Устройство для воспроизведения гистерезисных функций

.,ЪИБЛИ;,ПИСАН АВТОРСНОМ ЕТЕНИ ТЕЛЬСТ орское бюИнститута 6. ПРОИЗВЕДЕНИЯ испольующей тех иэведени опетлевых изобретеэлементами устроист 831 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Специальное конструктро вычислительной техникикибернетики АН ЭССР(56) Авторское свидетельство СССУ 1288723, кл. С 06 С 7/25, 1985Авторское свидетельство СССРВ 1336050, кл. С 06 С 7/25, 198(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОС ГИСТЕРЕЗИСНЫХ ФУНКЦИЙ (57) Изобретение может быть зовано в аналоговой моделир нике и автоматике для воспр сложных (двухпетлевых).и од гистерезисных функций. Цель ния - расширение функциональных воэможностей устройства за счет увеличения числа семейств воспроизводимыхгистерезисных функций, Устройстводля воспроизведения гистерезисныхфункций содержит первый 1 и второй 2двухканальные аналоговые релейныеэлементы, первый 3 и второй 4 одноканальные релейные элементы, компараторы 5 релейных элементов, первый6 и второй 7 переключатели, выходы8 и 9 переключателей, первый 10 ивторой 11 входы компараторов, информационные входы 12, 13, 14 и 15 переключателей. Достижение поставленной цели обеспечено благодаря введе- снию в устройство второго двухканального и второго одноканального аналоговых релейных элементов и новым свя 1388907Изобретение относится к аналоговой моделирующей технике и автоматике и может быть использовано для воспроизведения семейства сложных гисте 5резисных Функций,Цельизобретения - расширение функциональных возможностей устройстваза счет увеличения числа семействвоспроизводимых гистерезисных Функций.На Фиг. 1 представлены схема устройства (а) и функциональные схемысоответственно двухканального (б) иодноканального (в) аналоговых релейных элементов (реляторов), используемых в устройстве на Фиг. 3 - частные реализации Функций, воспроизводимых устройством.Устройство (фиг. 1 а) содержит первый 1 и второй 2,цвухканальные аналоговые релейные элементы (реляторы),а также первый З,и второй 4 одноканапьные аналоговые релейные элементы(одноканальные реляторы). Релейныеэлементы включают компаратор 5, переключатели б н 7; позициями 8 и 9обозначены выходы переключателей,аналоговых релейных элементов, позициями 10 и 11 - входы компараторов, позициями 12-15 - информационные входыпереключателей.На фиг. 1 испо,пьзованы также сле-"дующие буквенные обозначения: х -входной сигнал (независимая переменная), х х , х , х - фиксирующие35напряжения, х, и х- опорные напряжения у у , у , у - формирующие напряжения, у - задающее напряжение, а а, Ь Ь, К 6, ь 401 с1 с -1, 1 - знаковые коэффициенты,принимающие значения -1 и 1; гн гг г г. - выходные напряженияФ 1 Ы 3первого 1, второго 2 и третьего 3аналоговых релейных элементов, г -45выходное напряжение устройства,Устройство работает следующим образом.Аналоговый релейный элемент воспроизводит определяющие операции предикатной алгебры выбора: р(уу)+Е у р (предикатнйе дизъюнкцию Чи конъюнкцию Л ), когда в качествеЭпредиката р = р(х хх) с,О Л(здесь у, и у есть предметные переменные; х, и х, - предикатные переменные, с с , а, Ь б -1,1 - знаковые коэффициенты).Таким образом, релейный элемент воспроизводит логическую операцию выбора одной из двух предметных переменных с инверсией или без инверсии знака по заданному значению двухзначного предиката р е 0,1 .Для устройства по фиг, 1 входное напряжение х одновременно подается на первые входы 10 компараторов всех аналоговых релейных элементов 1 - 4, В двухканальных элементах 1 и 2 могут быть использованы дифференциальный (з 18 п й; = -з 18 п Ь;), инвертирующий (а;=Ъ;= -1) или неинвертирующий (а;= =Ь;= 1) компараторы. На фиг. 16 показана схема двухканального релейного логического элемента с дифференциальным компаратором (а=1, Ь = -1). Любой из инФормационных входов 14 и 15 второго переключателя двухканальных релейных элементов 1 и 2 может быть при наличии внешнего инвертора инвертирующим (с; = -1) или неинвертирующим Ос; = 1). Для одноканальных релейных элементов (фиг,1 в) всегда зЦп а; = -зхрп Ь; (используется дифференциальный компаратор), причем для элемента 3 всегда Е = 1, а для элемента 4 Е = 1 или 1 = -1. Условие 1; = 1 и (или) К = 1 озна 11чает, что соответствующий информационный вход элемента непосредственно или через повторитель напряжения соединен с соответствующим информационным входом его переключателя. Условие 1= -1 и (или) 1 = - 1 означает, что инФормационный. вход релейного элемента соединен с соответствующим входом переключателя через инвертор знака.На входы 12 и 13 переключателей элементов 1 и 2 подаются фиксирующие напряжения х х (для элемента 1) и х , х (для элемента 2), На вторые входы компараторов 5 элементов 3 и 4 подаются опорные напряжения х , (элемент 3) и х (элемент 4).На вход 13 переключателя элемента 3 подается задающее напряжение у. Выход 8 переключателя в каждом из эле- . ментов 1 и 2 соединен с входом 11 его компаратора 5.Релейные элементы 1 и 2 по выходам 8 воспроизводят семейство функций прямоугольного гистерезиса:2=х,1(а, а+Ь, х)+х )-у(а, Еа аг=х,1(а, К+Ь,х)+х, 1-1(а, г+15Если а,г,1 +Ь хО, а г, +Ь х О,то переключатели релейных элементов1 и 2,. управляемые от компараторов 5,находятся в верхнем по фиг. 1 положении. В противном случае переключа-. 20тели 6 и 7 находятся в нижнем положении,Напряжения х х, хи х 4 фиксируют ширину первой дх, = х - хи второй дх = х 4 - хз гистерезисных 25петель формируемой функции. Опорныенапряжения х и х определяют учасоток Формируемой функции, на которомона принимает значение г = у. Напряжения У( И У у У И У 4 Формируют 30воспроизводимую функцию на участкахх (х и ххВрспроизводимые устройством семейства гистерезисных функций определяются выражением352 .= х у,1(а,хаЬ,Х)+)с, у 1-1(а,г+Ь, х) 1(х, -х)1(х,-х) у)+Ьгх)+1 су 4 1-1(аг +Ьх)Я 1(х х 02) югде г, и г определяются выражениями (1) и (2) оВ частных случаях некоторые формирующие у и задающие у напряжения могут быть равны напряжению х, т,е. 45 у., =х и (или) у = х. Условие .у; = х означает, что соответствующие информационные входы переключателя первого 1 Й,.(или) второго 2 релейного элемента соединены с первым информационным входом устройства. Условие у = х означает, что информационный вход 13 переключателя элемента 3 соединен с первым инфЬрмационным входом устройства.55На фиг. 2 приведены некоторые частные реализации воспроизводимых устройством гистерезисных функций. Для фиг. 2 а все формирующие у и задающее у напряжения являются автономными, т.е. не зависят от независимой переменнй х, и х, ( х, хх,сх 1 с; =1=1, а,=а =1, Ь,=Ъ = -1, В данном случае устройство формирует функцию с двумя петлями прямоугольного гистерезиса.Если опорные напряжения х ,и (или) х попадают в заданные гистерезисные зоны ( х х ) и (или)(х, х 4), то имеет место закон предикатного поглощения фиксирующих переменных х, и (или)х . Данный случай иллюстрируется Функцией, изображенной на фиг,26 Ос; =1 с=1, а,=а=1, Ь, =Ь = -1).Если часть формирующих напряжений у совпадает с независимой переменной х, то получают функции с линейным изменением обратной и (или) прямой ветвей гистерезисных петель. Данный случай иллюстрируется функцией, представленной на фиг 2 в, где у =у =х, 1 с; =1 с=1, а,=а =1, Ь, =Ь = - 1.В общем случае устройство воспроизводит любые двухпетлевые гистерезисные функции, составленный из участков задающей сетки, образованной пятью горизонтальными (формирующие и задающая переменная), шестью вертикальными (фиксирующие и опорные переменные) и двумя диагональными (с коэффициентами наклона 1 и -1) прямыми при произвольном отношении порядка ,фиг; 2 г), В частности, в задающую сетку вписана гистерезисная функция (фиг. 2 г), которая воспроизводится устройством при у,=у, =х, у=х, с; =1, 1 с = -1.Таким образом, алгоритм настройки при моделировании заданной функции заключается в ее вписании в задающую сетку, в установке нужных значений переменных и знаковых коэфициентов.Устройство воспроизводит также однопетлевы 6 гистерезисные функции за счет эффектов предикатного погло- ЩениЯ (напРимеРу ПРи х .(х х ДЛЯ фиг. 26), за счет совмещения некоторых фиксирующих й опорных напряженийили за счет снятия выходных напряжений с выходов первого 1 и второго 2 релейных элементов (г , г я, гг ) или с выхода релейного элемента 3 (г ), Дополнительные выходы на фиг, 1 а показаны пунктиром.Устройство позволяет также воспроизводить отдельные участки сформированной на его основном выходе1388907тора первого двухканального аналогового релейного элемента, второй вход компаратора и первый информационный вход переключателя первого одноканального аналогового релейного элемента являются соответственно шестым и седьмым информационными входами устройства, о т л и - чающее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения числа семейств воспроизводимых гистерезисных функций, оно содержит идентичные первым второй двухканальный и второй одноканальный аналоговые релейные элементы, первый и второй входы компаратора второго двухканального аналогового релейного элемента соединены соответственно с первым входом компаратора первого двухканального аналогового релейного элемента и с выходом первого переключателя второго двухканального аналогового релейного элемента, информационные входы первого и второго переключателей которого являются соответственно восьмым, девятым, десятым и одиннадцатым информационными входами устройства, выход второго переключателявторого двухканального аналогового релейного элемента подключен к первому информационному входу переключателя второго одноканального аналогового релейного элемента, второй информационный вход переключателя которого соединен с выходом переключателя первого одноканального аналогового релейного элемента, второй информационный вход переключателя которого подключен к выходу второго переключателя первого двухканального аналогового релейного элемента, первый вход компаратора первого одноканального аналогового релейного элемента соединен с первым входом компаратора второго одноканального аналогового релейного элемента, второй вход компаратора и выход переключателя которого являются соответственно двенадцатым информационным входом и выходом устройства.1388907 Хор Хаг Составитель А.МасловРедактор А.Огар Техред А.Кравчук К тор Н.Король 1583/52 Тираж 704 ВН одпис ИИПИ Государственного комитета Сделам изобретений и открытий Москва, Ж,. Раушская наб.,4/5 1303 Производственно-полиграфическое предприятие,ород, ул, Проектная