Устройство для моделирования петли гистерезиса

 

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 вос-произведения составляющих внутреннего гистерезисного трения элементов из конструкционных, магнитных и диэлектрических материалов с многопетлевым гистерезис.ом 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 N блоков зоны нечувствительности с ограничением, гдеN= ^ - для четных и N=п-1для нечетныхИзобретение 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.чисел п петель моделируемого многопетлевого гистерезиса. Устройство по сигналу, соответствующему скорости первого параметра, на своих выходах вырабатываетсигналы, соответствующие первому и второму параметрам состояния моделируемого элемента с учетом рассеяния энергии на составляющие гистерезисного трения, воспроизводимого в виде многопетлевого гистерезиса. 5 ил.Известно устройство для моделирования упругого гистерезиса, содержащее два интегратора, два блока умножения и сумматор, которое воспроизводит составляющие гистерезисного внутреннего трения элементов из не вполне упругого конструкционного материала в виде петли упругого гистерезиса.Наиболее близким по технической Сущности к предлагаемому является устройство для моделирования петли гистерезиса, со-, держащее первый и второй интеграторы.^ ю00 СПliu

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 06 G 7/25, 7/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4784398/24 (22) 19.01.90 (46) 30;01.92 Бюл. N. 4 (75) В,П.Мамулин и Г.В.Трель (53) 681.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1399780, кл. G 06 6 7/48, 1986.

Авторское свидетельство СССР

М 1550542, кл. G 06 G 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 N блоков зоны. нечувствительности с ограничением, где п n — 1

N= — — для четных и N=- для нечетных

2 2 чисел и петель моделируемого многопетлевого 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.

Известно устройство для моделирования упругого гистерезиса, содержащее два интегратора, два блока умножения и сумматор, которое воспроизводит составляю-, щие гистерезисного внутреннего трения элементов из не вполне упругого конструкционного материала в виде петли упругого гистерезиса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для моделирования петли гистерезиса, со-. держащее первый и второй интеграторы, 5

Ç5

55 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 сумматор, 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 второй сумматор и блоки зоны нечувствительности

A с ограничением, число которых К= — „для

n — 1 четных и N= для нечетных чисел п

2 петель, причем вход устройства соединен с первым входом интегратора, выход которого подключен к первому входу второ "o 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.N, зоны нечувствительности с ограничителем, выходы которых соединены соответственно с вторым,,;., (И+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 техническоro 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 многопетлевым 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 х1(т), второго выхода по сигналу второго параметра x2(t) 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.й — на операционных усилителях.с диодно-резисторными и мостовыми элемени тами. Число последних блоков N= — для чет2

A — 1 ного и N= для нечетного чисел и

2 петель 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 хф)= e(t}, соответствующий скорости относительной деформации я (т}, с входа устройства поступает на вход блока 6 модуля, на первый вход с коэффициентом передачи Кг1 второго интегратора 2 и на вход первого интегратора 1, с выхода которого сигнал первого параметра x<(t)=e(t), соответствующий относительной деформации a (t), посту1709354 х1* (1) пает на первый выход устройства, второй вход с коэффициентом передачи К72 перво-. го сумматора 7 и входы первого 9.1, ..., N-го 9.М блоков зоны нечувствительности с ограничением соответственно с коэффициентами передачи Kg1, ..., Кщч, полузонами нечувствительности A91,..., А91ч и ограничениями по максимумам выходных сигналов

Bg1, ..., Вщч. Сигнал с выхода блока 6 модуля подают на вход первого блока 3 умножения, с выхода которого сигнал произведения поступает на второй вход с коэффициентом передачи К22 второго интегратора 2. Сигнал второго параметра x2(t)=P(t), соответствующий силе сопротивления деформированию

Р(1), с выхода этого интегратора подают на второй выход устройства и на первый вход второго сумматора 8, на второй, ..., (И+1)-й входы которого поступают сигналы с соответствующих выходов первого 9.1, ..., N-ro

9.N блоков зоны нечувствительности с ограничением. С выхода второго сумматора 8 сигнал результата алгебраического суммирования поступает на оба входа второго блока 4 умножения и вход третьего блока 5 умножения, надругой вход которого подают сигнал .произведения, с выхода третьего блока 5 умножения сигнал поступает на первый вход с коэффициентом передачи Кт1 первого сумматора 7, с выхода которого сигнал результата алгебраического суммирования подают на другой вход первого блока 3 умножения.

Пример воспроизведения двухпетлевого гистерезиса Р(я) для конструкционного материала приведен на фиг. 2.

В общем случае устройство по сигналу скорости первого параметра х1(1) воспроизводит в аналоговом виде гистерезисную частотно-независимую зависимость между параметрами состояния х1(1) и х2(с) моделируемого элемента, описываемую следующей системой уравнений:

xt(t)= j х(1)4ь-Сх1: хх(1 J xx(t)dt+Cxa; о о хх(х)=Кхх1(х -(Кг (хх(х» ) x*>(t)) 1 =1

-Kax1(t)) .! х1(1) l;

0 при! х1(1)I < А(, K(fx1(t)-AiSgnx1(t)) при x1(t) ( и Ki(x1(t)-AiSgnx1(t)) <-.В(.

В(при Ki(x1(t)--A(Sgn x1(t)) В(, где хф), х1(1) — первый параметр состояния моделируемого элемента и скорость этого парамет )а;

x2(t), x2(t) — второй параметр состояния и

er0 скорость;

С1, Cx2 — начальные условия интегрирования соответственно первого 1 и второго 2

5 интеграторов, на выходе которых вырабатываются сигналы х1(1) и х2(1);

Кх- коэффициенты крутизны характеристики x2(x1) в начальный момент воздействия на моделируемый элемент (для элемента

10 из конструкционного материала соответствует его коэффициенту жесткости);

Кг1, Кг2 —. коэффициент составляющих внутреннего гистерезисного трения в мате.риалЪ моделируемого элемента;

15 х(* (t) — вспомогательный нелинейный параметр, соответствующий сигналу на выходе i-ro блока зоны нечувствительности с ограничением (I=1-N);

Ai — величина полузоны нечувствитель20 ности параметра xi*(t);

Bi — ограничение по максимальному значению параметра xi* (t);

К(— коэффициент пропорциональности параметра х(*(1) на линейном участке пара25 метру >ц(1).

В предлагаемом устройстве физическйе переменные моделируемого элемента отображаются электрическими напряжениями, поэтому коэффициенты передачи использу30 емых операционных блоков по их соответствующим входам определяются следующими соотношениями:

K21= M x Kx i К22 К21= М г1 Кг1

К22К72=Мг2Кг2; Kgi=MIKi, где М вЂ” соответствующий масштабный коэффициент.

Выбор масштабных коэффициентов on-.

40 ределяется как величинами физических параметров моделируемого элемента, так и величиной максимального рабочего напряжения используемой аналоговой вычислительной машины (ABM), выбором масштаба

45 времени и масштабов физических переменных. Масштабирование осуществляется по общеизвестным методикам, в.том числе и с использованием самого устройства.

В качестве базового образца выбран

50 прототип.

Работоспособность предлагаемого устройства была проверена íà АВМ гибридной вычислительной системы "Русалка". Проверка подтвердила, что предлагаемое техниче-

55 ское решение по сравнению с известными расширяет область применения устройств для моделирования петли гистерезиса за счет воспроизведения составляющих внутренного гистерезисного трения моделируемых элементов с многопетлевым гисте1709354

8! резисом. 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 изобретения

Устройство для моделирования петли 10

: гистерезиса, содержащее первый и второй интеграторы, первый, второй и третий блоки умножения, блок. выделения модуля и первый сумматор, информационный вход устройстра 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 т л и ч а ю щ е 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 Nблоков нечувствительности с ограничением и n — 1 (¹ — -для четных и N- — для нечетных

2: 2 чисел и петель), информационный вход yctройства соединен с первым входом второго интегратора, выход которого 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 N блоков зоны нечувствительности с ограничением, выходы которых соединены соответственно с второго по (N+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 8. Мамулин

Редактор М. Циткина ТехредМ.Моргентал Корректор O. Кравцова

Заказ 428 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб.. 4/6

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101