Устройство для моделирования гистерезисных характеристик магнетиков и диэлектриков

 

Устройство для моделирования гистерезисных характеристик магнитов и диэлектриков относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для применения при исследовании методами аналогового моделирования электромеханических систем с элементами из магнетиков и диэлектриков с учетом их петель гистерезиса с изломами. Сущность изобретения: устройство содержит два интегратора 1, 2, шесть блоков умножения 3-8, два инвертора 10,11, четыре сумматора 12, 13, 14, 15, два блока выделения модуля 16, 17, информационный вход 18 устройства , три.выхода 19-21 устройства. 18-12-1- 8-12-13-2-3-5-12-17-8, 18-13-16-6-12, 13-9-5.2-3-4-14-6,2-10-14,2-20,10-4,3- 15-21. 1-14, 1-11-7-15, 1-19, 1-7. 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з 6 06 G 7/25, 7/48

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4906439/24 (22) 30,01.91 (46) 30,07.93. Бюл. М 28 (75) Г, В.Трель (56) Авторское свидетельство СССР

I+ 1399780, кл. 6 06 6 7/48, 1986, Авторское свидетельство Q 1783548 (пол. реш. по з-ке hk 4897429/24), кл. 6 06 6 7/25, 7/48, 1990. . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ГИСТЕРЕЗИСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНЕТИКОВ И ДИЭЛЕКТРИКОВ (57) Устройство для моделирования гистерезисных характеристик магнитов и диэлектриков относится к аналоговой

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для применения при исследовании методами аналогового моделирования электромеханических систем с элементами из магнетиков и диэлектриков с учетом их петель гистерезиса с изломами. Особенно, стрикционных приводов с учетом смещенных стрикционных и дельта К вЂ” эффекта гистерезисных петель типа "Бабочка" их исполнительных элементов, Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей и области применения за счет воспроизведения петель гистерезиса с изломами, а также смещенных однополярных и двуполярных стрикционных и дельта Е-аффекта гистерезисных петель типа "Бабочка".

На фиг. 1 представлен чертеж схемы выполнения изобретения.

На фиг. 2-8 приведены примеры результатов моделирования. Напряжениями Uxz. Uxv

„„5U „„1830539 А1 вычислительной технике и предназначено для применения при исследовании методами аналогового моделирования электромеханических систем с элементами из магнетиков и диэлектриков с учетом их петель гистерезиса с изломами. Сущность изобретения: устройство содержит два интегратора 1, 2, шесть блоков умножения

3 — 8, два инвертора 10, 11, четыре сумматора

12, 13, 14, 15, два блока выделения модуля

16, 17, информационный вход 18 устройства, три. выхода 19 — 21 устройства. 18 — 12 — 1—

8 †12 †13 †2 †3 †5 †12 †17 — 8, 18 — 13 — 16 — 6-12, 13-9-5, 2 — 3-4-14 — 6, 2 — 10 — 14, 2 — 20, 10 — 4, 3—

15 — 21, 1 — 14, 1 — 11 — 7 — 15, I — 19, 1,—.7. 8 ил. и Uxp (в вольтах) обозначены сигналы устройства, соответствующие второму Xz(t), третьему Хз(т) и четвертому X<(t) параметрам состояния моделируемого элемента из магнетика или диэлектрика. Входной сигнал устройства, соответствующий скорости Х (1) изменения первого параметра состояния СО

Х1(т), изменялся по симметричному гармо- (Д ническому закону с частотой 1/сек и амплитудами 7 (фиг. 2), 9 (фиг, 3) и 10 (фиг. 4 — 7) вольт. На фигурах 26-76 представлены смещеннйе однополярные (без перемены знаков, фиг. 26 — 46} и двуполярные (с переменой знаков, фиг, 56, 66) стрикционные и двуполярные дельта Е-эффекта (фиг. 76) гистерезисные петли типа "Бабочка". На фигуре 8 приведена таблица со значениями коэффициентов передачи используемых в устройстве операционных блоков, при которых были получены эти примеры результатов моделирования.

1830539

Устройство содержит первый 1 и второй

2 интеграторы, первый 3, второй 4, третий 5, четвертый 6, пятый 7 и шестой 8 блоки умножения, первый 9, второй 10 и третий 11 инверторы, первый 12, второй 13, третий 14 и четвертый 15 сумматоры, первый 16 и второй 17 блоки выделения модуля, информационный вход устройства (183 по сигналу, соответствующему скорости Xi(t) изменения первого параметра состояния Х1(т), первый, второй и третий выходы устройства 19, 20,,21 по сигналам, соответствующим второму Хф), третьему Хф) и четвертому X4(t) 5

10 второго блока умножения 4. Выход первого блока умножения 3 соединен со вторыми входами второго 4 и третьего 5 блоков умножения и четвертого сумматора 15, выход которого служит третьим выходом устройства по сигналу X4(t). Выход третьего блока умножения 4 подключен к третьему входу третьего сумматора 14, выход которого соединен с первым входом четвертого блока умножения 6, который своим вторым входом подключен к выходу первого блока выделения модуля 16, а выходом ко второму входу первого сумматора 12, у которого третий вход соединен с выходом третьего блока умножения 5.

55 параметрам состояния моделируемого элемента из магнетика или диэлектрика, Каждый иэ блоков выделения модуля может быть, например, выполнен на блоке идеального диода и сумматоре, Вход устройства по сигналу Х1(т) соединен с первыми входами первого 12 и второ- 20 го 13 сумматоров. Выход первого сумматора

12 соединен со вторым входом второго сумматора 13, входами второго блока выделения модуля 17 и первого интегратора 1, выход которого, служащий первым выходом устройства по сигналу Хф), подключен к первым входам третьего сумматора 14, пятого 7 и шестого 8 блоков умножения, а через третий инвертор 11 ко второму входу пятого блока умножения 7, который своим 30 выходом подключен к первому входу четвертого сумматора 15. Выход второго блока модуля 17 соединен со вторым входом шестого блока умножения 8, выход которого подключен к четвертому входу первого сум- 35 матора 12. Выход второго сумматора 13 соединен с входами первого блока выделения модуля 16 и второго интегратора 2, а через первый инвертор 9 с первым входом третьего блока умножения 5. Выход второго ин- 40 тегратора 2, служащий вторым выходом устройства по сигналу Xg(t), подключен к обоим входам первого блока умножения 3. а через второй инвертор 10 ко второму входу третьего сумматора 14 и к первому входу 45

В процессе моделирования сигнал Х1(), соответствующий скорости изменения первого параметра состояния Х1(() моделируемого элемента из магнетика или диэлектрика, со входа устройства поступает на первые входы первого 12 и второго 13 сумматоров. С выхода первого сумматора 12 сигнал k(t), соответствующий скорости изменения второго параметра состояния Хг(т), поступает на входы первого интегратора 1, второго блока выделения модуля 17 и на второй вход второго сумматора 13. В результате интегрирования с выхода первого интегратора 1, служащего первым выходом устройства по сигналу Xz(t), этот сигнал поступает на первые входы третьего сумматора 14, пятого 7 и шестого 8 блоков умножения, а через третий инвертор 11 на второй вход пятого блока умножения 7, с выхода которого сигнал, соответствующий

Хг (t), подают на первый вход четвертого г сумматора 15. С выхода второго сумматора

13 сигнал 4(t). соответствующий скорости изменения третьего параметра состояния

Хз(т), поступает на входы первого блока выделения модуля 16 и второго интегратора 2, а через первый инвертор 9 на первый вход третьего блока умножения 5, В результате интегрирования с выхода второго интегратора 2, служащим вторым выходом устройства по сигналу Хз(т), этот сигнал поступает на оба входа первого блока умножения 3 и через второй инвертор 10 на второй вход третьего сумматора 14 и первый вход второго блока умножения 4. С выхода первого блока умножения 3 сигнал Хз (t) подают на вторые входы второго 4 и третьего 5 блоков умножения и четвертого сумматора 15, выход которого служит третьим выходом устройства по сигналу Х4(1). С выхода второго блока умножения 4 сигнал Хз (1) поступает на третий вход третьего сумматора 14, с выхода которого сигнал результата алгебраического суммирования подают на первый вход четвертого блока умножения 6, на второй вход которого поступает сигнал Хз() jc выхода первого блока выделения модуля 16, Сигнал результата умножения с выхода четвертого блока умножения 6 подают на второй вход первого сумматора 12, на третий вход которого поступает сигнал с выхода третьего блока умножения 5. С выхода второго блока выделения модуля 17 сигнал Хг(т) ) подают на второй вход шестого блока умножения 8. с выхода которого сигнал произведения Хг(с)1Хф) поступает на четвертый вход первого сумматора 12.

В результате этого, устройство воспроизводит гистерезисные характеристики магнетиков и диэлектриков, описываемые в

1830539

55 общем виде следующей феноменологической системой интегродифференциальных уравнений:

Хф) f Xz(t)dt; X3(t) - f X3(t)dt;

Хг() -,К.Х1(1) + К..Х3()Х3 () +

+ Кыэ(Х2(1) XZ(t) — Кш I X3(t) I X

Х (КшгХгй) = КБХ3(1) КуэХ3 (t)); (1)

X4(t) - КхзХ3 (т) — КхгХг (t);

X3(t) = КвшХ1(1) КвнХ2(1). где X1(t), Xz(t), X3(t), X4(t) — соответственно первый, второй, третий и четвертый параметры состояния;

X 1(t) — скорость изменения Х1(1);

Кхг, Kx3 — КОЭффИцИЕНтЫ ПрОПОрцИОнальности составляющих X4(t) квадратам

Хг(1) и X3(t);

Квш — коэффициент изменения высоты петли гистерезиса с обратным изменением ее ширины;

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

Кн — коэффициент обратного изменения наклона начального участка начальной кривой петель;

Кш — коэффициент изменения ширины петли гистерезиса по сумме ее составляющих;

Кшг — коэффициент изменения ширины петли гистерезиса по составляющей, пропорциональной Xz(t);

Кб — коэффициент обратного изменения наклона боковых ветвей петли гистерезиса (при К8 > 0 — наклон от вертикали по часовой стрелке, К8 < 0 — против часовой стрелки);

Кпз — КОЭффИцИЕНт ИЗМЕНЕНИЯ фсрМЫ переходных участков боковых ветвей петли гистерезиса к загистерезисным участкам;

К88 — коэффициент изменения формы боковых ветвей петли гистерезиса (при

KBB > 0 — вогнутые, KBB < 0 — выпуклые);

Киэ — коэффициент изменения формы излома при переходе к боковым ветвям петли гистерезиса.

При составлении системы (1) использованы имитационные, экспериментальностатистические математические модели, разработке которых в технике магнетиков и диэлектриков уделяется достаточно большое внимание.

В предлагаемом устройстве моделируемые физические переменные отображаются электрическими напряжениями, поэтому коэффициенты передачи Кп используемых операционных блоков 1 по их соответствующим входам J с учетом системы (1) можно найти из следующих соотношений:

К121 М1нКн К122 МшКш К123 М88К88:

К124 МиэКиэ К131 МвшКвш

К132 МвнКвв: (2)

К141 МшгКшг К142 МбКб: К143 МпэКп3

K151 = Mx2Kx2i K152 = хЗКхз. где M — обозначение соответствующего масштабного коэффициента.

Выбор масштабных коэффициентов системы (2) определяется как диапазонами изменения моделируемых физических параметров и переменных, так и величинами максимальных рабочих напряжений используемых АВМ, выбором масштабов времени и моделируемых переменных. С наименьшей трудоемкостью задача масштабирования может быть решена непосредственно в процессе набора и настройки предлагаемого вычислительного устройства.

В качестве базового объекта выбран прототип. Работоспособность устройства была проверена в составе АВМ гибридной системы "Русалка". Сопоставление этих результатов с экспериментальными данными работ показывает, что предлагаемое техническое решение работоспособно и по сравнению с известными решениями расширяет область применения ABM при исследовании динамики электромеханических систем во всем многообразии процессов перемагничивания и переполяриэации их элементов иэ магнетиков или диэлектриков в любых технических полях. Особенно, стрикционных приводов.

Формула изобретения

Устройство для моделирования гистерезисных характеристик магнетиков и диэлектриков, содержащее первый и второй интеграторы, первый, второй, третий, четвертый и пятый блоки умножения, первый и второй инверторы, первый, второй и третий сумматора, первый блок выделения модуля, информационный вход устройства подключен к первым входам первого и второго сумматоров, выход первого сумматора соединен с вторым входом второго.сумматора и входом первого интегратора, выход которого, являющийся первым выходом устройства, подключен к первому входу третьего сумматора, выход второго сумматора соединен с входами первого блока выделения модуля и второго интегратора, а через первый инвертор с первым входом третьего блока умножения, выход второго интегратора, являющийся вторым выходом устройства, подключен к обоим входам первого блока умножения, а через второй инвертор к второму входу третьего сумматора

1830539

8 и к первому входу второго блока умножения, выход первого блока умножения соединен с вторыми входами третьего и второго блоков умножения, выход последнего подключен к третьему входу третьего сумматора, выход которого соединен с первым входом четвертого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу первого блока выделения модуля, а выход соединен с вторым входом первого сумматора, третий вход которого подключен к выходу третьего блока умножения,отл ич а ющееся тем,что. с целью расширения функциональных возможностей и области применения за счет воспроизведения петель гистерезиса с изломами, а также смещенных однополярных и двуполярных стрикционных и дельта Е-эффекта гистерезисных петель типа "Бабочка", в него введены шестой блок умножения, третий инвертор, четвертый сумматор и второй блок выделения модуля, причем выход

5 первого интегратора подключен к первым входам пятого и шестого блоков умножения, а через третий инвертор к второму входу пятого блока умножения, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, вто10 рой вход которого подключен к выходу первого блока умножения, а выход является третьим выходом устройства, выход первого сумматора соединен с входом второго блока выделения модуля, выход которого подклю15 чен к второму входу шестого блока умножения, у которого выход соединен с четвертым входом первого сумматора. г 3.

1830539

1830539

Составитель Г. Трель

Техред М. Моргентал

Корректор .Н. Король

Редактор Н. Коляда

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

Заказ 2523 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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