SU1268554A1 - Device for solving heat conductivity inversion problems - Google Patents

Device for solving heat conductivity inversion problems Download PDF

Info

Publication number
SU1268554A1
SU1268554A1 SU843811099A SU3811099A SU1268554A1 SU 1268554 A1 SU1268554 A1 SU 1268554A1 SU 843811099 A SU843811099 A SU 843811099A SU 3811099 A SU3811099 A SU 3811099A SU 1268554 A1 SU1268554 A1 SU 1268554A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
group
inputs
grid
multipliers
node
Prior art date
Application number
SU843811099A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Евгеньевич Прокофьев
Виктор Иванович Коновец
Original Assignee
Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт filed Critical Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт
Priority to SU843811099A priority Critical patent/SU1268554A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1268554A1 publication Critical patent/SU1268554A1/en

Links

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к аналоговой вычислительной технике. Цель изобретени  - повышение точности и расширение класса решаемых задач. Устройство содержит источник посто нного напр жени , делитель напр жени , вычитатели, интеграторы, RC сетку , управл емый резистор, умножители , и нуль-органы. Устройство позвол ет решать нестационарные задачи теплопроводности при немонотон ном изменении исходных данных по температуре. 1 ил. c:t (Л сThis invention relates to analog computing. The purpose of the invention is to improve the accuracy and the expansion of the class of tasks. The device contains a constant voltage source, a voltage divider, subtractors, integrators, an RC grid, a controlled resistor, multipliers, and zero-organs. The device allows solving unsteady heat conduction problems with a nonmonotonic change of the initial temperature data. 1 il. c: t (L s

Description

кto

оabout

СХ)CX)

ел сдate sd

| « Изобретение относитс  к аналогово вычислительной технике и может быть использовано при решении инверсных задач нестационарной теплопроводности . Цель изобретени  - повышение точности и расширение класса автоматически решаемых задач. На чертеже представлено предлагае мое устройство. Устройство содержит RC -сетку.1, состо щую из конденсаторов 2 и управл емых резисторов 3, делитель 4 напр жени , блоки 5 формировани  функции Гудмена, вычитатели 6, инте раторы 7, умножители 8, нуль-органы 9, источник 10 посто нного напр жени  . Уравнение нестационарной теплопр водности: , ,зты1 , .аКс) (,iTi-g:pТ (С) температура, X,t - пространственна  и временна  координаты. Использу  конечно-разностную аппроксимацию пространственной коорди наты, заменим уравнение (1) соответ ствующей системой сеточных уравнени каждое из которых дл  внутренних то сек тела имеет вид (.)jLL(i)Il(i). -«(Т; )х ,,Iii±iiTii.,(n ЗТ,Гс) СЛТ;) , г где 1 - дискретна  координата пространства; h - шаг в пространстве. Первый закон Кирхгофа дл  Т-обра ной RC-цепочки записываетс  следующ образом: ( t)-U; .(t) .4, (t)4jj(ij зи;(t) (3) где g, С - электрическа  проводимос и емкость; и - электрический потенциал. Сравнива  формулы (2) и (3), отметим , что RC-сетка будет электрической моделью - аналогом теплового процесса при соблюдении следующих соотношений между тепловыми и элект рическими величинами: 4 где гпр - масштабный коэффициент. Из такого подхода к построению электрической модели вытекает общий принцип решени  инверсных задач нестационарной теплопроводности с помош;ью RC-сеточной модели, заключающийс  в настройке параметров узловых элементов так,что потенциалы в узлах модели, с учетом масштаба, совпадают с известными, экспериментально сн тыми (эталонными) значени ми температуры в соответствующих точках. При решении данной задачи использует-. СИ подстановка Гудмена т Н Ja(T)-dT. Применение подстановки формулы (5) к уравнению (1) сводит, его к виду что позвол ет его моделировать на RC-сетке с посто нными узловыми емкост ми . Процесс решени  протекает следующим образом,, Потенциал узла cf(t) сравниваетс  в вычитателе 6 с эталонным напр жением Ug(t), пропорциональным температуре тела в соответствующей точке. Полученный сигнал ошибки (разностный сигнал) подаетс  на вход формировате-. л  управл ющего воздействи  (интегратора ) . Сформированное управл ющее воздействие измен ет параметры узловых элементов (проводимость или емкость) на некоторую величину, что приводит к изменению характера протекани  процессов в узловой  чейке сеточной модели. Лл  обеспечени  работоспособности устройства управл ющее воздействие должно автоматически формироватьс  так, чтобы вариаци  параметров узловых элементов приво- . дила к уменьшению сигнала ошибки. В то же врем  изменение параметров узловых элементов оказывает ,м венное действие лишь на распреде-: ление токов в ветв х, сход щихс  в узле. Узловой потенциал св зан с током , протекающим через конденсатор ij,(t), следующей зависимостью: (t) -f-i,(t).dt. Таким образом, измен   величину тока ij,(t), можно воздействовать на скорость нарастани  или убывани  узлового потенциала и, тем самым, управл ть его величиной с целью уменьшени  сигнала ошибки. Однако изменение параметров узловых элемен тов воздействует на сигнал ошибки неоднозначно. Допустим, U(t) больше c|(t) и в вычитателе 6 сигнал ошибки формируе с  следующим образом: (t)U,(t) - Cf(t). (8) Тогда сигнал (t),. поступа  на вхо интегратора, вызывает рост его выходного напр жени , что приводит к росту величины проводимости узловых резисторов (уменьшению сопротивлени ) . Если при этом соотношение между входными напр жени ми U, (t), ) и узловым потенциалом ср (t) таково, что конденсатор находитс  в состо нии зар да, то увеличение проводимости узловых резисторов приведет к росту тока через конденсатор , увеличению скорости нарастани  узлового потенциала и, следовательно , будет способствовать уменьшению сигнала ошибки, В случае разр да конденсатора, при тех же услови  Ug(t) больше tfCt) и В (t) формируе с  по закону (8), уменьшение провод мостей приведет к увеличению скорос ти разр да конденсатора, что увеличивает ошибку. Устройство тер ет работоспособность. Таким образом, если в вычитателе 6 сигнал ошибки (t) формируетс  по закону (8), то устройство работоспособно только дл  таких исходньк данных, когда в процессе решени  конденсатор находитс  в состо нии зар да, т.е. автоматическа  подстро ка параметров узловых элементов при водит к уменьшению сигнала ошибки. Прин в закон формировани  5(t) в виде (t) (p(t) - U5(t)| The invention relates to analog computing and can be used in solving inverse problems of unsteady heat conduction. The purpose of the invention is to improve the accuracy and the expansion of the class of automatically solved problems. The drawing shows the proposed my device. The device contains an RC grid. 1, consisting of capacitors 2 and controlled resistors 3, voltage divider 4, Goodman function generation units 5, subtractors 6, integrators 7, multipliers 8, zero organs 9, source 10 constant voltage wives The unsteady heat equation is:,, zty1, .aCs) (, iTi-g: PT (C) temperature, X, t are the spatial and temporal coordinates. Using the finite-difference approximation of the spatial coordinate, we replace equation (1) with the corresponding system grid equations, each of which for internal to sec sec body has the form (.) jLL (i) Il (i). - "(T;) x ,, Iii ± iiTii., (n ЗТ, Г) СЛТ;), g where 1 - discrete coordinate of space; h is a step in space. The first Kirchhoff law for a T-shaped RC chain is written as follows: (t) -U; . (t) .4, (t) 4jj (ij zi; (t) (3) where g, C is electrical conduction and capacitance; and is electric potential. Comparing formulas (2) and (3), we note that RC - the grid will be an electric model - an analogue of the thermal process subject to the following ratios between thermal and electric quantities: 4 where gpr is the scale factor.This approach to the construction of an electrical model implies the general principle of solving inverse problems of unsteady thermal conductivity with the help of an RC grid model consisting in setting the parameters of the node elements so that the potentials at the nodes of the model, taking into account the scale, coincide with the known, experimentally removed (reference) temperature values at the corresponding points. To solve this problem, the SI use the Goodman substitution of JH (T) –dT. ) to equation (1) reduces it to a form that allows it to be simulated on an RC grid with constant nodal capacitances. The solution process proceeds as follows, the potential of the node cf (t) is compared in the subtractor 6 with the reference voltage Ug ( t) proportional to body temperature according to boiling point. The received error signal (differential signal) is fed to the input of the forma- l control action (integrator). The generated control action changes the parameters of the node elements (conductivity or capacity) by a certain amount, which leads to a change in the nature of the flow of processes in the node cell of the grid model. To ensure the operability of the device, the control action should be automatically formed so that the variation of the parameters of the node elements leads. to reduce the error signal. At the same time, a change in the parameters of the node elements has a significant effect only on the distribution of currents in the branches x, converging in the node. The nodal potential is associated with the current flowing through the capacitor ij, (t), by the following relationship: (t) -f-i, (t) .dt. Thus, by changing the magnitude of the current ij, (t), it is possible to influence the rate of increase or decrease of the nodal potential and, thus, control its value in order to reduce the error signal. However, changing the parameters of node elements affects the error signal ambiguously. Suppose U (t) is greater than c | (t) and in the subtractor 6 the error signal is formed with the following: (t) U, (t) - Cf (t). (8) Then the signal (t) ,. entering the input of the integrator causes an increase in its output voltage, which leads to an increase in the value of the conductivity of the nodal resistors (decrease in resistance). If the ratio between the input voltages U, (t), and the node potential cp (t) is such that the capacitor is in a state of charge, an increase in the conductivity of the node resistors will lead to an increase in current through the capacitor, increasing the rate of increase of the node voltage. potential and, therefore, will reduce the error signal. In the case of a capacitor discharge, under the same conditions Ug (t) is greater than tfCt) and B (t) forming with the law (8), a decrease in the conductors of the gages will lead to an increase in the rate of discharge yes capacitor that increases the error ku The device is inoperable. Thus, if in the subtractor 6 the error signal (t) is generated according to the law (8), then the device is operational only for such initial data, when the capacitor is in the state of charge, i.e. automatic adjustment of the parameters of the node elements leads to a decrease in the error signal. Having taken the law of formation 5 (t) in the form of (t) (p (t) - U5 (t)

можно обеспечить работоспособность устройств только в состо нии разр да конденсатора. Поэтому закон формировани  (t) по закону (8) или (9) накладывает жесткие ограничени  на исходные данные и не позвоS .-i.ffc,It is possible to ensure the operability of devices only in the state of capacitor discharge. Therefore, the law of formation (t) according to the law (8) or (9) imposes strict restrictions on the initial data and does not allow S.-i.ffc,

Таким образом, приращение величины емкости также неоднозначно вли ет на изменение величины ошибки Xt) 544 л ет полностью автоматизировать процесс решени . Исходные данные должны быть таковы, чтобы в процессе решени  узловые конденсаторы находились только в состо нии зар да или только разр да , причем об этом нужно знать заранее до начала решени  и вручную наладить каждьш канал подстройки параметров устройства в соответствии с направлением протекани  тока через конденсатор в процессе решени . Динамика узла RC-сетки, представленного на чертеже, в соответствии с первым законом Кирхгофа описываетс  уравнением вида Ч(0 ((t)- cp(t) gJ.)- (t)Ji(10) cdq(t) где i(t) U (t), U2(t) - входные напр жени  (потенциалы соседних узлов), g - проводимость узловых резисторов. Чувствительность к изменению параметра узлового элемента k, описываетс  соотношением &.; , (11) Исход  из соотношени  (11), прира-, щение проводимости S g вызовет изменение тока i на величину 8;(и +U,,-2tp) или ; i.,йo- go ° Следовательно, знак ивеличина приращени  ui определ етс  не только , но также величиной и направлением протекани  тока ig.. Обозначив скорость нарастани  узлового потенциала dcp(t)/dt через tx: , определ ют вли ние приращени  на его изменение:Thus, the increment of the capacitance value also has an ambiguous effect on the change in the magnitude of the error Xt) 544, which completely automates the solution process. The initial data must be such that in the process of solving the node capacitors are only in a state of charge or only a discharge, and this must be known in advance before the start of the solution and manually adjust each channel of the device parameters adjustment in accordance with the direction of current flow through the capacitor. the decision process. The dynamics of the RC grid node shown in the drawing, in accordance with the first Kirchhoff law, is described by an equation of the form Ч (0 ((t) - cp (t) gJ.) - (t) Ji (10) cdq (t) where i (t ) U (t), U2 (t) are the input voltages (potentials of neighboring nodes), g is the conductivity of the node resistors. Sensitivity to a change in the parameter of the node element k is described by the relation &; (11) From relation (11) , the conductivity increment S g will cause the current i to change by 8; (and + U ,, - 2tp); i., yo go °. Therefore, the sign and the magnitude of the increment ui is determined not only, but also by the magnitude and The direction of current flow ig .. Denoting node slew rate capacity dcp (t) / dt through tx:, determining the effect of its change in increments:

Известные устройства представл ют собой св зную, многоканальную систему автоматического управлени  распределением узловых потенциа.лов RC-сетки, При управлении инерционным объектом, к каким относитс  и RC-сетка, может наблюдатьс  перерегулирование и колебание регулируемой величины. Это значит, что в процессе решени  может происходить смена направлени  протекани  тока через конденсаторы, обусловленна  не только характером изменени  ) но из-эа особенностей протекани  процессов управлени  инерционным объектом. Все это еще более сужает область применимости устройства дл  решени  инверсных задач нестационарной теплопроводности, реализуюш.их известный способ автоматизации ре шени ,The known devices are an interconnected, multichannel system for automatically controlling the distribution of the nodal potentials of an RC grid. When controlling an inertial object, such as an RC grid, an overshoot and oscillation of the controlled variable can be observed. This means that in the process of solving a change may occur in the direction of current flow through the capacitors, due not only to the nature of the change) but due to the peculiarities of the flow of inertial object control processes. All this further narrows the range of applicability of the device for solving inverse problems of unsteady thermal conductivity, realizing their well-known method of automation of a solution,

Б предлагаемом устройстве дл  преобразовани  уравнени  (1) используетс  подстановка Гудмена (5), применение которой позвол ет преобразовать уравнение (1) к виду (б), что позвол ет моделировать правую часть (6) с помощью посто нной емкости; а левую - с помощью управл емых резистивных злементов,In the proposed device, to convert the equation (1), the Goodman substitution (5) is used, the application of which allows to convert the equation (1) to the form (b), which allows to simulate the right-hand side of (6) using a constant capacity; and the left one with controlled resistive elements,

В предлагаемом устройстве сигналы пропорциональные изменени м температуры в некоторых точка.х моделируемого тела, получают на выходах делителей 4 напр жени , которые через блоки 5 поступают на первые входы вычитателей 6 на вторые входы которых подаютс  напр жени  из соответствующих узловых точек сеточной модели. В блоках 5 проводитс  преобразование согласно формуле (5) , С выхода каждого вычитател  6 сигнал ошибки поступает на второй вход умножител  8 напервые входы которых постзшают сигналы с выходов соответствзющих нуль-ррганов. Знак выходного напр жени  Нуль-органа определ етс  нанравлением протекани  тока через узловой конденсатор (зар дный ток положительный , разр дный отрицательньш). In the proposed device, signals proportional to changes in temperature at some points of the simulated body are obtained at the outputs of voltage dividers 4, which through blocks 5 arrive at the first inputs of subtractors 6 to the second inputs of which voltage is supplied from the corresponding node points of the grid model. In blocks 5, the conversion is carried out according to the formula (5). From the output of each subtractor 6, the error signal arrives at the second input of the multiplier 8 for the first time, the inputs of which post the signals from the outputs of the corresponding null distributors. The sign of the output voltage of the Zero Organ is determined by the in-flow of current through the nodal capacitor (the positive current is positive, the discharge is negative).

Нуль-орган 9, в частности, может быть выполнен на дифференциальном усилителе с отрицательной обратной св зью, входы которого включены в разрыв цепи зар да конденсатора так что не.инв ер тирующий вход подключенThe null organ 9, in particular, can be performed on a negative feedback differential amplifier, the inputs of which are included in the interruption of the charge circuit of a capacitor so that a non-inverting input is connected

к шине нулевого потенциала, а инвертирующий - к соответствующей обкладке конденсатора. Такое включение дифференциального усилител , не вли   на процесс зар да конденсатора, позвол ет по знаку выходнгго напр жени  определ ть направление тока в конденсаторе .to the potential-zero bus, and inverting to the corresponding capacitor lining. This inclusion of a differential amplifier, without affecting the capacitor charging process, allows for the sign of the output voltage to determine the direction of the current in the capacitor.

Таким образом напр жение oii (t) поступаюи ее на вход интегратора 7, формируют какThus, the voltage oii (t) coming to the input of the integrator 7, is formed as

oi(t) U5(t)-q)(t) signi(,(t). Сигнал с выхода интегратора 7 поступает на управл ющий вход управл емого резистора. 3. Подстройка величин проводимостей управл емых резисторов происходит до тех пор, пока сигналы ошибки не станут равными нулю, т,е. пока напр лсени  в узлах не станут соответствовать температурам в соответствующих точках исследуемого тела. Замер ема  в процессе регулировани  проводимость управл емого резистора позвол ет судить о зависимости коэффициентов уравнени  (6) от ; температуры.oi (t) U5 (t) -q) (t) signi (, (t). The signal from the output of the integrator 7 is fed to the control input of the controlled resistor. 3. Adjustment of the conductivities of the controlled resistors occurs as long as the signals the errors will not be equal to zero, i.e., until the voltage at the nodes corresponds to the temperatures at the corresponding points of the body under study. The conductivity of the controlled resistor measured during the adjustment process makes it possible to judge the dependence of the coefficients of equation (6) on the temperature;

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Устройство дл  решени  инверсньк задач теплопроводности содержащее КС-сетку, группу интеграторов, источник посто нного напр жени , выход которого подключен к входу делител  напр жени , группа выходов которого через соответствующие блоки формировани  функции Гудмена соединена с первыми входами вычитателей . группЫ; вторые входы которьп;: подключены к соответствующим центральньпч узлам КС-сетки, о т л и ч а ющ е е с   тб.м, чтО;, с целью повьшенн  точности и расширени  класса решаемых задач„ в него ввалены группа умнонсителей и группа нуль-органов выходы которых подключены к первым входам соответствующих умножителей группы, выходы которых через соответствующие интеграторы группы соединены с соответствгтощими входами задани  проводимостей КС-сетки,групп граничных узлов которой подключена к входам соответствующих нуль-органов группы, выходы вычитателей группы соединены с вторыми входами соответствующих умножителей группы.A device for solving inverse heat conduction problems containing a KS grid, a group of integrators, a constant voltage source, the output of which is connected to the input of a voltage divider, a group of outputs of which is connected to the first inputs of the subtractors through the corresponding units of forming the Goodman function. groups; the second inputs of which are: are connected to the corresponding central nodes of the KS grid, which means that, in order to increase the accuracy and expansion of the class of tasks to be solved, the group of multipliers and the zero group organs whose outputs are connected to the first inputs of the corresponding multipliers of the group, the outputs of which through the corresponding integrators of the group are connected to the corresponding inputs of the assignment of the conductivity of the CS grid, the groups of boundary nodes of which are connected to the inputs of the corresponding zero-organs of the group teley group are connected to second inputs of corresponding multipliers group.
SU843811099A 1984-11-10 1984-11-10 Device for solving heat conductivity inversion problems SU1268554A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU843811099A SU1268554A1 (en) 1984-11-10 1984-11-10 Device for solving heat conductivity inversion problems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU843811099A SU1268554A1 (en) 1984-11-10 1984-11-10 Device for solving heat conductivity inversion problems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1268554A1 true SU1268554A1 (en) 1986-11-07

Family

ID=21146239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU843811099A SU1268554A1 (en) 1984-11-10 1984-11-10 Device for solving heat conductivity inversion problems

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1268554A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU169298U1 (en) * 2016-09-08 2017-03-14 Владимир Викторович Шевяков CAPACITOR MODEL FOR RESEARCH OF TRANSITIONAL HEAT PROCESSES IN THE BRICK WALL

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР К 70547, кл. G 06 G 7/48, 1982. Авторское свидетельство СССР №714423, кл. G 06 G 7/48, 1982. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU169298U1 (en) * 2016-09-08 2017-03-14 Владимир Викторович Шевяков CAPACITOR MODEL FOR RESEARCH OF TRANSITIONAL HEAT PROCESSES IN THE BRICK WALL

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH08240440A (en) Device for linearization and temperature compensation of sensor signal
US4217543A (en) Digital conductance meter
US3652930A (en) Ratio measuring apparatus
SU1268554A1 (en) Device for solving heat conductivity inversion problems
US4196419A (en) Analog to digital converter
Lukin et al. Use of nonlinear functional analog-to-digital conversion in precision measurements of small electrical quantities
CN106461599B (en) Method for running sensor device
FI69932C (en) MAINTENANCE FOUNDATION CAPACITORS SPECIFIC FOR SMAR CAPACITORS VID VILKER MAN ANVAENDER TVAO REFERENSER
SU739561A1 (en) Device for resolving boundary problems
US3526833A (en) Frequency response analyzer including a function generator section and a collator section
SU711589A1 (en) Arrangement for solving inverse heat conductance problems
SU1420604A1 (en) Device for solving transfer theory problems
SU886010A1 (en) Analog integrator
Sugiyama et al. Pulsewidth modulation DC potentiometer
CA1106971A (en) Electric circuits
SU932509A1 (en) Device for solving heat conductance inverse problem
SU1104440A1 (en) Method and device for measuring resistance
US2335024A (en) Method and apparatus for making corrosion studies
SU813452A1 (en) Hybrid dividing device
SU1374258A1 (en) Apparatus for solving inverted heat conductivity problem
SU562834A1 (en) Electrical integrator for solving the problems of the floor theory
SU1305855A1 (en) Converter of resistive bridge disbalance to time interval
US2907878A (en) Electronic interpolator
SU1118939A1 (en) Device for measuring direct current mains insulation resistance
SU900297A1 (en) Analog model of transistor