Устройство для моделирования электрических цепей

СОЮЗ СожтСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19 И 1 06 С 7/62 НИЯ ЬСТВУ кл ия дублирования инчения эффективногов работы, связанных ормации анализа обес режи кием мото с изменеинения об нутреннеи многополю емы гков. ится к аналогоехнике и можетгибридных вычис. - . обретение от ычислительно войбытьлител использовано х. - расширение ных комплекс ь иэобретени ональных воз повышение то моделировани жностей устройости и эффективфунк ства режимов в элек-.".фикации устройст ич ой цепи т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ННТ СССР ИСАНИЕ ИЗ АВТОРСКОМУ СВИ(71) Николаевский кораблестроитеный институт им. адм. С.О.Иакаро(56) Авторское свидетельство СССУ 631942, кл. С 06 С 7/48, 1977.Авторское свидетельство СССРУ 1300512, кл. С 06 С 7/62, 1985(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ(57) Изобретение относится к областианалоговой вычислительной техники иможет быть использовано в гибридныхвычислительных копмлексах. В известное устройство, выходами первой группы блока моделей типовых элементовэлектрических цепей которого служатпотенциально нулевые точки, реализующие выражения первого закона КирхНа чертеже показана блок-схемстройства. гофа для полюсов, выходами второй группы моделей типовых элементов служат потенциалы полюсов, дополнительно введены две группы измерительных каналов. Первая группа состоит из неинвертированных и инвертированных значений токов моделей типовых элементов, а вторая группа состоит из инвертированных значений напряжений, отображающих разность потенциалов полюсов моделей типовых элементов, организованных как многополюсники. Это позволяет моделировать электрические цепи с раздельным представлением внутренней и внешней схем типовых элементов и всей электричесе кой цепи, что повышает эффективность и точность моделирования за счет исУстройство содержит блок 1 синхронизации, две треугольные матрицы 2 и 3 ключей, первую и вторую группы выходов блока синхронизации соединены соответственно с группами управляющихвходов ключей первой 2 и второй 3 треугольных матриц, первые одноименные замыкающие контакты ключей в И строках первой треугольной матрицы 2 ключей объединены между собой являются ее выходами и подключены к :соответствующим выходам М строкам первой прямоугольной матрицы 4 пере 1464182ключателей, вторые одноименные переключающие контакты ключей в И столбцах первой треугольной матрицы ключей 2 обьединечы между собой и с соответствующими И строками первой треугольной матрицы 2 ключей, первые одноименные переключающие контакты ключей в М столбцах второй треугольной матрицы 3 ключей объединены меж ду собой, являются ее выходами и подключены к соответствующим выходам М столбцам второй прямоугольной матрицы 5 переключателей, вторые одноименные замыкающие контакты ключей 15 в М строках второй треугольной матрицы 3 объединены между собой и с соответствующими И столбцами второй треугольной матрицы 3 ключей, выходы первой прямоугольной матрицы 4 20 переключателей объединяют в М строках первые одноименные замыкающие контакты переключателей первой прямоугольной матрицы 4, входы первой прямоугольной матрицы 4 объединяют в Р столб цах вторые одноименные переключающие контакты переключателей первой прямоугольной матрицы 4, к Р входам переключателей первой прямоугольной матрицы 4 подключены Р выходов первой ЗО группы блока моделей типовых элементов 6, Г выходов второй группы блока моделей типовых элементов 6 подключены к Г входам второй прямоугольной матрицы 5 переключателей, которые объединяют одноименные замыкающие контакты переключателей в соответствующих Р строках второй прямоуголь- ной матрицы 5, первые одноименные переключающие контакты переключателей второй прямоугольной матрицы 5 объединены в М столбцах, являются выходами второй прямоугольной матрицы 5 и подключены к одноименным выходам второй треугольной матрицы 3 ключей, И входов задания ЭДС каждой модели типового элемента соединены с И выходами группы источников 7 постоянного напряжения первую 2 И из-. мерительную группу неинвертированных и инвертированных токов моделей и типовых элементов и вторую Ы измерительную группу инвертированных напряжений, отображающих разность потенциалов полюсов соответствующих моделей типовых элементов.Блок 1 синхронизации содержит источник 8 питания, к которому через ключ 9 параллельно подключены К пар, ЕК -1 м м 1 к (1 )(3) ПР 1 1 Р, О где Х 1. - матрица индуктивных паранметров элемента цепи в о.е.;Кн - матрица активных сопротивлений элементов цепи;Е - вектор ЭДС элемента цепийв о,е,;П - вектор падения напряженияНили разность потенциаловполюсов элемента цепи во.е.;Е - вектор токов в ветвях элеИмента цепи в о.е.;с - машинное время, в машинных секундах;П Р- матрица инцинденций, отражающая лишь внутреннюю схему соединения ветвей (обмоток) типового элемента цепи;1 Р - вектор суммы токов ветвей,образующих полюса элементыцепи в о.е,;фП - вектор потенциалов полюсовнэлемента цепи в о.е.;й- символ дифференцирования.ЖУравнения первого закона Кирхгофа (3) решается относительно потенциасоединенных последовательно обмоток реле 10 и кнопок 11 по числу ключей (К,+К ) в каждой треугольной матрице 2 и 3 ключей которые являются контактами реле, причем каждое реле содержит по два симметричных контакта (К К ) по одному из каждой треугольной матрицы 2 и 3 ключей.Модели типовых элементов 6 электрической цепи организованы так, что входной величиной является ЭДС зле мента выходами первой группы служат потенциально нулевые точки полюсов, выходами второй группы служат потенциалы полюсов, а две группы измерительных выходов отображают неинверти. рованные и инвертированные значения токов, а также инвертированные значения напряжений моделируемого элемента. Типовому И-му элементу электрической цепи соответствуют следующие матричные уравнения:5 1464182 лов полюсов по методу неявных функций согласно уравнению, с. ф (5)где П, и - прямая и транспортиросванная матрицы инцинден ций, описывающие каквнутреннюю схему элемента, так и внешнюю схемусоединения элементов;1 - вектор падения токов вветвях электрическойцепи в о.е.;Б - вектор падения напряжения в ветвях электрической цепи в о.е.;Ф - вектор потенциалов узлов электрической цепив о.е.рПч,Пу - матрицы объединения поСлюсов типовых элементов(многополюсников) в узлымоделируемой цепи, прямая и транспортированная.Раздельное описание внутреннейструктуры элементов электрическойцепи как многополюсников и структуры объединения полюсов в узлы цеписвязаны следующим матричным уравне- нием где р - коэффициент усиления операционного усилителя без обратной связи.10Для большинства типовых элементов электрической цепи внутренняя. схема соединения ветвей полюса остается неизменной. Тогда матрица ПР отображает жесткую структуру и никаких15 переключателей не содержит. В противном случае матрица инцинденций П Рнф отражающая внутреннюю схему элемента цепи, организовывается в виде прямоугольной матрицы переключателей.20Схема соединения типовых элементов в электрической цепи описывается следующими матричными уравнениями: П 1=0; Б=п ф ПУ1 Р=О;.П 7 ф рс 1ПР 1 = 1 Р = --- ФРм ц и с, н или с учетом принятой организациитиповых элементов Исходя из этих соотношений объеинение моделей типовых элементов цепи описывается сленутыми уравнениямиПервая прямоугольная матрица переключателей соответствует уравнению (4), а вторая прямоугольная матрица переключателей соответствует уравнению (5).5Наличие коммутационных элементов в моделируемой электрической цепи обусловливает формирование матрицы соединений 1 ОА =П л Х лП ЕЬгде П, П- прямая и гранспонированная матрицы инцинденций коммутационногоподграфа,логические;Х - диагональная матрицасостояния коммутационных элементов, логичес Окая;Е- единичная матрица, логическая.Используя тот факт, что свойство симметрии матрицы А и что элемент А 25 (1,1) всегда равен ТЕПЕ, можно ограничиться в реализации лишь верхними треугольными матрицами ключей 2 и 3, причем начиная с второго столбца.Устройство работает следующим образом.формирование модели исследуемой электрической цепи производится путем коммутации первой 4 и второй 5 прямоугольных матриц переключателей, При помощи этих матриц в модель цепи35 включаются необходимые модели типовых элементов. В блоке моделей типовых элементов устанавливаются соответствующие параметрам коэффициенты, а с помощью группы источников 7 постоянного напряжения задаются ЭДС на входе каждой модели типового элемента, т.е, скоммутирована лишь схема соединения элементов цепи, поскольку внутренние схемы элементов представлены уже в их моделях.Все коммутационные элементы моделируемой электрической цепи задаются при помощи треугольных матриц ключей 2 и 3. Для этого в блок 1 синхронизации замыкаются кнопки 11 соответствующих реле. Затем замыкается ключ 9, вследствие чего запитываются обмотки реле 10, у которых замкнуты кнопки 11. Благодаря этому синхронно55 замыкаются соответствующие ключи треугольных матриц ключей 2 и 3. При за-, мыкании попарно ключей треугольных матриц ключей 2 и 3 включаются на параллельную работу операционные. усилители блока 6, моделирующие объединение узлов,Для изучения иного коммутационного состояния исследуемой цепи производятся останов решения и размыкание ключа 9 блока 1 синхронизации, соответствующие переключения кнопок 11 и вновь замыкание ключа 9. При этом весь процесс повторяется.Для изменения состава и структуры исследуемой цепи производится перекоммутация матриц 4 и 5, вследствие чего в модель вводятся необходимые модели типовых элементов и выводятся ненужные.Благодаря наличию готовых унифицированных моделей типовых элементов процесс коммутации моделей элементов айалогичен процессу сборки реальной исследуемой схемы электрической цепи. Формула изобретенияУстройство для моделирования электрических цепей, содержащее блок синхронизации, две треугольные матрицы ключей, первая и вторая группы выходов блока синхронизации соединены соответственно с группами управляющих входов ключей первой и второй тре-, угольных матриц, первые одноименные замыкающие контакты ключей в строках и вторые одноименные переключающие контакты ключей в столбцах соответственно первой и второй треугольных матриц ключей объединены, две прямоугольные матрицы переключателей, группа источников постоянного напряжения, группа моделей типовых элементов электрической сети, входы задания ЭДС каждой модели типовых элементов электрической сети соецинены с выходами группы соответствующих источников постоянного напряжения, первые одноименные замыкающие контакты переключателей первой прямоугольной матрицы соединены в строках между собой и подключены к управляющим входам ключей соответствующих строк первой треугольной матрицы ключей, первые одноименные переключающие контакты переключателей второй прямоугольной матрицы соедийены в столбцах между собой и подключены к управляющим входам ключей соответствующих столбцов второй треугольной матрицы ключей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,.Воро рректор М.Самборская Реда акаэ 827/ Тираж 667 Подписноетвенного комитета поизобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5 ВНИИПИ Го ственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,о с целью расширения фуцкциоцальцыхвозможностей за счет создания возможцости измерения структуры соединения типовых элементов электрических цепей, первая группа выходов моделей типовых элементов электрическойсети группыподключена к вторым одноименным переключающим контактам переключателей в одноименных столбцах первойпрямоугольной матриць, вторая группавыходов моделей типовых элементовэлектрической сети группы подключенык вторым одноименным замъкающим контактам переключателей в одцоименныхстроках второй прямоугольной матрицыпереключателей.