым выходом устройства, соединен с первым входом второго блока 10 умножения, выход которого соедийен с первым входом третьего блока умножения, а выход третьего блока умножения соединен с третьим входом первого сумматора, о тлича ю щееся тем, что,сцельюрасши 15 прямоугольных и предельных петель-гистетый блок умножения:и блокзоны нечувствительности, первый и второйвходы второго сумматора "соединены соответственно. с 25 К 11 = МнКн, К 12 = МшКш, К 13 = МВВКВВК 21= МвшКвш: К 22 = МвнКвн:К 31 = МшгКш 2 (2)К 32 = МБКБ; Кзз = МпзКпз; К 34 = Мп 5 Кп 5К 35 Мп 5 КП 5, Кзн = МзнКзн,где М - обозначение соответствующего масштабного коэффициента;КБН - коэффициент блока зоны нечувствительности,умножения, выход второго интеграторасоединен с вторым входом блока умноженияи 35 Формула изобретения Устройство для моделирования гистерезисных характеристик магнетиков и диэлектриков, содержащее первый сумматор; первый и второй интеграторы, с первого по четвертый блоки умножения и блок выделения модуля, информационный вход устрой-. ства соединен с первым входам первого сумматора, выход которого подключен к информационному входу первого интегратоблока умножения соединен с третьим входом третьего сумматора и первым входом выход которого соединен с пятым входом третьего сумматора; а выход второго блока умноженйя, являющийся третьим выходом устройства, подключен к вторым входам четвертогаи пятого блоков умножения. 45 Составитель Г.Трель Редактор А.Мельникова Техред М,Маргентал Корректор О,ГустиЗаказ 4518 ТиражПодписное ВНИИПИ Государственного комитета па изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Кн - коэффициент обратного изменения наклона начального участка начальной кривой петли гистереэиса:Квв - коэффициент изменения кривизны боковых ветвей петли гистерезиса (при Квв0 - вогнутость, Квв0 - выпуклость),Кш - коэффициент изменения ширины петли (по сумме составляющих);Кш 2 - коэффициент изменения ширины петли гистереэиса по составляющей; пропорциональной второму параметру Хг(1):КБ - коэффйциент обратного изменения наклона боковых ветвей петли гистереэиса (при КБО - йаклбн отвертикали по часовой стрелке, КБ0 - против часовой стрелки);Кпз, Кп 5, Кп 5 - коэффициенты изменения формы переходных участков боковых ветвей к загистерезиснйм участкам петли гистерезиса, соответственно по Хз (1), Хз (1)3 5 и Хз (1)Кзн - коэффициент измененйя зоны нечувствительности по Хз (т).5Коэффициенты передачи Кл используемых операционных блоков по их "соответствующим входам ) с учетом системы (1) можно найти с помощьюследующих соотношений: 5, торого соединен с первым входом первого рения функциональных воэможностей и области применения путем воспроизведения резиса и стрикционных петельтипа "бабоч 20 ка", в него введены второй и третий сумматоры, первый и второй инверторы, пяпервым"входом.и выходом первого сумматора; а вь 1 ход второгО сумматора соединен синформационным входом второго интегра-,тора и черезпервый инвертор - с вторйм входом третьего блока умножения, выход30 первого ийтегратора подключен к первому. входу третьего сумматора, выход которогосоединен с вторьм входом первого блока через второй инвертор - с первым входомчетвертого блока умножения и вторым Входом третьего сумматора; выход четвертого40 пятого блока умножения:, выход которого соединен счетвертым входом третьего сумматора и входом блока нечувствительности,