Устройство для воспроизведения неоднозначных функций типа петли гистеризиса

(51)5 6 06 6 7/2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ(71) Ленинградский политехнический институт им, М.И.Калинина(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 1288723, кл, 6 06 6 7/25, 1984,Авторское свидетельство СССРМ 1282165, кл, 6 06 6 7/25, 1984.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ НЕОДНОЗНАЧНЫХ ФУНКЦИЙ ТИПАПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА(57) Изобретение относится к автоматике,моделирующей технике и пьезозлектроникеи может быть использовано в автоматических системах, включающих элементы с гистерезисом, такие как линейные Изобретение относится к автоматике,моделирующей технике и пьезоэлектроникеи может быть использовано в автоматических системах, включающих элементы с ги-.стереэисом, такие как линейныепьезодвигатели, пьезомикрокалькуляторы,.упругодемпфирующие элементы и другие, атакже при моделировании этих и других физических систем,Известно устройство для воспроизведе-.ния гистерезисных функций, содержащеедвухканальный аналоговый логический элемент, выполненный в виде компаратора,первый вход которого является информационным входом устройства, а выход подклюпьезодвигатели, пьезомикрокальку 6 яторы, упругодемпфирующие элементы и др., а также при моделировании этих и других физических систем. Цель изобретения повышение точности и расширение области применения за счет воспроизведения частных и предельного циклов. Поставленная цель достигается благодаря введению в устройство блока вычисления неоднозначности петли гистерезиса, а также определенному выполнению данного блока. Наличие в составе устройства блока вычисления неоднозначности петли гистерезиса позволяет учесть зависимость ширины петли диэлектрического гистерезиса и петли электромеханического гистерезиса от температуры окружающей среды и частоты управляющего напряжения, а также других факторов, влияющих на форму петли гистерезиса, 1 з.п.ф-лы, 3 ил,чен к управляющим входам двух переключателей, подсоединенных выходами устройства, и первый, второй и третий источники задающих напряжений, второй вход компаратора соединен с выходом первого переключателя, выход первого, второго и третьего источников задающих напряжений подсоединены соответственно к первому и второму информационным входам первого переключателя и к одному из информационных входов второго переключателя, другой информационный вход которого соединен с первым входом компаратора.Указанное устройство обладает следующими недостатками; пониженная точность5 10 15 20 30 40 50 55 воспроизведения петли гистерезиса вследствие того, что реальная петля гистерезиса включает частные циклы, относительно узкая область применения из-за невозможности моделировать гистерезисные функции механизмов, кроме того, невозможно учесть условия внешней среды.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее последовательно включенные суммирующий нелинейный элемент с характеристикой зоны нечувствительности, интегратор, двухвходовый сумматор, два нелинейных элемента ограничения, а также масштабный усилитель,Недостатками известного устройства являются низкая точность воспроизведения петли гистерезиса вследствие того, что реальная петля гистерезиса включает предельные и частные циклы, кроме того, в случае моделирования петли диэлектрического гистерезиса (ПДГ) либо петли электро- механического гистерезиса (ПЭМГ), присущих линейным пьезоэлектрическим двигателям и микроманипуляторам, невозможно учесть внешние факторы, влияющие на форму и ширину петли гистерезиса.Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения путем воспроизведения частных и предельного циклов петли гистерезиса.В устройство для воспроизведения не-: однозначных функций типа петли гистерезиса, содержащее последовательно включенные суммирующие нелинейный элемент с характеристикой эоны нечувствительности, первый информационный вход которого является входом устройства, интегратор, нелинейный элемент ограничения и двухвходовый сумматор, выход которого является выходом устройства, введен блок вычисления неоднозначности петли гистерезиса, первый информационный вход которого соединен с первым входом двухвходового сумматора и с входом устройства, второй информационный вход подключен к выходу интегратора, второму информационному входу суммирующего нелинейного элемента с характеристикой зоны нечувствительности и к входу нелинейного элемента ограничения, а прямой и инверсный выходы подключены соответственно к входам положительного и отрицательного опорных напряжений суммирующего йелинейного элемента с харак-. теристикой зоны нечувствительности, выход нелинейного элемента ограничения соединен с вторым входом двухвходового сумматора,Блок вычисления неоднозначности петли гистерезиса выполнен в виде пяти масштабных сумматоров, трех элементов выделения модуля и масштабного усилителя, вход которого соединен с выходом первого элемента выделения модуля, подключенного входом к инверсному входу первого масштабного сумматора, прямой вход которого и выход первого элемента выделения модуля являются соответственно первым и вторым информационным входами блока, выход первого масштабного сумматора подключен к прямому входу второго и первому прямому входу третьего масштабных сумматоров,.инверсный вход и второй прямой вход которых объединены и соединены с выходом масштабного усилителя, выходы второго и третьего масштабных сумматоров подключены соответственно к входам второго и треть-. его элементо выделения модуля и к прямому входу пятого и первому прямому входу, четвертого масштабных сумматоров, второй прямой вход четвертого и инверсный вход пятого масштабных сумматоров соединены с выходами соответственно второго и третьего элементов выделения модуля, а их выходы являются соответственно прямым и инверсным выходами блока. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока вычисления; на фиг. 3- статическая характеристика линейного пьезоэлектрического двигателя - ПЭМГ, получаемая при помощи предлагаемого устройства. На фиг. 1 и 2 показаны суммирующий нелинейный элемент 1 с переменной характеристикой зоны нечувствительности, интегратор 2, двухвходовой масштабный сумматор 3, нелинейный элемент 4 ограничения, блок 5 вычисления неоднозначности петли гистерезиса, масштабные сумматоры6-10, элементы 11-13 выделения модуля,масштабный усилитель 14. Устройство работает следующим образом.Петля гистерезиса аппроксимируется отрезками прямых (фиг. 3). Уравнение, описывающее петлю гистерезиса по участкам, следующее:(1)где Овых - выходное напряжение устройст ва;Оф- выходное напряжение интегратора 2;В - коэффициент передачи на участках 1 и 1 И, пропорциональный тд а; 15В - коэффициент передачи на участках 11, Ч 1 и Ч 11, пропорциональный тд Р;Овх- входное напряжение устройства;Од 1 - напряжение границы петли гистерезиса нисходящего склона, вычисляемое в блоке 5 вычисления;ОА 2- напряжение границы петли гистерезиса восходящего склона, вычисляемое в блоке 5 вычисления.Напряжения Од 1 и Одг, определяю-. 25 щие зону нечувствительности нелинейного элемента 1, определяются уравнениями ОА 1=- в 1 в(О, - О) =05 С(6-О - 6+С 1);в 1 1 30(3) 40О=С " ОР;С - коэффициент передачи масштабного сумматора 12 по первому входу, равный (8-й); . 45А - коэффициент передачи, равный (В- й);Я - коэффициент передачи на участках 1 Ч и Ч, пропорциональный тд у;С - А-- коэффициент передачи масАштабного усилителя 14,Предельный цикл петли гистерезиса учитывается в виде ф 6Од 1, если Од 1 ) - ОА 1 макс(5) - ОО, ЕСЛИ Одг) Одгмакс. На основании выражений (2) - (5) реализуется блок 5 вычисления, Указанные выражения и схемные решения позволяют воспроизвести петли диэлектрического гис-, терезиса и электромеханического гистерезиса, даже если они имеют несимметричный вид. Для учета этой особенности петель коэффиЦМенты В, Р, Я, А имеют функциональную зависимость. Расчет их производится на ЭВМ с использованием методов параметрической идентификации. При этом точность воспроизведения петли обуславливается только схемотехникой электронных блоков устройства.Воспроизведение петли гистерезисэ начинается с воспроизведения. основной кривой петли - участок 0 -(фиг. 3) или участок 0 - 11 в зависимости от Овх. В этом случае в начальный момент времени, когда Овх=0, ОА 1=Од 2=0, О =0, то и Овых=0, Затем, когда Овх станет, например, больше куля, то 02=В Овх, Сигнал О 2 подается на интегратор 2 и интегрируется до тех пор, пока не выпол 1нится равенство Овх= - О 1. В это жеСвремя Овх поступает на вход масштабного сумматора б блока 5 вычисления неоднородности петли гистерезиса 5, а О - на второй инверсный вход масштабного сумматора 6 и вход элемента 11 (фиг. 2).На выходе масштабного сумматора 6 получают сигнал 6=С Овх - О , а на выходе масштабного усилителя 14 - сигналС - АО - Оф . Сигнал 6 поступает наАпервый вход масштабного сумматора 7 и второй вход масштабного сумматора 8, а сигнал О - на первый вход масштабного сумматора 8 и второй инверсный вход сумматора 7, В результате на выходе масштабного сумматора 7 получают сигнал, равный 6-0, а нэ выходе сумматора 8 - сигнал, равный 6+О. Сигнал 6+О поступает на вход блока 13 выделения модуля и второй вход сумматора 9. Сигнал 6 - О поступает на вход блока 12 выделения модуля и прямой вход масштабного сумматора 10, С выхода блока 12 выделения модуля сигнал 6 - О поступает на первый вход сумматора 9, а с выхода блока 13 выделения модуля сигнал 6+О - на инверсный вход масштабного сумматора 10. С выхода сумматора 9 получают сигнал1718244 10 15 выделения модуля и масштабного усилите 20 ля, вход которого соединен с выходом пер 25 Од 1 =0,5 - (О+ О+ 16-01 ), а с выхода сум1матора 10 - сигнал Од 2 =0,5 - (6-0-10+ О 1).При медленном изменении входного сигнала Овх выходной сигнал устройства Овых изменяется в соответствии со статической характеристикой - ПЭМГ линейного пьезоэлектрического двигателя (фиг. 3),При быстром изменении входного сигнала ширина гистерезиса модели может быть учтена настройкой коэффициента В, Скорость заряда и разряда интегратора 2 зависит от величины В, величины рассогласования Овх- - Оф. Поэтому отставание вы 1ходного сигнала зависит также и от скорости изменения и величины входного сигнала.Таким образом; предлагаемое устройство позволяет воспроизводить ПЭМГ или ПДГ, присущие линейным пьезоэлектрическим двигателям и микроманипуляторам с точностью до 0,01 ф,Формула изобретения 1. Устройство для воспроизведения неоднозначных функций типа петли гистерезиса, содержащее последовательно включенные суммирующий нелинейный элемент с характеристикой зоны нечувствительности, первый информационный вход которого является входом устройства., интегратор, нелинейный элементограничения и двухвходовый сумматор, выход которого является выходом устройства, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения .точности и расширения области.применения путем воспроизведения частных и предельного циклов, в него. введен блок вычисления неоднозначности петли гистерезиса, первый информационный вход которого соединен с первым входом двухвходового сумматора и с входом уст 30 40 45 ройства, второй информационный вход подключен к выходу интегратора, второму информационному входу суммирующего нелинейного элемента с характеристикой эоны нечувствительности и к входу нелинейного элемента ограничения, а прямой и инверсный выходы подключены соответственно к входам положительного и отрицательного опорных напряжений суммирующего нелинейного элемента с характеристикой зоны нечувствительности,выход нелинейного элемента ограничениясоединен с вторым входом двухвходовогосумматора,2,Устройство поп.1, отличаю щеес я тем, что блок вычисления неоднозначности петли гистерезиса выполнен в виде пяти масштабных сумматоров, трех элементов вого элемента выделения модуля, подключенного входом к инверсному входу . первого масштабного сумматора, прямой вход которого и вход первого элементавыделения модуля являются соответственно первым и вторым информационными входами блока, выход первого масштабного сумматора подключен к прямому входу второго и первому прямому входу третьего масштабных сумматоров, инверсный вход и второй прямой вход которых обьединены и соединены с выходом масштабного усилителя, выходы второго и третьего масштабных сумматоров подключены соответственно к, входам второго третьего элементов выделения модуля и к прямому входу пятого и первому прямому входу четвертого масштабных сумматоров, второй прямой вход четвертого и инверсный вход пятого масштабных сумматоров соединены с выходами соответственно второго итретьего элементов выделения модуля, а их выходы являются соответственно прямым и инверснцм выходами блока.1718244 Составитель В.филиповский фц 3актор И.Шулла Техред М.Моргентал Корректор Л,Беск Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина Заказ 883 ВНИИПИ Тираж Подписноеударственного комитета по изобретениям и открытиям при113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5