Устройство для моделирования линейных стационарных объектов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советск ниСоцнапнстнческниРеспубики пц 962998(5)М, Кл. 606 б 7/48 с присоединением заявкиГооударетюиый комитет СССР оо делам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 30.09.82. Бюллетень36 Дата опубликования описания 03; 10,82, ф, Верлань и Н. А, Макси вичСВЗЮЗГИАТЕЗЖь т;ццгр 71) Заявитель й СЯВЛЫИС электродинамики АН Украин нс СТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯЛИНЕЙНЫХ СТАЦИОНАРНЫХ ОБЪЕКТОВ овой к анал может мер улир задачия и рхс пр разе ванием и передачей энергии, наприм рпреобразование энергии в различных датчиках, прохождение сигналов в линияхсвязи, явления тепдо- и массопереноса,химические и ядерные превращен я, электромагнитые излучения,Известны устройства для моделирования линейных стационарных объектовустройства последовательного интегриро-.вания), содержащие И последовательно,включенных интегросумматоров и сумматор С 13 . к предл ти явля вания ст стоящее ора, дв ателей.Наиболее близким по технической сушнос ройство для моделиро линейных объектов, с росумматоров, сумма ров и т 1 + И переключ гаемо ется у циона рных из И интеух инвертоИзобретение относитсявычислительной технике,использовано для решенияния, анализа, моделированвания процессов, связаннь сумматоры и сумматор включены после довательно (по выходам и первым входам), вход первого инвертора подключенк входу устройства, вход второго инвертора подключен к выходу устройства, второй вход каждого из первых М интегросумматоров через соответствуюший переключатель подключен к выходу первогоинвертора и ко входу устройства, третий 10вход. каждого интегросумматора и сумматора подключен через соответствующийпереключатель к выходу. второго ннвертора и к выходу устройства, причем на каждом входе всех интегросумматоров и сумматора включены делители напряжения 21,Недостатком устройства является низкая точность, обусловленная наличиембольшого количества ( И) интегросумматоров и их последовательным включением,так как многократное последовательное 20 суммирование составляющих выходногосигнала на большом количестве сумматоров ( И+ 1) приводит к существенному3 9629 накоплению погрешностей аналогового суммирования, которые обуславливаются неидеальностью параметров реальных опе-. рационных усилителей. Кроме того, многие составляющие выходного сигнала 3 прежде чем попасть на выход устройства проходят последовательно большое количество интегросумматоров. Понятно, что в таком случае незначительные нелинейности динамического диапазона, реальных 10 интегросумматоров приводят к существенным погрешностям выходного сигнала.Бель изобретения - повышение точности моделирования.Поставленная цель достигается тем, 1 что в устройство для моделирования линейных стационарных объектов, содержащее первую и вторую группы переключателей и выходной сумматор, введены группы инерциональных и колебательных0 звеньев, входы которых объединены .и являются входом устройства; а выход каждого инерционного звена подключен к подвижному контакту соответствующего переключателя первой группы, выход каждо- у го колебательного звене подключен к неподвижному контакту соответствующего переключателя второй группы, первые неподвижные контакты переключателей обеих групп объединены и подключены к инвертируюшему входу выходного сумматора, , вторые неподвижные контакты переключа телей обеих групп объединены и подключены к неинвертирующему входу выходного сумматора, . Каждое инерционное звено состоит из сумматора, группы переключателей и и каналов ( И = 1, 2,;- степень вырождения соответствующего вещественного40 корня), каждый из которых содержит 1 последовательно соединенных инерционных элементов ( 1 равно номеру канала), причем входы. всех первых инерционных элементов каналов объединены и являются45 входом инерционного звена, а выходы последних инерционных элементов каналов подключены к неподвижным контактам соответствующих переключателей, первые неподвижные .контакты переключателей объединены и подклюненны к инвертируюшему входу сумматора, а вторые неподвижные контакты объединены и подключены к неинвертирующему. входу сумматора, выход сумматора является выходом звена,Каждое колебательное звено состоит иэ сумматора, группы переключателей и щ каналов .( Ф = 1, 2, - степень вырождения соответствующей пары комплекс98 фисопряженных корней)каждый из которых содержитпоследовательно соединенных колебательных элементов ( у равно номеру канала), причем входы всех.первых колебательных элементов каналовобъединены и являются входом звена, авыходы последних колебательных элементов каналов подключены к подвижнымконтактам соответствующих переключателей, первые неподвижные контакты переключателей объединены и подключены кинвертирующему входу сумматора, а вторые неподвижные контакты переключателей объединены и.подключены к неинвертирующему входу сумматора, выход сумматора является выходом звена.На фиг; 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - схемаинерционного звена; на фиг. 3 - схемаколебательного звена.Устройство (фиг, 1) состоит из входной клеммы 1, инерционных звеньев 2,колебательных звеньев 3, переключателей4 и 5, выходного сумматора 6 и выходной клеммы 7. Вход каждого из звеньев2 и 3 подключен к входной клемме 1устройства, выход каждого из звеньев 2и 3 через один из переключателей 4 и 5подключен к одному из инвертирующихи одному иэ неинвертируюших входов выходного сумматора 6, выход выходногосумматора 6 подключен к выходной клемме 7.Инерционное звено (фиг. 2) состоитиз входной клеммы 8, инерционных элементов 9, переключателей 10, сумматора 11 и выходной клеммы 12. Элементы 9 объединены в каналы, первый каналсодержит один элемент 9, а каждый последующий канал содержит на один элемент 9 больше, чем предыдущий, Входкаждого канала подключен к входнойклемме 8, а выход каждого канала черезодин из переключателей 10 подключен кодному из инвертирующих и одному иэнеинвертирующих входов сумматора 11выход сумматора 11 подключен к выходной клемме 12,Колебательное звено (фиг. 3) состоитиз входной клеммы 13, колебательныхэлементов 14, переключателей 15, сумматора 16 и выходной клеммы 17, Элементы 14 объединены в,каналы, первый канал содержит один элемент 14, а каждыйпоследующий содержит на один элемент14 больше, чем предыдущий. Вход каждого канала подключен к входной клемме13, а выход каждого канала через одиниз переключателей 15 подключен к одно962998 6 му из инвертирующих и одному из неин вертируюших входов сумматора 16, выход сумматора 16 подключен к выходной клемме 17.Работа устройства основывается на следующих математических соотношениях и описывается этими соотношениями.Линейные стационарные объекты опи.сываются дифференциальными уравнениями вида линейного операторног редаточной функции об соотнощеникта %(р) ),1 а1:Ори моделированииобъектов, которые линейных стационар- описываются уравет из уравнения 30 ция моделируюшеяется следующим Устройство поть измерения яет повысцть нос дос ма И, (Ъ гается с Выражение (3) явля нальным, его можно дующем виде ро что умер й аналог дробно-ра ового суммирования,м включением блоковшественно уменьщаетния и исключает мноост ре редставить е па ллельнчто с роист инейн ус не го е иска ов тное усиление р ) в(ф 1 Ф о р и я з ула г О+ , 4:и,ев г де Кь, Тественные коэх, циенты, оп ную еэлем ен о щи руктуру и вел тов устройств вешес твенных еля выражения чиныкорней55о-:опряетр" кол ичес тво ней эт ар комплекс женных к Ч- со полинома;вырождения,ни1"-О 3-0где с 1 и ф - постоянные вещественные коэффициенты, определяющие свойства (структуру) исследуемого объекта,Уравнение (1) можно привести к более удобному для анализа виду, использовав понятие инвариантного во времени нением ( 1), как следу( 2), передаточная функго устройства определвыражением ир= т ф 1 1 ФЧ К - ч 1) Ч р 1,- Тр+)-.1 091+ р -,(о(: (И, 1: 1,5; (3 = 1,9- степень их вырождения Переходя от операторных соотношенийк диффернциальным уравнениям, а от последних через законы Ома и Кирхгофак конкретным аналоговым электронным структурам, можно убедиться в следующем, Элементам суммы . в (4). К Тврм соответствует последовательное включение с( инерционных. элементов с одинако-. выми постоянными времени Т,и общим 0 коэффициентом передачи Кр, что соогФ ветствует структуре канала элементов инерццо ного звена устройства. Элемент 9 к ас там х,соответствует паралй: р (ТР+1лельно-сум маторное включение,Ц таких 15 групп элементов, что соответствует структуре инерционного звена. Анализируя вторую двойную сумму выражения (4), можно убедиться в аналогичной структуре колебательного звена устройства, в частностиЧ ф 20 элементам суммы соотр +,+ ветствует последовательное включение колебательных элементов с параметрами, , Х ( и т, , характеризующими амплитуду, частоту, фазу и затухание колебаний, И, наконец, всему выражению (4) соответствует параллельно-сумматорное включениеинерционных и 6 колебательных звеньев.Положительный эффект от использования изобретения в конкретном случае измерения потоков теплового электромагнитного излучения заключается в следующем. епловых сигналов. Этодеппом количества сумьщает накопление по 1. Устройство для моделировании линейных стационарных объектов, содержащее первую и вторую группы переключателей и выходной сумматор, о т л и чаюшеес я тем, что, с цельюповьпиения точности моделирования, оно содержит группы инерционных и колебательных звеньев, входы которых объединены и являются входом устройства, а выход каждого инерционного звена подкл чен к подвижному контакту соответствующего переключателя первой группы, выхо каждого колебательного звена подключенк неподвижному контакту соответствующего переключателя второй группы, первые неподвижные контакты переключателей обеих групп объединены и подключены к инвертирующему входу выходного сумма- В тора, вторые неподвижные контакты перевпочателей обеих групп объединены и подключены к неинвертируюшему входу выходного сумматора.2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю-ф щ е е с я тем, что каждое инерционное звено состоит из сумматора, группы переключателей и И каналов ( и = 1, 2,- степень вырождения соответствующего вещественного корня) каждый из которых 1 ф содержит 1 последовательно соединенных инерционных элементов (равно номеру канала), причем входы всех первых инерционных элементов каналов объединены и являются входом инерционного звена, а 20 выходы последних инерционных элементов каналов подключены к неподвижным контактам соответствующих переключателей, первые неподвижные контакты переключателей, первые неподвижные контакты пе б реключателей объединены и подключены к. инвертирующему входу сумматора, а вторые неподвижные контактыобъединены и подключены к неинвертирующему входу сумматора, выход сумматора является выходом звена..3, Устройство по п. 1, о т л и ч а юш е е с я тем, что каждое колебательное звено состоит из сумматора, группы переключателей и Иканалов ( и = 1, 2;степень вырождения соответствующей пары комплексно-сопряженных корней), каждый из которых содержитпоследовательно соединенных колебательных элементов .(равно номеру канала), причем входы всех первых колебательных элементов каналов объединены и являются входом звена, а выходы последних колебательных элементов каналов подключены к подвижным контактам соответствующих переключателей, первые неподвижные контакты переключателей объединены и подключены к инвертируюшему входу сумматора, а вторые неподвижные контакты переключателей объединены и подключены к неинвертируюшему входу сумматора, выход сумматора является выходом звена,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Кори Г., Кори Т. Электронные аналоговыеи аналого-цифровые вычислительные машины. Мт 1,1967, с, 86-98.2. Коган Б. Я, Электронные моделирующие устройства и их применение для исследования систем автоматического регулирования, Изд, 2, М., Гос. изд-во физ.-мат, литературы, 1963, с. 371, рис, 2 13 ( прототип) .Заказ 75 17 4 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная 2 Тираж 73 1 НИИПИ Государственнопо делам изобрете 13035, Иосква, Ж-З 5,П одпи о комитета СС ний и открытий Раушская наб.,