Устройство для моделирования петли гистерезиса

(51)5 6 06.0 7/25, 7/4 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ РИ ГКНТ СССР ПОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Известно устройствония упругого гистерезисаинтегратора, два блокаматор, которое воспроизщие гистерезисного внэлементов из не вполнеционного материала в вигистерезиса.Наиболее близким поности к предлагаемому явдля моделирования петлдержащее первый и вт для моделирова, содержащее два умножения и сумводит составляю-, утреннего трения упругого конструкде петли упругоготехнической сущляетсяустройство и гистерезиса, сс-. орой интеграторы,ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР В 1399780, кл. 6 06 6 7/48, 1986.Авторское свидетельство СССР М 1550542, кл. 6 06 6 7/25, 1988. (прототип), (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА(57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для применения при исследовании динамики механических, электрических и электромеханических систем, содержащих элементы из конструкционных, магнитных и диэлектрических материалов с учетом рассеяния энергии при их соответственно деформировании, перемагничивании и переполяризации на внутреннее гистерезисное (частотно-независимое) трение, которое воспроизводится в виде многопетлевого гистерезиса. Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет восИзобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для применения при исследовании динамики механических, электромеханических и электрических систем, содержащих элементы из конструкционных, магнитных и диэлектрических материалов с учетом рассеяния энергии при их деформировании, перемагничивании или переполяризации на внутреннее гистерезисное(частотно-независимое) трение, которое воспроизводится в виде многопетлевого гистерезиса. произведения составляющих внутреннего гистерезисного трения элементов из конструкционных, магнитных и диэлектрических материалов с многопетлевым гистерезисом при их соответственно деформировании, перемагничивании и переполяризации. Для достижения этой цели в устройство для моделирования петли гистерезиса, содержащее первый и второй интеграторы, первый, второй и третий блоки умножения, блок выделения модуля и первый сумматор, введены второй сумматор и К блоков зоны. нечувствительности с ограничением, гдеи и - 1И= -- для четных и И= для нечетных2 2чисел и петель моделируемого многопет- Я левого гистерезиса. Устройство по сигналу, соответствующему скорости первого параметра, на своих выходах вырабатывает сигналы, соответствующие первому и второму параметрам состояния моделируемого Я элемента с учетом рассеяния энергии на составляющие гистерезисного трения, воспроизводимого в виде многопетлевого гистерезиса. 5 ил.5 10 15 20 25 35 40 первый, второй и третий блоки умножения, блок модуля и первый сумматор, которое воспроизводит составляющие внутреннего гистерезисного трения элементов с петлями упругого гистерезиса из не вполне упругого конструкционного материала и петлями гистерезиса магнетиков и диэлектриков в слабых и средних технических полях.Общим недостатком известных устройств является то, что они не воспроизводят составляющих внутреннего гистерезисного трения элементов из конструкционных, магнитных и диэлектрических материалов с многопетлевым гистереэисом. Это ограничивает область их применения.Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет воспроизведения составляющих внутреннего гистерезисного трения элементов из конструкционных, магнитных и диэлектрических материалов с многопетлевым гистерезисом при их деформировании, перемагничивании и переполяризации соответственно.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделировании петли гистерезиса, содержащее первый и второй интеграторы, первый, второй и третий блоки умножения, блок модуля и первый сумматоо, причем вход устройства по сигналу скорости первого параметра соединен с входами блока модуля и первого интегратора, выход которого служит первым выходом устройства по сигналу первого параметра, выход блока модуля подключен к входу первого блока умножения, выход и вход второго блока умножения соединены с соответствующими входами третьего блока умножения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, введены второйсумматор и блоки зоны нечувствительностиис.ограничением, число которых К= - дляу - ",четных и К=для нечетных чисел п2 петель, причем вход устройства соединен с первым входом интегратора, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, который своим выходом соединен с входами второго блока умножения, выход первого интегратора подключен к второму входу первого сумМатора и входам блоков 9.1, , 9,К, зоны нечувствительности с ограничителем, выходы которых соединены соответственно с вторым;., (К+1)-м входами второго сумматора, выход первого сумматора подключен к другому входу первого блока умножения, выход которого соединен с вторым входом второго интегратора.Сравнение предлагаемого технического решения с известными показывает, что использование сумматоров и блоков зоны нечувствительности с ограничением известно. Однако их введение в предлагаемое устройство для моделирования петли гистерезиса позволяет этим блокам в совокупности с отмеченнымми связями проявить новые свойства, а именно позволяет воспроизвести составляющие внутреннего гистерезисного трения элементов из конструкционных, магнитных и диэлектрических материалов с многопетлевцм гистерезисом. Это расширяет область применения устройства.На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2-4 - примеры воспроизводимых устройством гистерезисов, двухпетлевых для конструкционных материалов, магнетиков и диэлектриков, трехпетлевых для магнетиков и диэлектриков и четырехпетлевых для диэлектриков, на фиг, 5 - значения коэффициентов передачи и параметров соответствующих операционных блоков,.при которых получены петли по фиг. 2-4 (знаки этих коэффициентов даны без учета изменения полярности сигналов операционными блоками),Устройство состоит из входа по сигналу скорости хф) первого параметра, первого выхода по сигналу первого параметра х 1(т), второго выхода по сигналу второго параметра хг(1) первого 1 и второго, 2 интеграторов, первого 3, второго 4 и третьего 5 блоков умножения, блока 6 модуля, первого 7 и второго.в сумматоров и И блоков зоны нечувствительности с ограничением 9, Например, блок 6 модуля выполнен на блоке идеального диода и сумматоре, а блоки зоны нечувствительности с ограничением 9.1, , 9.8 - на операционных усилителях.с диодно-резисторными и мостовыми элемени тами, Число последних блоков К= - для чет 2и - 1ного и К= для нечетного чисел и2петель моделируемого многопетлевого гистерезиса.Работу устройства рассмотрим на примере моделирования двухпетлевого гистерезиса элемента из конструкционного материала при его деформировании.В процессе моделирования сигнал скорости первого параметра х 1(т)= есоответствующий скорости относительной деформации я (т), с входа устройства поступает на вход блока 6 модуля, на первый вход с коэффициентом передачи К 21 второго интегратора 2 и на вход первого интегратора 1, с выхода которого сигнал первого параметра х(1)=г(т), соответствующий относительной деФормации я , поступает на первый выход устройства, второй х 2 хф)- второй параметр состояния ивход с коэффициентом передачи Кт 2 перво- его скорость; го сумматора 7 и входы первого 9.1 Сх 1, Са - начальные условия интегрироч-го 9.М блоков зоны нечувствительности вания соответственно первого 1 и второго с ограничением соответственно с коэффи интеграторов, на выходе которых вырабатыциентами передачи К 91, ., К 9 н, полузонами . ваются сигналы х 1(т) и хф); нечувствительности А 91, , А 9 и и ограниче- Кх- коэффициенты крутизны характериниями по максимумам выходных сигналов стики х 2(х 1) в начальный момент воздейстВ 91, , В 9 н. Сигнал с выхода блока 6 модуля вия на моделируемый элемент(для элемента, подают на вход первого блока 3 умножения, 10 из конструкционного материала соответствус выхода которого сигнал произведения по- . ет его коэффициенту жесткости); ступает на второй вход с коэффициентом Кг 1, Ка - . коэффициент составляющих передачи Кы второго интегратора 2. Сигнал внутреннего гистерезисного трения в мате- второго параметра х 2(т)=Р(т), соответствую- риале моделируемого элемента; щий силе сопротивления деформированию 15 х (т) - вспомогательный нелинейный Р(1),.с выхода этого интегратора подают на параметр, соответствующий сигналу на вывторой выход, устройства и на первый вход ходе 1-го блока зоны нечувствительности с второго сумматора 8, на второй, , (И+1)-й ограничением(1=1-И); входы которого поступают сигналы с соот- А - величина полузоны нечувствительветствующих выходов первого 9.1, , й-го 20 ности параметра х(т); 9.Й блоков зоны нечувствительности с огра- В - ограничение по максимальному ничением. С выхода второго сумматора 8 значению параметра х(т); сигнал результата алгебраического сумми- К - коэффициент пропорциональности рования поступает на оба входа второго параметра х(т) на линейном участке пара- блока 4 умножения и вход третьего блока 5 25 метру х 1(т), умножения, надругой вход которого подают В предлагаемом устройстве физическйеигнал . произведения, с выхода третьего переменные моделируемого элемента отосигнал.и блока 5 умножения сигнал поступает на пер- бражаются электрическими напряжениям, вый вход с коэффициентом передачи К 71 г поэтому коэффициенты передачи использу"- первого сумматора 7, с выхода которого сиг емых операционных блоков по их соответстнал результата алгебраического суммирова-вующим входам определяются следующими ния подают на другой вход первого блока 3 соотношениями: умножения.Пример воспроизведения двухпетлево- К 21=МхКх, К 22 К 21=Мг 1 Кг 1; го гистерезиса Р(я) для конструкционного 35 К 22 Кт 2=Мг 2 Кг 2; Кп=МКь материала приведен на фиг. 2.В общем случае устройство по сигналу где М - соответствующий масштабный коскорости первого параметра х 1(т) воспроиз- эффициент. водит в аналоговом виде гистерезисную ча- Выбор масштабных коэффициентов опе стотно-независимую зависимость между 40 ределяется как величинами физических папараметрами состояния х 1(т) и х 2(т) модели- раметров моделируемого элемента, так и руемого элемента, описываемую следую- величиной максимального рабочего напрящеи системой у ав жения используемой аналоговой вычислительной машины (АВМ), выбором масштаба45 времени и масштабов физических переменхф) З х(т)бтьСхп хамт хягт)ОЮСьв ных. Масштабирование осуществляется по о . ообщеизвестным методикам, в.том числе и с хз(т Кхх 1(тНК,гЬхз(т ф х(т)3 з- использованием самого устройства.1=1 В качестве базового образца выбран -Кахфхф) : : 50 прототип.Работоспособность предлагаемого уст- О прих 1(1)А; . ройства была проверена на АВМ гибридной К(х 1(1)-А 13 дпхф)3 при хф) ж . вычислительной системы "Русалка", Проверх(1- и Кх 1(т)-А 13 дпх 1(т ,В: ка подтвердила, что предлагаемое техниче- Ви при К(хф)-АВЯдп хФВс, 55 ское решение по сравнению с известнымирасширяет область применения устройств где х 1(1), х 1(т) - первый параметр состояния для моделирования петли гистерезиса за моделируемого элемента и скорость этого счет воспроизведения составляющих параметра; внутренного гистерезисного трения моделируемых элементов с многопетлевым гисте 1709354 8резисом. Это позволяет применить пред. лагаемое устройство при исследовании динамики механических, электромеханических и электрических систем с элементами из конструкционных, магнитных и 5 диэлектрических материалов с многопетлевым гистерезисом. Формула изобретенияУстройство для моделирования петли 10 гистерезиса, содержащее первый и второй интеграторы, первый, второй и третий блоки умножения, блок. выделения модуля и первый сумматор, информационный вход устройства соединен с входами блока 15 выделения модуля и первого интегратора, выход которого является первым выходом устройства, выход блока выделения модуля подключен к первому входу первого блока . умножения, выход и первый вход второго 20 блока умножения соединены с йервым и вторым входами третьего блока умножения, выход которого подключен к первому входу . первого сумматора, о тл и ч а ю ще е с я тем, что, с целью расширения области применения путем воспроизводства составляющих внутреннего гистерезисйого трения элементов с многопетлевым гистерезисом, в него введены второй сумматор и Й . блоков нечувствительности с ограничениеми и - 1(й= - -для четных и й- - для нечетных22чисел и петель), информационный вход устройства соединен с первым входом второго интегратора, выходкоторого является вторым выхбдом устройства и подключен к первому входу второго сумматора, который выходом соединен с первым и вторым входами второго блока умножения, выход первого интегратора подключен к второму входу первого сумматора и входам М блоков зоны нечувствительности с ограничением, выходы которых соединены соответственно с второго по (И+1)-,й входами второго сумматора, выход первого сумматора подключен к второму входу первого блока умножения, выход которого соединен с вторым входом второго интегратора.1709354 Составитель В, МамулТехред М,Моргентал ректор О. Кравцов Ред Цитки з 428 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 й ГКНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина. 10