Устройство для моделирования вентильных преобразователей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1 (11) А 1 С 06 С ЕТЕНИЯ х с ретени и расш ирение фу Устройс й 1 вентилиональных Ъозм ост дел я п тенциалов рования потенци инверторов 4, и ветвей 5 электр группу выходных ких цепей, тре ветвей 7 элект заданигруппув узлов входов ветвей тенциалоет моделватели лю вать 8 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ ОПИСАНИЕ Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Николаевский кораблестроительный институт им. адм. С.О, Макарова (72) А.П. Мещанинов, В.В. Ромакин, Т.В, Гнездилова, Ю.И. Касьянов и Ю.М. Кронгауз.Авторское свидетельство, СССР У 1024945, кл. С 06 С 7/62, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЕНТИЛЬНЬИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к аналого вой вычислительной технике и может ыть использовано в аналоговых модеистем, содержащих различные вен.е преобразователи. Целью изобя является повышение точности во содержит группу ей, блок 2 формироваузлов, блок 3 формиалов полюсов, группурвую группу выходных ческих цепей, вторую ветвей 6 электричесю группу выходных ческих цепей, группутоков электрических одов 9 задания поУстройство позволявентильные преобразоов. 3 ил13Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых моделях систем, содержащих различные вентильные преобразователи.Цель изобретения - повышение точности,и расширение функциональных воэможностей.На фиг. 1 показана Функциональная схема устройства для моделирования . вентильных преобразователей; на фиг. 2 - функциональная схема блока Формирования потенциала узлов; на фиг. 3 - функциональная схема блока формирования потенциала полюсов.Устройство содержит группу моделей 1 вентилей, блок 2 формирования потенциалов узлов, блок 3 формирования потенциапов полюсов, группу инверторов 4, первую группу выходных .ветвей 5 электрических цепей устройства, вторую группу выходных ветвей б электрических цепей устройства, вторую группу выходных ветвей б электрических цепей устройства, третью группу вьмодных ветвей.7 электрических цепей устройства, группу входов 8 задания токов электрических ветвей устройства, группу входов 9 задания потенциалов узлов.Каждая из моделей 1 содержит суммирующий усилитель 10, развязывающийдиод 11 и операционный усилитель 12.Блок 2 содержит четыре матрицыпереключателей 13, группу уравновешивающих усилителей 14 и четыре группы масштабньм переменных резисторов 15.Блок 3 содержит восемь групп матриц ключей 16 и.две группы инвертирующих усилителей 17,Устройство работает следующим образом,Блок 2 Формирования потенциала узлов БФПУ реализует уравнение первогозакона Кирхгофа, которое в матричнойформе имеет видП 1 = 0илиП - П, П -П -д=О где П, П - матрицы соединений размерностью (М х Б) выходящих и входящих ветвей электрического подграфа соответственно;П , П - матрицы соединений размерностью (М х Ь) выходящих и входя 0858щих ветвей коммуного) подграфаП =П, - П 2ционного (вентильответственно;- матрица соединенийэлектрического подграфа размерностью (М хЬ);- матрица соединенийкоммутационного(вентильного) подграфа размерностью (М хЬ),- матрица соединенийлинейного графа,описывающего моделирующий вентильпреобразователь сучетом подключенныхвходных и выходныхэлементов исследуемой системы;- вектор входных токов в ветвях элементов, образующихэлектрический подграф- вектор вычисляемыхтоков в вентилях,образующих коммутационный,подграф; та со/1 /1 =/ - /- вектор токов в эле/ /ментах моделируемой системы. Блок формирования потенциала полюсов реализует следующие матричные уравнения: ффрэнэн ээн Рк Выходной величиной БФПУ являются 35 значения потенциала узлов, определяющиеся путем решения первого закона Кирхгофа по методу неявных Функций согласно уравнению:где р - коэффициент усиления операционного усилителя без обратной связи;з=ь+Ь45 с -. вк 1 = - ПЧ Фэки фэк Пе ВА фм Р = . вкМеквкь- П в.К3Ы- 2ш,д 55 гдето , ф - векторы потенциалов поевши еклюсов электрическогоподграфа, начальные и 15конечные соответственно;, р - векторы потенциалов повклюсов коммутационногоподграфа, анодные и катодные соответственно; 20ср , Ф - векторы потенциалов узм клов, формируемые и задаваемые соответственно..Индекс 1 при.матрицах соединений является признаком транспонирования этих матриц.Каждая модель вентиля реализует следующие уравнения.Суммирующий операционный усилитель 10 реализует уравнение-15= К У . - К Чввмгде П - падение напряжения на 1-омвювентиле;Ч . , - потенциалы полюсов вентивдля, анодный и катодный соответственно, ( = 1 Ь);- коэффициенты передачи, опОределяемые отношением резистора обратной связи квходным резисторам.ш, - масштаб по напряжению;ш - масштаб по потенциалу. 451Развязывающий диод реализует урав- нение-Ц 1,м0; если Ч дз Гвю50Выходной операционный усилитель 15 реализует уравнениев зв лзцл- ток 1-ого вентиля;- коэффициент передачи операционного усилителя 15; - масштаб по току. 4Для моделирования определенного типа вентильного преобразователя с учетом подключаемых входных и выходных элементов исследуемой системы замыкаются соответствующие переключатели матриц переключателей блока 2 формирования потенциала узлов и ключи матриц ключей блока 3 формирования потенциала полюсов.На входы 8 подаются значения токов электрических ветвей, входящих в исследуемую систему, На входы 9 подаются значения потенциалов узлов, входящих в исследуемую систему. В БФПУ формируются потенциалы узлов с моделируемого вентильного преобразователя, которые вместе с задаваемыми потенциалами (ч , Ч ) узловв 1 ф вк подаются в БФПП 3. В БФПП 3 формируются потенциалы полюсов элементов, входящих в исследуемую систему. Потенциалы начал и концов электрических ветвей, входящих в исследуемую систему, подаются на выходы 6 и 7, а потенциалы анода и катода вентилей - на соответствующие входы моделей вентилей, входящих в вентильный преобразователь. При У сР развязывающийвл, вкдиод 11 закрыт и дв = О, что соответствует закрытому состоянию вентиля. При Юдиод 11 открыт и на выходе операционного усилителя 12 появляется ток вентиля д . Этот ток подается на соответствующий выход 5 устройства и на соответствующие входы БФ БФПУ 2.Предлагаемое устройство позволяет моделировать вентильные преобразователи любых типов. Это позволяет рас- . ширить функциональные возможности устройства и унифицировать его, так как для моделирования различных вентильных преобразователей можно будет использовать одно и то же устройство. Кроме того, это упрощает процесс моделирования и ведет к повышению его эффективности. формула изобретения Устройство для моделирования вентильных преобразователей, содержащее группу моделей вентилей, каждая из которых содержит операционный усилитель, развязывающий диод и суммирующий усилитель, выход которого подключен к катоду развязывающего диода, анод которого соединен с входом операционного усилителя, блок ормиро 5 130858вания потенциалов узлов, выход операционного усилителя каждой модели вентиля является соответствующей выходной ветвью электрической цепи первойгруппы устройства, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышенияточности, в него введены блок формирования потенциалов полюсов, состоящий из двух групп инвертирующих усилителей и восьми матриц ключей, две 10группы инверторов, причем блок формирования потенциалов узлов состоитиз четырех групп матриц переключателей, четырех групп масштабных переменных резисторов и группы уравновешивающих операционных усилителей,выходы которых соединены с соответствующими одноименными замыкающимиконтактами в строках первой и второйматриц ключей и с входами соответствующих инвертирующих усилителей первой группы, выходы которых соединеныс одноименными замыкающими контактами ключей в соответствующих строкахтретьей и четвертой матриц ключей,одноименные переключающие контактыключей в соответствующих столбцахкоторых соединены соответственно содноименными переключающими контактами ключей в соответствующих столбцах пятой и шестой матриц ключей,одноименные замыкающие контакты ключей которых соединены в соответствующих строках между собой и подключены к выходам соответствующих инвертирующих усилителей, входы которых соединены с одноименными замыкающимиконтактами ключей в соответствующихстроках седьмой и восьмой матриц ключей и являются группой входов задания 40потенциалов узлов устройства, группавходов задания токов электрическихВетвей которого подключена черезпервую группу масштабных переменныхрезисторов к одноименным переключающим контактам в соответствующих столбцах первой матрицы переключателей,одноименные замыкающие контакты всоответствующих строках которых соединены с одноименными замыкающими 50контактами переключателей в соответствующих строках второй, третьей и четвертой матриц переключателей и свходами соответствующих уравновешива 1ющих операционных усилителей группы, группа входов задания токовэлектрических ветвей устройства через первую группу инвертаров подключена к первым выводам масштабных переменных резисторов второй группы,вторые выводы которых соединены с .одноименными переключающими контактами переключателей в соответствующих столбцах второй матрицы переключателей, выходы операционных усилителей группы моделей вентилей подключены непосредственно к первым выводам масштабных переменных резисторов третьей группы и через вторуюгруппу инверторов к первым выводаммасштабных переменных резисторов четвертой группы, вторые выводы которыхсоединены с одноименными переключающими .контактами переключателей всоответствующих столбцах. четвертойматрицы переключателей, вторые выводы масштабных переменных резисторовтретьей группы подключены к одноименным переключающим контактам в соответствующих столбцах третьей матрицыпереключателей, одноименные переключающие контакты ключей в соответствующих столбцах первой и восьмой мат-.риц ключей объединены между собой иподключены к первым входам суммирующих усилителей в соответствующих моделях вентилей, одноименные переключающие контакты ключей в соответству. -ющих столбцах третьей и шестой матриц ключей объединены между собой иподключены к вторым входам сумматоров в соответствующих моделях вентилей, одноименные переключающие контакты ключей в соответствующих столбцах второй и седьмой матриц ключейобъединены между собой и являютсявторой группой выходных ветвей электрических цепей устройства, третьягруппа выходных ветвей и электрических цепей которого подключена к одноименным переключающим контактамключей в соответствующих столбцах четвертой и пятой матрицключей.