Устройство для моделирования ограничительной характеристики

Сеез Советск иСециалмстичесиикРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) ПриоритетеяеуАЗРстееные кемнтет СССР ав делам зобретеннй н открытЯ(72) Автор изобретения Александро 7) заявитель л) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОГРАНИЧИТЕЛЪНОЙ ХАРАКТЕРИСТИК ом. Иоиств стно ус граничи щее уси братнойючены для моделирохарактеристики, соединенный с силителя, в коитель и четырех нт, выход усиван льн со епью связиограний элем торую вкл диодный м 1Изобретенйе относится к аналоговойвычислительной технике, автоматике,телемеханике, измерительной техникеи тепловозостроению, а именно к устройствам для моделирования ограничительной характеристики,Изобретение может быть использовано при исследовании и расчете систем,содержащих устройство, ограничивающеевыходной сигнал устройства с перемен оным ограничением в автоматике, телемеханике, измерительной технике и тепловоэостроении, а также для демонстрационных целей в учебном процессе. Устройство может быть использовано, например, для моделирования "узла касания" колесной пары локомотива с рельлителя непосредственнс подключен к выходу устройства, вход усилителя со.- единен с входом устройства через входное сопротивление усилителя и сумматор 1,1 Д.Однако в известном устройстве количество связей, соединяющих вход устройства с его выходом, уменьшено, действие цепи обратной связи усилителя и действие ограничителя ухудшено. Это ухудшает передачу информации и энергии входного сигнала на выход устройства. В устройстве вход устройства соединен с выходом устройства через сум-, матор, который соединен с входом усилителя, а в цепь обратной связи уси.лителя включен четырехдиодный мостовой элемент. Это ухудшает действие цепи обратной связи усилителя и передачу информации и энергии входного сигнала на выход устройства.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для моделирования ограничитель. 97645ной характеристики, содержащее блокограничения, состоящий иэ двух диодови четырех резисторов, и операционныйусилитель, вход которого подключен каноду первого .и катоду второго диодаблока ограничения, через входной резистор - к входу устройства и через . резистор обратной связи - с выходуоперационного усилителя, выход которого является выходом устройства и сое" 10 . динен через первый резистор блока ограничения с катодом первого диода блока ограничения и через второй резистор блока ограничения - с анодом второго диода блока ограничения, первый 5управляющий вход блока ограничения че- рез третий резистор соединен с катодом первого диода, второй управляю-щий вход блока ограничения через четвертый резистор соединен с анодом вто рого диода, причем управляющие входыблока ограничения подключены к входуустройства2 1.В этом устройстве уменьшено количество связей, соединяющих вход. устройства с выходом устройства, т. е.ухудшено действие цепи обратной связи усилителя и действие ограничителяфцто ухудшает передачу информации иэнергии входного сигнала на выход уст ройства. Поэтому данное устройствоимеет пониженные быстродействие, точность и суженные функциональные возможности.Цель изобретения - повышение точности моделирования,Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок ог 40 раницения, состоящий из двух диодов и четырех резисторов, и операционный усилитель, вход которого подключен к аноду первого и катоду второго диода блока ограничения, через входной резистор - к входу устройства и через резистор обратной связи - к выходу операционного усилителя, выход которого является выходом устройства и соединен через. первый масштабирующий резистор блока ограничения с катодом первого диода блока ограничения и через второй масштабирующий резистор блока ограничения - с анодом второго ограничительного диода блока ограничения, первый управляющий вход блока ограничения через третий масштабирующий резистор соединен с катодом перво-. го ограничительного диода, второй уп 3 фдавляющий вход блока ограничения через четвертый масштабирующий резистор соединен с анодом второго ограничительного диода, введены первый и второй блоки управления, выходы которых подключены соответственно к первому и второму управляющим входам блока ограничения, вход первого и второго блоков управления соединены с входом устройства, причем каждый блок управления содержит два функциональных преобразователя, дифференцирующее звено и сумматор, выход которого является выходом блока, вход которого подключен к входу первого функционального преобразователя и через дифференцирующее звено - к входу второго функционального преобразователя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя,На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для моделирования ограничительной характеристики; на фиг. 2 - график зависимости выходного сигнала устройства от входного сигнала устройства; на Фиг. 3 - структурная схема первого блока управления (блок управления нижним ограниче- нием устройства); на фиг. 4 - график зависимости выходного сигнала первого функционального преобразрвателя первого блока управления от входного сигнала; на фиг. 5 - график зависимости выходного сигнала второго функционального преобразователя первого блока управления от входного сигнала; на фиг, 6 - структурная схема второго блока управления (бло управления верхним ограницением устройства); на фиг, 7 - график зависимости выходного сигнала первого функционального преобразователя второго блока управления от входного сигнала; на фиг. 8- график зависимости выходного сигнала второго функционального преобразователя второго блока управления от входного сигнала; на фиг. 9 - график зависимости выходного сигнала первого блока управления (управление нижним ограничением); на фиг, 10 - график зависимости выходного сигнала второго блока управления (управление верхним ограничением).Устройство содержит (фиг, ) операционный усилитель 1, цепь 2 обратной связи усилителя, состоящую иэ бло-.5 9764 ка 3 ограничения и резистора 4, выход ., вход 6, входной резистор 7, первый блок 8 управления, второй блок 9 управления. Блок ограничения 3 содержит резисторы 10-13 и диоды 14 и 5 15.Первый блок 8 управления (фиг. 3) содержит первый функциональный преобразователь 16 с выходом 17, подклюценным к первому входу сумматора 18 с выходом 19, второй вход 20 которого подключен к выходу второго функционального преобразователя 21, вход 22 которого через дифференцируюшее звено 23 подключен к входу 6 устройства.Второй блок 9 управления (фиг. 6) содержит первый функциональный преобразователь 24 с выходом 25, подключенным к первому входу сумматора 26 с вь- ходом 27, второй вход 28 которого со единен с выходом второго функционального преобразователя 29, выход 30 которого через дифференцирующее звено 31 подключен к входу 6 устройства.25Устройство работает следующим образом.При положительном по значению входном сигнале х(фиг. 2) устройства, увеличивающемся по абсолютной величи не и меньшем или равном по абсолютнои величине сигналу х начала ограничения, с выхода блока 8 на первый управляющий вход блока 3 поступает сигнал(фиг, 9). С выхода блока 9 на второй управляющий вход блока 3 посту- ЗЗ пает отрицательный сигнал, пропорциональный заданной величине -С(фиг. 10). Сигнал на выходе 5 усилителя 1 пропорционален по величине входному сигналу в результате действия сигнала с выхода 5 усилителя 1 на вход усилителя 1 и через резистор 4 и через блок 3.Положительный сигнал С через ре зистор 12 поступает на катод диода 14, поэтому диод 14 закрыт, Отрицательный сигнал С 2поступает через резистор 13 на анод диода 15, поэтому и диод 15 тоже закрыт. Отрицательный сигнал с выхода 5 усилителя 1 поступает на входы блока. 3 и на резистор 4. С второго входа блока 3 отрицательный по значе. нию сигнал поступает на анод диода 15 через резистср 11, поэтому диод 15 своего состояния не изменяет, т. е.он закрыт.С первого входа блока 3 отрицательный сигнал поступает на катод диода 53 Ь14 через резистор 13. При превышении по абсолютной величине отрицательным сигналом на выходе 5 усилителя 1 величины, пропорциональной входному сигналу, диод 14 открывается и сигнал на выходе 5 усилителя 1 принимает веги чину, пропорциональную входному сигналу.При положительном входном сигнале х , увеличивающемся по абсолютнойввеличине и большем по абсолютной величине сигнала хи начала ограничения, с выхода первого блока 8 поступает положительный по значению сигнал . (фиг. 9), который зависит от входного сигнала первого элемента управления и пропорционален ограничению выходного сигнала устройства и ошибке ограниче- ния В обусловленной действием сопротивления блока 3 при ограничении выходного сигнала устройства. С выхода блока 9 поступает при этом отрицательный сигнал 1.2 (фиг. 10).Положительный сигналпропорциональный по величине ограничению выходного сигнала устройства и ошибке ограничения В выходного сигнала устройства, поступает с первого управляющего входа блока 3 на катод диода 14 через сопротивление 12, поэтому диод 14 закрыт. Отрицательный сигналпропорциональный заданной величине (-14 С ) поступает с второго управляю 4 Сщего входа блока 3 на анод диода 15 через сопротивление й поэтому диод 15 закрыт. С входа 6 устройства входной сигнал передается на выход 5 усилителя 1, С выхода 5 усилителя 1 отрицательный сигнал поступает на вход усилителя 1.через резистор 4, и отрицательный сигнал на выходе 5 усилителя 1 стремится "принять" велицину, пропорциональную входному сигналу, Отрицательный сигнал с выхода 5 усилителя 1 поступает на входы блока 3. С второго входа блока 3 отрицательный сигнал поступает на анод диода 15, поэтому диод 15 закрыт. С первого входа блока 3 отрицательный сигнал поступает на катод диода 14, При превыше" нии по абсолютной величине отрицательным сигналом на выходе 5 усилителя 1 величины, пропорциональной ограничению выходного сигнала устройства, ди.од 14 открывается, и сигнал на выходе 5 усилителя 1 принимает величину, пропорциональную ограничению сигнала устройства. При этом ограничение выход 976463ного сигнала устройства зависит по величине от синала .,иПри положительном входном сигнале Х , большем по абсолютной величине сйгнала Хлн начала ограничения, отри дательный выходной сигнал устроиства увеличивается по абсолютной величине на величину ошибки ограничения,В где йй 9 р - сопротивление цепи 2 обратной связи усилителя 1, вкоторую включен ограничитель 3;х - входной сигнал "мнимого"оначала ограничения.При этом в результате действия сигнала с входа б устройства на вход первого блока 8 управления с его выхода 9 поступает положительный сигнал, который уменьшен по абсолютной величине от сигнала ограниченияна величину. пропорциональную ошибке ограни-чения В. Поэтому диод 1 Й открывается и сигнал на выходе устройства уменьшается по абсолютной величине на величину ошибки ограличения В. Это устраняет ошибку ограничения В выходного сигнала устройства, обусловленного действием сопротивления блока 3.При положительном по значению входном сигнале х , уменьшающемся по абсолютной величине и большем по абсо.лютнои величине сигнала х, окончанияг 35 ограничения (фиг. 2), дейсткв 6 е устрой" ства аналогично действию устройства при положительном по значению входном сигнале х х, увеличивающемся по абсолютной величине и большем по абсолютной величине сигнала хн начала ограничения.При положительном по значению входном сигнале хвх, уменьшающемся по абсолютной величине и меньшем или рав 45 ном по абсолютной величине сигналу х окончания ограничения, действие устройства аналогично действию устройства при положительном входном сигнале, увеличивающемся по абсолютной величи не и меньшем или равном по абсолютной величине сигналу х 1 и начала ограничения.При отрицательном по значению вход 55 ном сигнале действие устройства аналогично описанному ранее действию устройства при положительном по значению входном сигнале. Первый блок 8 управления (фиг. 3)работает следующим образом.При положительном входном сигналех, меньшем или равном по абсолютнойвеличине сигналу х начала ограничения, с выхода 17 на первый вход сумма.тора 18 поступает положительный сигнал 1 л, пропорциональный по величиневходному сигналу (1+, =х 19 Р,При входном сигнале хначала ог 1 Нраничения, пропорциональном величинеН, сигнал 1 на выходе 17 пропорционален величине Н. При положительномвходном сигнале х , большем по абсолютной величине сйгнала х начала ограничения, с выхода 17 поступает положительный сигнал 1 , пропорциональный ограничению выходного сигнала устройства и ошибке ограничения В выходного сигнала устройства, обусловленной действием сопротивления блока 31 л, = Г(х; В)где В - ошибка ограничения выходногосигнала устройства.В = (Мех ло) "9 лгде- угол ошибки ограничения выходного сигнала устройства,вносимой сопротивлением цепи 2 обратной связи усилителя 1;входной сигнал мнимогоначала ограничения.При отрицательном по значению илиравном нулю входном сигнале хс выхода 17 поступает сигнал 1 , равныйнулю, При увеличивающемся входном сигнале устройства с выхода 20 поступаетсигнал 1, равный нулю, При.уменьшающемся входном сигнале устройства свыхода 20 поступает положительный позначению сигнал 1 , имеющий заданнуювеличину 1 с. Сигнал 1 пропорционален прибавке ограничения 1 р иошибке ограничения ДР=/(х хло)9(, В результате сложения 1 и 1лна сумматоре 18 получаем . (фиг. 9).Блок 9 управления (фиг, 6) функционирует аналогичным образом.е- В результате соединения управляющих входов блока ограничения с входом устройства через блоки управленйя образуется дополнительный второйканал передачи входного сигнала навыход устройства, что улучшает передачу информации и энергии входного сигнала на выход устройства. Причем на.управляющие входы блока ограничения поступает сигнал с выходов блоков976 формула изобретения управления, несущий информацию о величине входного сигнала устройства,о "направлении" изменения входногосигнала устройства и об ошибке ограничениякоторая возникает в резуль-, 5тате действия сопротивления блока ограниченияУстройство для моделирования ограничительной характеристики, содержа-. щее блок ограничения состояирй из .двух ограничительных диодов и четырех 1 ф масштабирующих резисторов, и операционный усилитель, вход которого подключен к аноду первого и катоду второго ограничительных диодов блока ограничения, через входной резистор - к ф входу устройства и через резистор обратной связи - к выходу операционного усилителя, выход которого является выходом устройства и соединен через первый масштабирующий резистор блока ог- фф раничения с катодом первого ограничительного диода блока ограничения и че" рез второй масштабирующий резистор блока ограничения - с анодом второго, ограничительного диодо блока ограниче- ЗВ ния, первый. управляющий вход блока ограничения через третий масштабирующий резистор соединен с катодом первого ограничительного диода, второй управ 3 4310ляющий вход. блока ограничения черезчетвертый масштабирующий резистор соединен с анодом второго ограничительного диода, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностимоделирования, в него введены первыйи второй блоки управления, выходы ко"торых подключены соответственно к первому и второму управляющим входамблока ограничения, вход первого и второго блоков управления соединены с входом устройства, причем каждый блок уп- .равления содержит два функциональныхпреобразователя, дифференцирующее звено и сумматор, выход которого является выходом блока, вход которого подключен к входу первого функционального преобразователя и через дифференцирующее звено - к входу второго функционального преобразователя, выход которого соединен с первым входом сумма.тора, второй вход которого подключен. к выходу первого функционального преобразователя.Источники .информации,принятые во внимание при экспертизе1. Тетельбаум Н. М. и Шнейдер Ю;.Р.400 схем для АВМ. М., нЭнергияф 1, 1978.,. с. 75.2. Коган Б. Я. Электронные моделирующие устройства и их применения дляисследования систем автоматическогорегулирования. М., 1963, с 383 (прототип), 976453976153 Фиг А. Яицков ектор Е. Рошко писн ауш иэл ППП "Патент" г. Ужгород, ул. П а Составитель едактор Т. Кугрышева Техред А.Бааказ 9005/76 Тираж 731 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж"35, Р