Устройство для моделирования замкнутых распределенных систем управления

(61) Дополнительное к ает. сеид-е 22) Заявлено 2806,77(21) 2504609/18-2с присоединением заявки Ио а 7/ твенный комнтСССРам изобретенийоткрытий уда ПриоритетОпубликовано 25,10.79 Бюллетень М 1.335 88.8) Дата опубл ия описания 25.107 Авторы Г.Н, Азаров, В.М. Андриевский, В,В. ГармашИЗОбрЕТЕНИЯ Г,В, Евстратов и В.Е. Прокофьев(71) Заявитель арьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И. ЛенинаЯСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЗАМКНУТЫХПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 4) УСТ РИзобретение относится к аналоговой и гибридной вычислительной технике и предназначено для исследованиязамкнутых систем управления с распределенными параметрами в переходном5и установившемся режимах,В настояшее время для реализацииматематических моделей объектов сраспределенными параметрами эффектив Оно используются ВС-сеточные модели.Дополнение ВС-сеток специализирован"ными электронными устройствами позволяет использовать их для решения прямых и обратных задач нестационарнойтеплопроводности с произвольными граничными условиями, а также исследо"вать замкнутые системы управления сраспределенными параметрами 1,Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования замкнутых распределенных систем управления, содержащее первый источник эталонного напряжения, выход которого подключенк первому входу первого блока сравне"ния, выход которого соединен со входом блока моделирования регуляторатемпературы, второй вход первого блока сравнения соединен с выходом блока моделирования измерителя темпера- ЗО туры, первый вход которого подключен к выходу повторителя напряжения, вход которого соединен с первым выходом Е-сетки, второй выход которой подключен к первому входу блока измерения, выходы блока задания граничных условий и блока задания начальных условий соединены с первым и вторым входами Н-сетки соответственно и первый управляемый стабилизатор тока 12,Недостатком известных устройств является низкая точность.Цель изобретения - повышение точности моделирования.Указанная цель достигается тем, что устройство содержит блок управления, второй управляемый стабилизатор тока, ключи, элемент ИЛИ, триггер, второй блок сравнения н второй источник эталонного напряжения, выход.которого подключен к первому входу второго блока сравнения, выход которого соединен с нулевым входом триггера выход которого подключен к первому входу первого ключа, второй вход которого соединен с выходом первого управляемого стабилизатора тока, выход первого ключа подключен к третьему входу й-сетки, четвертый вход которой соединен с выходом втрого ключа, первый вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с первымвыходом блока управления, второй выход которого подключен ко входам блака задания граничнь 1 х условий и блоказадания начальных условий, ко вторымвходам блока измерения и блока моделирования измерителя температуры и кединичному входу триггера соответстВеннОг ВыхОД блОка моДелированиЯ иэ Цмерителя температуры соединен са вторым входом второго блока сравнения,нЫход второго управляемага стабилизатора тока подключен ка второму входувторого ключа, пятый вход к-сетки соединен с третьим ныходОМ блока уйранления,На чертеже изображена функциональная схема устройства. 20Устройство содержит Р-сетку 1, блок 2 задания граничных условий, блок 3 эадачия начальных условий, блок 4 измерения, повторитель 5 напряжения, блок Б моделирования измерителя температуры, первый и второй источники эталонного напряжения 7, 8, перный и второй блоки сравнения 9,. 10, блок 11 моделирования регулятора температуры, триггер 12 элемент ИЛИ 13, ключи 14, 15, управляемые стабилизаторы тока 1 б, 17 и блок 18 упрагления.к-сетка 1 является основным блоком устройства. Она включает в себя уз,ла 3 вые резисторы, в качестве которых могут быть использованы кадауправляемые или время-импульсные управляемые сопротивления, а также магазины сопротивлений, выполненные по типу универсальной сеточной модели (УСМ),1 О Предназначена В-сетка для реализации математической модели объекта с распределительными параметрами, н качестве которого н дальнейшем будем рассматривать термастат, 45Блок 2 задания граничных условий состоит из известных устройств для задания граничных условий 1-1 У рода и предназначен для реализации граничных уйловий, описывающих взаимодействие объекта с ннешней средой а также отдельных элементов ега конструкции, Он может включать В себя схему формирования скачка, которая и зависимости ат настройки срабатывает в любой напередзаданный момент времени, и служит для Формирования выхОднОго сигнала; который Включает устройства задания граничных услоэий 1-го рода, моделирующие скачкоаб О разное изменение, например, температуры окружающей среды.Блок 3 задания начальных условий предназначен для задания начальнык условий, а блок измерения 4 - для 65 измерения температурного поля объекБлок 6 служит для моделированиядинамических снойстн измерителя(датчика) температуры, параметры которого, также как термостата, распределены в пространстве, и включаетн себя узловые резисторы, магазиныузловых емкостей и разрядники. Онмажет быть забран либо из отдельнойсетчатой модели, либо из незадействованных при реализации математической мацели термостата узловых точексеточной модели термостата. Блок 6подключен к узловой тачке гГ-сетки 1,соответствующей месту включения вте,мостате датчика температуры черезповторитель 5 напряжения с нысокимвходным сопротивлением, В качествеповторителя с высакигл входным сопротивлением может быть использованэмиттерный повторитель, а такжедифференциальный усилитель, включенныйпо схеме повторителя.Блок 18 управления формирует временную программу решения н виде импульсон подготовки С и импульсоврешения ь,. Импульс с производит включение раэрядникон узловыхточек В-сетки 1 и блока б через элемент ИЛИ 13, воздействуя на ключ 14переключает управляемый стабилизатортака 16 са входан В-сетки 1 к шине нуг:енога потенциала, а также отключаетблок 2 задания граничных условий,блок 3 задания начальных условий,блок 4 измерения, Импульс 7 производит подключение блоков 2, 3 и 4ка входам В-сетки 1, отключает разрядники блоков 1 и 6, а также устананливает своим передним фронтомриггер 12 в едини гное состояние который отключает через ключ 15 управляемый стабилизатор тока 17 от шинынулевага потенциала и подключает ихко входам Е-сетки 1,Блоки сравнения 9, 10 предназначены для получения сигнала рассогласования между ныхадным напряжениемблока б, пропорциональным темпера.Уре объекта в зоне нахождения датчика температуры и эталонным напряжением, пропорциональным температуреустановки, которое вырабатываетсяисточникам эталонного напряжения 7,также эталонным напряжением, пропорциональным температуре объекта,при которой произойдет сброс тригге"ра 12 и отключение, благодаря ключу5 управляемого стабилизатора тока 17,моделирующих фарсажные нагреватели,Сигнал, нырабатынаемый блоком срав"нения 9 управляет работой блока 11,моделирующего регулятор температуры,Если н исследуемой системе использован днухпозиционный релейный регулятор, та в качестве блока 11 можетбыть применен операционный усилитель, 69339910 включенный по схеме нелинейного зве"на с соответствующей регуляторувольт-амперной характеристикой.Выходной сигнал блока 11, воздействуя через элемент ИЛИ 13 и ключ 14,управляет работой стабилизаторовтока 16, имитирующих работу основного нагревателя,Устройство работает следующим образом.Блок 18 управления вырабатываяимпульс времени решения Г производит подключение блоков 2 и 3, которые задают в В-сетку 1 начальные играничные условия, известные по условию задачи. Кроме того, импульс ,своим передним фронтом переводиттриггер 12 в единичное состояние,выходной сигнал которого отключаетчерез ключ 15 управляемый стабилизатор тока 17 от шины нулевого потенциала и подключает их в узловые.точки, соответствующие месту расположения обмоток форсажного нагревателя, В В-сетку втекает ток, имитируя приток тепла за счет включенияфорсажных нагревателей. До моментадостижения объектом температуры,заданной уставкой на отключение форсажных нагревателей, а она выбирается, как правило, меньше температуры статирования, включены управляе- З 0мые стабилизаторы тока 16 и 17.Прогрев объекта идет за счет основных и форсажных обмоток нагревате"лей. При равенстве напряжения объекта в точке подключения датчика температуры напряжению уставки, заданного источником эталонного напряжения 8,сигнал на выходе блока сравне"ния 10 падает до нуля, а затем меняет свой знак, при этом триггер 12 40сбрасывается в нуль и происходитотключение управляемого стабилизатора тока 17 от В-сетки и подключение их к шине нулевого потенциала.Повторное включение управляемогостабилизатора тока, моделирующегофорсажные нагреватели произойдеттолько при повторении решения, т.е,только с приходом импульсовУправляемые стабилизаторы тока 16продолжают оставаться подключеннымик В-сетке 1, имитируя прогрев объекта до температуры статирования, Придостижении напряжения объекта в точке подключения датчика, соответствующего температуре статирования, которое задается напряжением уставкис источника эталонного напряжения 7,сигнал на выходе блока сравненияуменьшается, а затем изменяет свойзнак, срабатывает блок 11 таким образом, что через элемент ИЛИ произой"дет отключение через ключ 14 управляемого стабилизатора тока 16 от входов В-сетки 1 и подключение их к шине нулевого потенциала, Потенциалы б 5 узловых точек начнут уменьшаться,что соответствует охлаждению объектаза счет влияния внешней среды, Придостижении отрицательным напряжениемна входе блока сравнения максимально допустимой величины, блок сравнения 9 срабатывает, и произойдет под"ключение управляемого стабилизаторатока 16 к Б-сетке 1 и т,д. Такимобразом, до окончания импульса 21замкнутая система будет находитьсяв автоколебательном режиме работы,стабилизируя в зоне включения датчика температуры напряжения на уровнезначения эталонного, поступающего сблока 7 с максимальным отклонениемот него на допустимую величину.Блок 4 производит измерение в заданной точке и в заданный момент времени.При поступлении с блока 18 управления импульса времени подготовкиГ,происходит принудительное отключение через элемент ИЛИ 13 управляемого стабилизатора тока 16 от В-сетки1 и подключение их к шине нулевогопотенциала.С приходом импульса 2. процессповторяется,Благодаря введению новых блокови связей между ними повысилась точность устройства.Формула изобретенияУстройство для моделирования замкнутых распределенных систем управления, содержащее первый источник эталонного напряжения, выход которого подключен к первому входу первого блока сравнения, выход которого соединен со входом блока моделирования регулятора температуры, второй вход первого блока сравнения соединен с выходом блока моделирования измерителя температуры, первый вход которого подключен к выходу повторителя напряжения, вход которого соединен с первым выходом В-сетки, второй выход которой подключен к первому входу блока измерения, выходы блока задания граничных условий и блока задания начальных условий соединены с первым и вторым входами В-сетки соответственно и первый управляемый ста" билизатор тока, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит блок управления, второй управляемый стабилизатор тока, ключи, элемент ИЛИ, триггер, второй блок сравнения и второй источник эталонного напряжения, выход которого подключен к первому входу второго блока сравнения, выход которого соединен с нулевым входом триггера, выход которого подключен к первому входу первого клю593399 ъ1 7ча, второй вход которЪго соединен с выходом первого управляемого стабилизатора тока, выход первого ключа подключен к третьему входу В-сетки, четвертый вход которой соединен с выходом второго ключа, первый вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого соеди" нен с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен ко входам блока задания граничных условий и блока задания начальных условий, ко вторь;м входам блока измерения и блока моделирования изме,рителя температуры и к единичному входу триггера соответственно выход блока моделирования измерителятемпературы соединен со вторым входом второго блока сравнения, выходвторого управляемого стабилизаторатока подключен ко второму входувторого ключа, пятый вход В-сеткисоединен с третьим выходом блокауправления,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРФ 272680, кл. 6 06 С 7/46, 1968,2. Авторское свидетельство СССР9481045,кл. С 06 6 7/48,1973Тираж 780 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва, ЖРаушская наб. д, 45 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4