Устройство для моделирования гистерезисных характеристик магнетиков и диэлектриков

 

Сущность изобретения: устройство содержит три сумматора (1,2,3), два инвертора

СОЮЗ COBETCKMX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 06 G 7/25, 7/48

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4897429/24 (22) 27.12.90 (46) 23.12,92. Бюл. N. 47 (75) Г.В. Трель (56) Авторское свидетельство СССР

М 1399780, кл. 6 06 G 7/48, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N 1550542, кл, G 06 G 7/25, 1988.!

Ж«, 1783548 А1

2 .(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ . ГИСТЕ P ЕЗИСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНЕТИКОВ И ДИЭЛЕКТРИКОВ (57) Сущность изобретения: устройство содержит три сумматора (1,2,3), два инвертора (4, 5), два интегратора (6, 7), пять блоков в умножения (8 — 12), блок выделен ия модуля (13) и блок зоны нечувствительности (14), вход (1 5), выходы (16,17,18) 15-2-7- 5-3-8-1-6-3, . -5 — 11 — 3, 7-9-10-1-2, 2-4-10, 2-3-8, 7 — 9 — 1214-3, 12-3, 9-11, 15-1, 6-16, 7-17, 9-18, 1 ил.

1783548

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для при-., менения при исследовании методами аналогового моделирования электромеханических систем с элементами, выполненными из магнетиков и диэлектриков, особенно систем, в которых используются стрикционные свойства этих материалов.

Известно устройство для моделирования упругого гистерезиса, содержащее сумматор, два инвертора, два интегратора и два блока умножения (1), которое может быть использовано для моделирования гистерезисных характеристик магнетиков и диэлектриков в слабых технических полях, когда ветви их ггетель гистерезиса достаточно точно аппроксимируются квадратичными параболами.

Наиболее близкйм по технической сущности к предлагаемому решению является устройство для моделирования петли гистерезиса, содержащее первый сумматор, первый и второй интеграторы, с nepeoro no четвертый блоки умножения и блок выделения модуля. Информационный вход устройства соединен с первым входом первого сумматора, выхбд которого подключен к ин- формационному входу первого интегратора, выход первого интегратора является первым выходом устройства. Информационный вход второго интегратора объединен с входом блока выделения модуля, выход которого соединен с первым входом первогО блока умножения, а выход первого блока умножения соединен с вторым входом перaoro сумматора. Выход второго интегратора, являющийся вторым выходом устройства, соединен с первым входом вто- рого блока умножения, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, а выход третьего блока умножения соединен с третьим входом первого сумматора (2). Это устройство может быть использовано для моделирования гистерезисных характеристик магнетиков и диэлектриков в слабых и средйих технических полях с учетом рассеяния энергии при их перемагничивании или переполяризации.

Об щй м недостатком известных устройств является то, что они не воспроизводят петель гистерезиса магйетиков и диэлектриков в сильных технических полях, т,е. не воспроизводят прямоугольных и предельных петель гистерезиса и петель типа

"бабочка" стрикционного гистерезиса этих материалов, Это ограничивает.функциональные возможчости устройств и область их применения.

Цель изобретения — расширение функциональных возмо:кностей и области применения эа счет воспроизведения прямоугольных и предельных петель гистерезиса и стрикционных петель типа "бабочка"

Устройство для моделирования гистерезисных характеристик магнетиков и диэлектриков содержит первый сумматор, первый и второй интеграторы, с первого по четвертый блоки умножения и блок выделения модуля, информационный вход устройства

10 соединен с первым входом первого сумматора, выход которого подключен к информационному входу первого интегратора.

Выход первого интегратора является первым выходом устройства, информационный вход второго интегратора объединен с входом блока выделения модуля, выход которого соединен с первым входом первого блока умножения. Выход первого блока умножения соединен с вторым входом nepsoro сум20 матора, выход в торого интегратора, являющийся вторым выходом устройства, соединен с первым входом второго блока умножения, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, а выход третьего блока умножеййя соединен

25 с третьим входом первого сумматора, В устройство введейы второй и третий сумматоры, первый и второй инверторы, пятый блок умножения и блок зоны нечувствительно30 сти. Первый и второй входы второго сумматора соединены" соответственно с первым входом и с выходом первого сумматора, а выход второго сумматора соединен с информационным входом" второго интегратора и

35 через первый йнвертор с вторым входом третьего блока умножения. Выход первого интегратора подключен к первому входу третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого блока умноже:40 ния, выход второго интегратора соединен с вторым входом второго блока умножения и через второй инвертор с первым входом четвертого блока умножения и с вторым входом третьего сумматора.

45 Выход четвертого блока умножения соединен с третьим входом третьего сумматора и с первым входом пятого блока умножения, выход которого соединен.с четвертым входом третьего сумматора и с вхо50 дом блока зоны нечувствительности, выход которого соединен с пятым входом третьего сумматора. Выход второго блока умножения, являющийся третьим выходом. устройства, подключен к вторым входам

55 четвертого и пятого блоков умножения.

На чертеже г|редставлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый 1, второй

2 и третий 3 сумматоры, первый 4 и второй

5 инверторы, первый 6 и второй T интегра1783548 торы, первый 8, второй 9, третий 10, четвертый 11 и пятый 12 блоки умножения, блок выделения модуля 13 и блок эоны нечувствительности 14, Оно имеет информационный вход по сигналу скорости первого параметра Х1(с) и три выхода по сигналам соответственно второго Хг(с), третьего XÇ(t) и четвертого X4(t) параметров состояния моделируемого материала.

Работу устройства рассмотрим на примере моделирования гистерезисных характеристик магнетиков.

B процессе моделирования сигнал скорости X1(t) =. B(t) изменения первого параметра состояния Х1(с) = B(t) моделируемого элемента из магнетика с индукцией B(t) со входа устройства 15 поступает на первые входы первого 1 и второго 2 сумматоров. С выхода первого сумматора 1 сигнал скорости изменения второго параметра состояния X2(t) = Н.(t); соответствующего напряженности магнитного поля H(t) = X2(t), поступает на информационный вход первого интегратора 6 и на второй вход второго сумматора 2, на выходе которого получают сигнал скорости изменения третьего параметра состояния X3(t) = К21В(с) - Кггй(с), где

К21 и Кгг — коэффициенты передачи второго сумматора 2 соответственно по первому и второму его входам; соответствующего намагниченности l(t) = Хз(с) моделируемого элемента из магнетика.

С выхода первого интегратора 6, служащего первым выходом устройства 16 по второму параметру Хг(с) = Н(с), сигнал поступает на первый вход третьего сумматора 3. С выхода второго сумматора 2 сигнал X3(t) =

l(t) постУпает на инфоРмаЦионн1с и вхоД второго интегратора 7, вход первого инвертора

4 и вход блока выделения модуля 13,:c вйхода которого сигнал IX3(t)l ll(t)l поступает на первый вход первого блока умножения 8. С выхода второго интегратора

7 сигнал ХЗ(с) = l(t) поступает на второй выход устройства 17, вход второго инвертора

5 и первый и второй входы второго блока умножения 9, с выхода которого сигнал

Х4 (t) = l2 (t) = у (t) соответствующий стрикции y(t), поступает на третий выход устройства 18, первый вход третьего блока умножения 10 и вторые входы четвертого 11 и пятого 12 блоков умножения. Сигнал с выхода второго инвертора 5 поступает на второй вход тре его сумматора 3 и первый вход четвертого. блока умножения 11, с выхода которого сигнал X3(t) Х4(с) = Хзз(с) = l(t)x у(с) - i (с)поступает на третий вход третьего сумматора 3 и первый вход пятого блока умножения 12. С выхода последнего сигнал

ХЗЗ(t) Х4(с) = Х35(с) = l(t) уг (с) = l (t) поступает на четвертый вход и через блок зоны нечув, ствительности 14 на пятый вход третьего сумматора 3. Величина зоны йечувствитель5 ности блока 14 выбирается в соответствии с величиной максимальной (по модулю) намагйиченности ч= 4 = + X3m. С выхода третьего сумматора 3 сигнал поступает на второй вход первого блока умножения 8, с

10 выхода которого сигнал поступает на второй вход первого сумматора 1..

С выхода первого инвертора 4 сигнал поступает на второй вход третьего блока умножения 10, с выхода которого сигнал

15 поступает на третий вход первого суммато- ра 1. На выходе первого сумматора 1 получают сигнал скорости изменения второго параметра состояния Хг(с) = H(t).

В результате в рассматриваемом случае

20 на выходах 16, 17, 18 устройства вырабатываются сигналы соответственно напряженности H(t), намагниченности l(t) и стрикции у(с), а при K21 = 1, K22 = 0 на втором выходе устройства 17 сигнал индукции B(t). Соотно25 шения между этими сигналами в виде зависимостей В(Н), l(H) и у Н воспроизводят петли магнитного и стрикционного гистерезиса моделируемого элемента из магнетика.

Воспроизводимые устройством гисте30 резисные характеристики магнетиков и диэлектриков описываются следующей системой уравнений:

Х2 (t) =. ) Х2 (t) dt; Хз (t) =,/ Хз(с) dt;

Х4 (t) = XÇ (t); XÇ(t) = КвшХ1(с) — КвнХ (t);

Хг (t) = КнХ1 (t) - Кш X3(t) (Km(X (t) — — КБХЗ(с) — КпЗХЗ (t) — Кп5ХЗ (t)—

Кп5*Х3 (с)*) KBB Хз(с) Хз (с)

4О хз (с)

О ПРИ 3ХЗ5(t) I < Q„X3m

К

ХЗ (с)-Гiзн ХЗа flPN XÇ (t) Квн XÇm

X3 (t) + Qg X3m ffoN X3 (t)» — вн ХЗа

5 5 5

45 где Х1(с), Хг(с), X3(t), X4(t) — соответственно первый, второй, третий и четвертый параметры состояния материала;

Х1(с) — скорость: изменения первого па50 раметра Xl(t); ХЗП1 — максимальное и минимальное значения зоны нечувствительности по сигналу, соответствующему Х35(t);

Квш — коэффициент изменения высоты с

55 обратным изменением ширины петли гистерезиса;

Квн — коэффициент обратного изменения наклонов верхней и нижней частей ветвей петли гистерезиса;

1783548 ра, выход первого интегратора является первым выходом устройства,.информационный вход второго интетратора объединен с входом блока выделения модуля, выход коблока умножения, а выход первого блока умножения соединен с вторым входом перваго сумматора, выход второго интегратора, являющийся вторым выходом устройства, соединен с первым входом второго блока

10 умножения, выход которого соедийен с первым входом третьего блока умножения, а выход третьего блока умножения соединен с третьим входом первого сумматора, о т.л и ча ю щ ее с я тем, что,с целью расши15 прямоугольных и предельных петел.ь гистесумматоры, первый и второй инверторы, йятый блок умножения:и блок зоны нечувствительности, первый и второй входы второго сумматора "соединены соответственно. с

K11 = МнКн К12 = МшКш, К13 = МВВКВВ

Kz1= МвшКвш: K22 = МвнКВн:

K31 = Мш2Кш2:: . (2)

K32 = МВКВ; K33 = Mn3Kn3: К34 = MnsKns;

К35 МП5 КП5, K3H = МЗНКЗН, где M — обозначение соответствующего масштабного коэффициента;

КБН вЂ” коэффициент блока зоны нечувствительности. умножения, выход второго интегратора соединен с вторым входом блока умножения и

35 через второй инвертор — с первым входом четвертого блока умножения и вторым tIxoдом третьего сумматора, выход четвертого

Формула изобретения

Устройство для моделирования гистерезисных характеристик магнетиков и диэлектриков, содержащее первый сумматор; первый и второй интеграторы, с первого по четвертый блоки умножения и блок выделения модуля, информационный вход устрой-. ства соединен с первым входам первого сумматора, выход которого подключен к информационному входу riepeoro интегратоблока умножения соединен с третьим входом третьего сумматора и первым входом выход которого соединен с пятым входбм третьего сумматора, а выход второго блока умноженйя, являющийся третьим выходом устройства, подключен к вторым входам четвертога vi пятого блоков умножения.

Составитель Г.Трель

Редактор А.Мельникова Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор p,Густи

Заказ 4518 Тираж : Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета па изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

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

Кн — коэффициент обратного изменения наклона начального участка начальной кривой петли гистереэиса:

КВ — коэффициент изменения кривизны боковых ветвей петли гистерезиса (при

КВВ > 0 — вогнутость, КВВ < 0 — выпуклость);

Кш — коэффициент изменения ширины петли (по сумме составляющих);

Кщ2 — коэффициент изменения ширины петли гистерезиса по составляющей; пропорциональной второму параметру Xz(t);

КБ — коэффйциент обратного изменения наклона боковых ветвей петли гистерезиса (при КВ > 0- йаклан от вертикали по часовой стрелке, КВ < 0- против часовой стрелки);

Кпз, Kns, Kns* — коэффициенты изменения формы переходных участков боковых ветвей к загистерезиснйм участкам петли гистерезиса, соответственно по Хз (t), Хз (t)

3 5 и X3 (t)*;

Кзн — коэффициент измененйя зоны нечувствительности по Хз (т).

Коэффициенты передачи Кл используемых операционных блоко =rio их "соответствующим входам ) с учетом системы (1) можно найти с помощью следующих соотношений:

5, торого соединен с первым входом первого рения функциональных возможностей и области применения путем воспроизведения резиса и стрикционных петель типа "бабоч20 ка", в него введены второй и третий первым"вхбдом и выходом пефаого сумматора, а вь1ход второго сумматора соединен с информационным входом- второго интегра- . тора и через первый инвертор — с вторйм входом третьего блока умножения, выход

30 первого ийтегратора подключен к первому . входу третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом пе рв о го блока

40 пятого блока умножения, выход которого соединен с четвертым входом третьего сумматора и входом блока нечувствительности,