Устройство для моделирования линий с распределенными параметрами
„-„укЗЧА
ПЛТЕ :1" " - -" ..
g б"и отт -"
С А
НИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Зависимое от авт. свидетельства М
Заявлено 24.V1.1968 (№ 1251818, 18-24) с присоединением за>шки ¹
Г|рпоритет
Опубликовано 03Х11.1970. Бюллетень ¹ 22
Дата опубликования описания 27.Х.1970
Кл. 42mI, 7, 50
Комитет по делам изооретеиий и OTKpblTNk при Совете Мииистров
СССР 1П К 6 06@ 7i 50
4 ДК о81.33Г.001.572:621. .315 (088.8) Автор изобретения
8. И. Кочеров
Заявитель
УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛИНИЙ
С РАСПРЕДЕЛЕННЪ|МИ ПАРАМЕТРАМИ связан своими входами с выходом блока учета потерь и с входной клеммой устройства.
Кроме того, для учета нелинейной зависимости распределения потерь энергии от величины скорости потока один из входов блока учета потерь может быть подключен к блоку нелинейностей.
Указанные отличия позволили упростить структурное построение устройства и обеспе10 чить рекурентное использование передаточной функции длинной линии для моделирования сложHûê и разветвленных лшпш.
В основу построения предлагаемого устройства блок-схемы положены следующие пере15 даточные функции длинной линии:
А(Р) =
Р, Ф () = " = Ф (p) X
P,. p
2е (1+ -Ф (Ри — - " - "
Предлагаемое устройство для моделирования линий с распределенными параметрами предназначается для использования в моделях динамических систем, состоящих из частей, соединяемых длинными лнниями, моделирования сложных и разветвленных линий, набора различных комбинаций нагрузки на конце линий и решения других задач, приводящих к рекурентному использованию передаточных функций длинных линий.
Известные устройства для моделирования линий с распределенными параметрами, в которых используются элементы и узлы аналоговой вычислительной техники, содержат большое количество решающих блоков и являются довольно сложными по своей структуре.
Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что в нем входная клемма устройства подключена к двум параллельным цепям †це запаздывания и цепи нагрузки, причем цепь запаздывания выполнена в виде последовательно включенных сумматора, блока запаздывания и блока учета потерь, а цепь нагрузки †виде последовательно включенных сумматора, блока моделирования нагрузки и сумматора обратной связи нагрузки; выход последнего и выход блока учета потерь подключены к входным сумматорам обеих цепей, а выходной сумматор устройства зр- 2„-„Г 2 -;Фл (p) 1 — е "е "" — 1) (1+ „-Ф„-(р) 275541
Р
Фз(р) =
+ o линии (2 т). Волновое (ir) учитывается коэфсумматора 7 обратной и выходного суммапрострапення волны в сопротивление линии фнциентами усиления связи нагрузки К-, == ((1 тора 4 К(— — —.
2е
65 (1+ Ф»(р)) 1 — е " е " (— — 1 я „ „Г 2q е» (р) (1+ >-(р) где (†приведенн волновое сопротивление линии;
2т †фа распространения волны в линии;
Р†давлен (напряжение) в линии; ср — расход (ток) в линии;
Ф„(р) — передаточная функция нагрузки на конце линии;
e " — коэффициент распределенных потерь энергии в линии;
p — оператор Лапласа.
Воспроизведение указанных передаточных функций выполняется при помощи блок-схем для первого каскада моделируемой сложной системы с постоянным входным сигналом р» o=c0nst (см. фиг. 1) и для второго и последующих каскадов (см. фиг. 2).
Схемы имеют структуру четырехполюсника с полюсами, соответствующими координатам начала и конца линии
Р,; о, »=е, Р» (, ;- r.
В состав схемы первого каскада входят следующие элементы: 1 — входной сумматор цепи запаздывания; 2 — блок запаздывания (БЗ);
8 — блок учета потерь (БУП); 4 — выходной сумматор; 5 — входной сумматор цепи нагрузки; б — модель нагрузки линии с передаточной функцией Ф»., (р); 7 — сумматор обратной связи нагрузки.
При учете нелинейной зависимости распределенных потерь энергии в линии от скорости потока (силы тока) схема дополняется нелинейным преобразователем функции 8.
В состав схемы второго каскада кроме перечисленных элементов входят (см. фиг. 2):
9 — сумматор; 10 — блок запаздывания (Б2 .
Элементы схемы как первого, так и второго каскада объединяются в две параллельные цепи; цепь запаздывания (элементы 1, 2 и 8) н цепь нагрузки (элементы 5, б, 7).
Принципиальной особенностью схем является построение перекрестных обратных связей между указанными цепями. При этом у схемы первого каскада выход цепи запаздывания подается на собственный вход и па вход цепи нагрузки, а выход цепи нагрузки подается на собственный вход и — с удвоением сигнала — на вход цепи запаздывания.
Входной сигнал, соответствующий давлению (напряжению) в начале линии, подается на ооа входных сумматора 1 и 5 с удвоением сигнала и на выходной сумматор 4. Такое построение прямых и обратных связей позволяет осуществлять все операции сложения прямых и отраженных волн в линии при помощи единственного элемента запаздывания со временем задержки сигнала, равным фазе рас20
Учет распределенных потерь энергии в линии осуществляется при помощи блока учета потерь 8. При этом координата цепи запаздывания умно>кается на понижающий коэффициент, который, например, для случая трубопровода может быть представлен в виде
К„= е — = — 1 — 2 -..
При необходимости учета зависимости распределенных потерь от величины расхода (силы тока) в линии соответствующий сигнал вырабатывается в нелинейном преобразователе 8 и на полученную функцию умножается координата цепи запаздывания.
Блок-схема второго каскада отличается от описанной только тем, что обратная связь цепи запаздывания подается на собственный вход и вход цепи нагрузки пе непосредственно, а через сумматор 9, где она суммируется с удвоенным входным сигналом P,=o, и второй блок запаздывания 10. При этом на обоих элементах запаздывания устанавливается время задержки сигнала, равное полуфазе распространения волны в линии (т). Это изменение блоксхемы второго и последующего каскадов модели вызвано необходимостью учета оператора запаздывания е Р в передаточных функциях Ф (p) и Фз(р) для схем с переменным входным сигналом P,. o =var, что не обязательно для первого каскада при постоянстве входного сигнала Р, о=сопз1. Это последнее условие, которое выполняется в большинстве практических задач, позволяет упростить блок-схему модели первого каскада сложного трубопровода или вообще простого трубопровода, сократив число элементов запаздывания до одного, как это показано на фиг. 1.
В общем случае применяется блок-схема, фиг. 2.
Построение моделей сложных и разветвленHbIx линий выполняется рекурептным повторением описанных блок-схем, при котором входные полюсы модели последующей линии включаются вместо нагрузки или параллельно со: раняемой нагрузке модели предыдущей лип((((.
Предмет изобретения
1. Устройство для моделирования линий с распределенными параметрами, предназначенное для работы совместно с моделями сложных динамических систем, содержащее сумматоры, блок запаздывания и блок учета потерь, выполненные на усилителях постоянного тока, а также блок нелинейностей и блок моделирования нагрузки, отличающееся тем, 27554! с целью упрощения устройства и обеспе1я рекурентного использования передаточфункции длинной линии для моделировасложных и разветвленных линий, входклемма устройства подключена к двум аллельным цепям — цепи запаздывания и а нагрузки, причем цепь запаздывания вычена в виде последовательно включенных матора, блока запаздывания и блока учеютерь, а цепь нагрузки — в виде последо льно включенных сумматора, блока модеования нагрузки и сумматора обратной связи нагрузки, выход последнего и выход блока учета потерь подключены к входным сумматорам обеих цепей, а выходной сумматор устройства связан свопмп входами с вы5 ходом блока учета потерь и с входной клеммой устройства.
2. Устройство по п. 1, отличаю цееся тем, что, с целью учета нелинейной зависимости
1О распределения потерь энергии от величины скорости потока, один из входов блока учета потерь подключен к блоку нелинейностей.
275541
Составитель И. А. Шелепова
1(орректоры: Л. A. Царькова и Т. А. Абрамова
Редактор А. Ф. Морозова
Типография, пр. Сапунова, 2
Заказ 2797/17 Тираж 480 Подписное
Ц11ИИПИ Комитета но делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, Ж-35, Раушская аб.. д. 4/5
