Устройство для моделированияэлектромагнитных полей

 

Сеюз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTCOCKOlAV Св ВТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 271279 (21) 2860692/18-24

<и842862 (51) М. Кл.з

6 06 С 7/48 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 300681. Бюллетень Н9 24

Дата опубликования описания 3006.81 (531 УДК 681.333 (088,8) P CyrL< lt03lip, Ì атантио) (72) Авторы изобретения

В. Б. Финкельштейн и С. Н. Тихонравов . (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Изобретение относится к устройствам аналоговой и аналого-цифровой вычислительной техники, преимущественно к моделированию полей прн помощи электрических сеток,и может быть использовано для моделирования электромагнитных полей в нелинейных ферромагнитных сРедах.

Известен кодоуправляеьый элемент сеточной модели, содержащий блок проводимости, блок управления, программный блок, блок аналоговой памяти, блок слежения и блок развязки. Изменение проводимости элемента происходит при этом от подключения ключевыми 15 схемами разного числа дискретных проводимостей 11.

Недостатком кодоуправляемого элемента является невозможность моделирования задач в нелинейных средах. 20

Наиболее близким техническим реше нием к предлагаемому. изобретению яв-. ляется устройство для моделирования электромагнитных полей, содержащее сумматор, блок задания начальных по. мех, источник питания, компенсатор, аттенюаторы (23.

Недостатком устройства является невозможность моделирования полей в нелинейных ферромагнитных средах. 30

Цель изобретения — расширение области применения за счет возможности моделирования полей в нелинейных ферромагнитных средах.

Указанная цель достигается тем,. ,что в устройство для моделирования электромагнитных полей, содержащее сумматор, блок задания начальных условий, введены блок деления, блок извлечения квадратного корня, датчик тока, источники входных напряжений, вариконд, блоки возведения в,квадрат и управляеьие конденсаторы, соответственно соединенные с входами блоков возведения в квадрат,их выходы: через сумматор подключены к входу блока извлечения квадратного корня, выход которого соединен со входом датчика тока, первый выход которого подключен к первому входу блока деления, выходом соединенный е входом блока задания начальных условий, выходы которых соответственно подключены к управляющим входам управ ляеьаях конденсаторов, выход датчика тока подключен к второму входу блока деления и к одному выводу вариконда, другой вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, выходы исто4ников входных напряжений подклю842862

Напряжение, прикладываемое к вариконду U>àð,ïðåäñòàâëÿåò собой корень квадратный из суммы квадра 65 чены соответственно к выводам управляе жх конденсаторов.

На чертеже представлена блок"ахема устройства для моделирования электромагнитных полей.

Устройство содержит управляемые емкости 1-3, блоки 4-6 возведения в квадрат, сумматор 7, блок 8 извлеI чения квадратного корня, датчик 9 тока, вариконд 10, блок 11 деления, блок 12 умножения иа постоянные коэффициенты, блок 13 формирования, коэффициентов умножения, блок 14 начальных условий, состоящий иэ блоков 12 и 13, источники входных напряжений 15-17.

В качестве перестраиваемых ячеек матрицы трехмерной моделирующей среды в предлагаемом устройстве используются управляемые емкости

1-3, расположенные по трем взаимно перпендикулярным осям X, Y, 2, Значения управляемых емкостей устанавливаются в зависимости от изменения емкости вариконда 10 путем умножения величины, пропорциональной емкости вариконды,на постоянный коэффициент в блоке умножения, Величина, пропорциональная емкости вариконда, .образуется на выходе блока деления 11 и представляет собой частное от деления величины тока через вариконд 10 на напряжение между его обкладками, поскольку

С = К- К вЂ” (ю= 271 ! 1

U"

J где С вЂ” емкость вариконда;

F — частота тока через вариконда;

uu — угловая частота.

Пространство между обкладками вариконда (нелинейного конденсатора) заполнено сегнетоэлектриком, электрическая проницаемость которого является функцией напряженности электрического поля, а емкость зависит от приложенного напряжения. Сегнетозлектрики обладают доменной структурой и самопроизвольной поляризацией.

При воздействии на сегнетоэлектрик внешнего электрического поля в нем происходят процессы, идентичные процессам в ферромагнетиках — смещение границ доменов, скачкообразное изменение ориентации доменов и поворот векторов поляризации по внешнему полю. Сегнетоэлектрики обладают гистерезисом — явлением отставания изменения электрического смещения Д от изменения напряженности электри.ческого поля Е. Как в ферромагнитных веществах, площадь гистерезисной петли в координатах Д, Е характеризует собой потери на гистерезисе.

S0

55 тов напряжений на управляемых конденсаторах по трем осям Х У Z

U +u<+u<

ЬаР Х у 2

Такая зависимость реализуется при помощи блоков 4-6 (7),(8), сумматора

7 и блоков 8 извлечения квадратного корня.

Изменение параметров моделирующей. среды в направлениях соответствующих осей, в принципе, может производиться либо подключением различного числа дискретных элементов (сопротивлений или конденсаторов) либо, как это делается в предлагаемом устройстве, изменением внутренних параметров одних и тех же элементов (без подключения дополнительных). Эту задачу и решают блоки умножения на постоянные коэффициенты 12 и формирования коэффициентов 13 умножения путем формирования различных управляющих сигналов для емкостей 1-3,расположенных по различных осях Х, Y, Z.

При этом на вход блока умножения на постоянные коэффициенты 12 поступает сигнал от .блока 11 деления, пропорциональный емкости вариконда 12, которая в свою очередь изменяется в зависимости о и яжения

08ар = Ох + 0у + ОМ.

Сигнал от блока 11 деления умножается на постоянные коэффициенты пропорциональности К, К К в блоке умножения, в результате чего на управляемые .емкости 1-3 подаются управляющие сигналы, каждый из которых пропорционален емкости вариконды 10 с соответствующими коэффициентами пропорциональности К, К> или К .

Таким образом, для перестройки матрицы изменение начальных параметров моделирующей среды в направлении различных осей производится путем изменения коэффициентов пропорциональности K>, K>, К при помощи коммутации соответствующих цепей в блоке. формирования коэффициентов умножения

13 либо оператором вручную, либо по специальной автоматической программе в этом же блоке.

Указанные соображения свидетельствуют о том, что в конечном итоге, управляемые емкости 1-3,являющиеся ячейками трехмерной моделирующей среды и расположенные по осям Х, Y, Z будут измеиязвся сод воздейсзвиемЗВ зщ ф. с учетом явления гистерезиса в соответствии с заданными свойствами моделирующей среды по различным осям, что и необходимо для обеспечения возможности моделирования полей в нелинейных ферромагнитных средах.

Моделирующая среда в этом случае набирается из отдельных элементов, каждый из которых имеет структуру, представленную на чертеже.

Устройство работает следующим образом.

842862

Формула изобретения

Входные напряжения источников входных напряжений U, U, U по осям Х, Х, 2 прикладываются к зажимам. управляемых емкостей 1-3 и одновременно поступают на входы соответствующих блоков возведения в квадрат 4-6 ° С

1 выходов блоков возведения в квадрат

4-6 значения квадратов напряжений подаются на вход сумматора 7. Выходное напряжение сумматора 7 равно сумме квадратов входных напряжений на - управляемых емкостях 1-3..

Выходное напряжение сумматора.7 поступает на вход блока извлечения квадратного корня. 8.

Выходное напряжение блока извлечения квадратного корня U G ð, равное $ корню квадратному иэ суммй квадратов трех ..входных напряжений U, U, U, прикладывается к.обкладкам вариконда 10:через датчик 9 тока и одновременно поступает на первый вход блока Щ

11 деления.

Сигнал, пропорциональный току вариконда 10, с выхода датчика тока 9 поступает на второй вход блока 11 деления.

Выходной .сигнал блока 11 деления пропорционален частному от деления величины тока через вариконд 10 на .напряжение на его обкладках, и, следовательно, пропорционален величине емкости вариконда 10, изменяющейся в зависимости от приложенного напряжения .

Выходной сигнал блока 11 деления поступает на вход блока 12 умножении, где умножается на постоянные коэф,фициента, определяющие различие свойств моделируемой ферромагнитной среды по трем осям пространства. При этом значения требуемых коэффициентов умножения устанавливаются в блоке 40 формирования коэффициентов умножения 13

Выходные сигналы блока умножений на постоянные коэффициенты управ- ляют емкостями 1-3, Использованием предлагаемого устройства обеспечивается возможность моделирования полей в нелинейных ферромагнитных средах, обеспечивается быстрая перестройка электрическим путем параметров элементов моделирующей среды путем изменения коэффициентов умножения блока задания начальных условий.

Устройство для моделирования электромагнитных полей, содержащее сумматор и блок задания начальных условий, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения эа счет возможности моделирования полей в нелинейных ферромагнитных средах, в него введены блок деления, блок извлечения квадратного корня, датчик тока, источники входных напряжений, вариконд, блоки возведения в квадрат и .управляемые конденсаторы, соответственно соединенные с входами блоков возведения в. квадрат, выходы которых через сумматор подключены к входу блока иэВлечения квадратного корня, выход которого соединен с входом датчика тока, первый выход которого подключеи к первому входу блока деления, выход которого соединен с входом блока задания начальных условий, выходы которых соответственно подключены к управляющим входам управляемых конденсаторов, выход датчика тока подключен к второму входу блока деления и к одному выводу вариконда, другой вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, выходы источников входных напряжений подключены соот-, ветственно к выводам управляемлх конденсаторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 547790, кл. G 06 G 7/46, 1977 °

2. Авторское свидетельство СССР

М 437099, кл. G 06 G 7/48, 1973 (прототип).!

ВНИИПИ Заказ 5105/63

Тираж 745 Подписное

Филиал ППП"Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4