Диссертацияси илмий раҳбар: т ф. д., профессор А. М. Мамаджонов \ мундарижа кириш

II БОБ.ГЕРКОНЛИ ЎЗГАРТИРГИЧЛАРНИНГ ТУЗИЛМА ПАРАМЕТРИК СХЕМАСИ ЗАНЖИРИНИНГ ЭНЕРГИЯ-АХБОРОТ МОДЕЛИ ВА АППАРАТЛАРИ


2.1- §.Герконли ўзгартиргичларни тадқиқ этиш усули

Сўнгги йилларда технологик жараёнларни бошқариш тизимларини автоматлаштиришнинг ривожланиши ўз навбатида шу тизим элементлари ва қурилмалари соҳасида, жумладан, ҳаракатланувчи қисмининг мавжудлиги физик зарурат бўлган, оптимал технологик жараённи таъминлаш учун ишлатиладиганэлементлардабир қатор оригинал ечимларга олиб келди. Бундай ўзгартиргичларга силжиш, тезлик, тезланиш датчиклари ва турли ижро қурилмалари киради. Бундай қурилмаларнинг универсал конструкцияларига герконли ўзгартиргичлар ҳам киради, чунки улар ҳам ўзгармас, ҳам ўзгарувчан токда, ҳам тўғри, ҳам компенсацион ўзгартириш режимларида ишончли ишлашни таъминлайдилар. Шунга қарамасдан ўзгартиргичларнинг конструкциялари мураккаб тайёрлаш технологиясини талаб этмайдилар, ишлатиш жараёнида содда бўлиб ўзгартириш занжирида минимал қувват йўқотишларни, ҳамда кодли чиқиш режимида ахборот узатишнинг етарлича аниқлигини таъминлайдилар.

Махсус иш [2.3] геркон таснифларини яхшилаш юзасидан умумлаштирилган усулларга бағишланган. Аммо, герконли ўзгартиргич-ларни тузиш бўйича жуда катта (юздан ортиқ) миқдордаги тузилма схемаларнинг мавжудлиги сабабли[3.1], у ёки бу эксплуатация талабларига жавоб берадиган герконли ўзгартиргичларни ҳали лойиҳалаштириш босқичида энг самарали тузилма схемасини танлаш имконини берадиган тадқиқот усулини ишлатиш зарурати туғилади.
Параметрлари тақсимланган ўзгартиргичлар негизида бошқарув элементларини конструкцияси ва ишлаш тамойилларидаги ўзига хос хусусиятлари қуйидагилардан иборатдир, бир томондан, турли физик табиатга эга занжирларни ўзаро таъсирларини очиб берувчи физик эффектларнинг қўлланилиши бўлса, бошқа томондан, кўрсатилган ўзаро таъсирларнинг шу занжирлар параметрларини фазовий тақсимотини инобатга олиши ҳисобланади.
Ўзгартиргичларнинг киришидаги катталик силжиш ёки силжишнинг вақт бўйича ҳосиласи бўлса, у ҳолда параметрларнинг тақсимланиш таснифи ўзгартиргичларнинг ишлаш тамойилидан аниқланади. Бошқа ҳолатларда тақсимланган параметрларнинг мавжудлиги бошқарилаётган объектнинг узунлигидан тушунтирилади. У ва бу ҳолатларда параметрлар тақсимотини ҳисобга олиш ўзгартиргичларнинг таҳлили ва синтезида зарурий шарт ҳисобланади. Одатда, тақсимланган параметрлар турли физик табиатга эга бўлиб, улар занжирларда ўзаро таъсирлашадилар, шунинг учун шу каби таъсирларни инобатга олишни ва параметрларнинг тақсимланган таснифини соддалаштириш учун, бу занжирларнинг табиатига боғлиқ бўлмаган ягона математик аппарат талаб этилади. Ягона математик аппаратни ишлаб чиқиш усулидан, аниқроғи, ўлчов ўзгартиргичларининг ягона назариясидан бири бўлиб аналогиялар ва ўхшашликлар назарияси элементларидан фойдаланиш усули ҳисобланади. Қуйида турли физик табиатга эга занжирларда катталик ва параметрларни аниқлашга асосланган аналогиялар ва ўхшашликлар мезонлари келтирилади.
Кириш ва чиқишдаги катталиклари ёки уларнинг параметрлари турли физик табиатга эга бўлган ахборот ўзгартиргичлари, агар ҳеч бўлмаганда битта занжирдаги бирор катталик (ёки параметр) ўртасида ва бошқа занжирнинг бирор катталиги ўртасида бир томонлама (тўғри) физик ростланадиган боғлиқлик мавжуд бўлсагина, улар шундай шартларда синтез қилинишлари мумкин.
[2.8]га мувофиқ ихтиёрий физик табиатга эга бўлган жараёнларни ифодаловчи умумлаштирилган катталик сифатида қуйидаги катталиклар қабул қилиниши мумкин: таъсир этиш катталиги (у лотинча "U" ҳарфи билан белгиланади), реакция катталиги (у лотинча"I" ҳарфи билан белгиланади) ва заряд (у лотинча"q" ҳарфи билан белгиланади).
Занжирлардаги умумлаштирилган параметрлар сифатида қаршилик R (статик параметр), сиғим C ва индуктивлик L (динамик параметрлар) ишлатилади.
У ёки бу занжирларда аниқланган ва шу занжирларда оқиб ўтадиган, маълум физик табиатга эга бўлган катталиклар ва параметрларнинг физик эффектларини таҳлил қилишучун шу катталиклар ва параметрларни ўзаро боғловчи аналогияларнинг қуйидаги меъзонларидан фойдаланиш лозим:

а) энергетик меъзон

; (1.3.1)
б) интенсивлик (тезлик) меъзони
; (1.3.2)
в) статик меъзон
; (1.3.3)
г) биринчи турдаги динамик меъзон
; (1.3.4)
д) иккинчи турдаги динамик меъзон
; (1.3.5)

Электр занжири умумлашган занжир сифатида қабул қилинган ва унга нисбатан қайд этиб ўтилган барча меъзонлари тўлиқ бажарилади.

1.3.1 жадвалда қабул қилинган меъзонларга кўра электр, магнит ва механик занжирларнинг ўхшаш катталиклари ва параметрлари келтирилган.
Амалиётда қаршилик, сиғим ва индуктивликларнинг тескари катталик-лари ҳам қўлланилади, уларга нисбатан қуйидаги ибора ва график белгиланишлар қабул қилинган:
ўтказувчанлик параметри
; (1.3.6)
қаттиқлик параметри
; (1.3.7)
дедуктивлик параметри
; (1.3.8)
Бундан буён умумлаштириш учун қабул қилинган график белгиланишлар ва иборалардан, шу билан бирга мос равишда механик, магнит ва электр занжирлар учун "м", "µ" ва "э" индексларидан фойдаланамиз.
Бошқарув элементлари ва воситаларининг тузилиш тамойиллари тўлиқлигича фақат шундай ҳолатда амалга оширилиши мумкин-ки, агар турли физик тузилмага эга бўлган занжирларнинг барча катталик ва параметрларини бир-бири билан боғловчи физик эффектлар ҳақиқатдан мавжуд бўлса (чекланган оралиқда). [2.8]да фақат учта содда занжирлар: механик, магнит ва электр занжирлар чегарасида намоён бўладиган эффектлар кўриб ўтилган. Уларга қуйидагилар киради:
механик ва электр занжирлар ўртасидаги физик эффектлар:

- солиштирма электр ўтказувчанлик эффекти

; (1.3.9)
- пъезоэлектрик эффект
; (1.3.10)
- тескари пъезоэлектрик эффект
; (1.3.11)
- униполяр индукция эффекти
; 1.3.12)
- Лоренц кучларининг юзага келиш эффекти
; (1.3.13)
- магнитоэлектрик кучлар эффекти
; (1.3.14)
- тензорезисторли эффект
; (1.3.15)
- ташиб ўтилаётган заряд эффекти
; (1.3.16)
- реостат эффекти
; (1.3.17)
-электр ўтказувчанлик эффекти
; (1.3.18)
- ростланадиган электр сиғим эффектлари
; (1.3.19)
; (1.3.20)
- индуктивликни ростлаш эффекти
; (1.3.21)
- дедуктивликни ростлаш эффекти
; (1.3.22)
- электромагнит индукция эффекти
; (1.3.23)
механик ва магнит занжирлар ўртасидаги физик эффектлар:
- бурчак шайбаларидаги экран эффекти
; (1.3.24)
- тензорезисторли эффект
; (1.3.25)
- магнитострикцион эффект
; (1.3.26)
_{ва тескари эффект:}
;
- магнитни ҳаракатлантирувчи кучини ўзгартириш эффекти
; (1.3.27)
- магнит қаттиқликни ўзгартириш эффекти
; (1.3.28)
- магнит сиғимни ўзгартириш эффекти
; (1.3.29)
- Лоренц кучи эффекти
; (1.3.30)
- магнитоэлектрик куч эффекти
; (1.3.31)
магнит ва электр занжирлар ўртасидаги физик эффектлар:
- магнитли қаршилик эффекти (магнитли резистив эффект)
; (1.3.32)
- Холл эффекти
; (1.3.33)
- электромагнит индукция эффекти
; (1.3.34)
- магнитни ҳаракатлантирувчи эффект
; (1.3.35)
электр занжирлари ўртасидаги физик эффектлар:
- Холл эффекти
; (1.3.36)
- электр майдон эффекти
; (1.3.37)
магнит занжирлари ўртасидаги физик эффектлар:
- кучсиз магнитланишдаги магнитли модуляция эффекти
; (1.3.38)
кучли магнитланишдаги магнитли модуляция эффекти
; (1.3.39)
механик занжирлар ўртасидаги физик эффектлар:
- куч боғлиқликлари кўринишидаги гироскопик эффектлар
; (1.3.40)
кучни тезликка - механик токка боғлиқлиги кўринишидаги
; (1.3.41)
- тезликларнинг боғлиқликлари кўринишидаги редукция эффектлари
; (1.3.42)
кучларнинг боғлиқлари кўринишидаги
; (1.3.43)
бу ерда
Мавжуд ўзгартиргичларнинг кўп қисми ишлаб чиқарувчиларнинг технологик хусусиятлари ва анъаналарига кўра маълум (машҳур) тузилма схемаларига кўра тузилади ва фақат такомиллаштирилган конструкциялари ва яхшиланган алоҳида таснифлари билангина фарқланади. Шунга қарамасдан физиканинг, айниқса экспериментал (тажрибавий) физиканинг ривожланиши, унинг барча соҳаларида тузилма схемаси, киришдаги катталиклари ва эксплуатация қилиш имкониятларига кўра умуман янги бўлган ахборот ўзгартиргичлари тузиш имкониятини беради. Турли табиатга эга бўлган физик эффектлар қўлланиладиган ахборот занжирларидаги жараёнларни изоҳлаш учун ахборотни қабул қилиш ва қайта ишлаш (ишлов бериш) бўйича қўйилган талабларга жавоб берадиган умумлаштирилган модельни талаб этади. Бундай модель ахборотли модель деб аталган [2.2, 2.3, 2.8].
Юқорида санаб ўтилган боғлиқликлар ва эффектлар тузилма схемаларни тузиш асосига киритилган. Бунинг учун тузилма схемаси кетма-кет уланган тўрт бурчаклардан ташкил топган занжир кўринишида тасвирланган бўлиб, уларнинг ҳар бири у ёки бу занжирлар ўртасидаги ёки занжир ичидаги физик эффектни таснифловчи параметр ёки коэффициентни ифодалайди. Тўғри бурчакларни боғловчи чизиқлар, тўғри бурчаккача бўлган киришдаги катталик ва тўғри бурчакдан кейинги - чиқишдаги катталикни ифодалайди. Тўғри бурчакка юқоридан туширилган стрелкалар киришдаги катталикларга боғлиқ бўлмаган барқарор катталикларга мос келади. Тузилма схемани тузишни, ҳамда уларни таҳлил қилишни соддалаштириш учун 2-иловада тасвирланган топограммалар таклиф этилган. Топограммадан кўриниб турибди-ки, занжир ичидаги боғлиқликлар физик табиатидан қатъий назар бир хил графларда тасвирланган; эффектлар ушбу графларни боғловчи чизиқларга эга тўғри бурчаклар кўринишида ифодаланган. Топограммалар турлича бажарилиши мумкин. Ҳар бир тузилма, аслида, мураккаб ўзгартиргичнинг у ёки бу жиҳатини ёритиб беради. Бунда тузилма схема таркибидаги содда ўзгартиргичлар катталиклар ва параметрлар орасидаги тўғри пропорционалликни ифодалайдилар.
Ахборот ўзгартиргичининг ҳар бир тузилма схемаси чиқишдаги катталикни киришдаги катталикка математик боғлиқлиги кўринишида изоҳланиши мумкин. Бунда, ўзгартиришнинг умумий коэффициенти тўғри бурчакка кираётган, стрелкалар билан белгиланган тузилма схемадаги барча катталиклар ва параметрларнинг кўпайтмасини ифодалайди.
Ҳақиқий (реал) тасниф идеал таснифдан шуниси билан фарқланади-ки, у ёки бу тузилма схемасини амалга ошириш ўзаро кетма-кет ёки параллель уланган параметрларнинг занжирига олиб келади ва бунда охирги уланишдаги R, L ёки W параметрлардан бири бошқа параметрдан кичик бўлади.
Тузилма схемасининг мураккаблиги турлича бўлган схемаларнинг таҳлили шуни кўрсатади-ки, сезгирлик тенгламаларига кирадиган параметрларнинг қийматлари ҳақиқий (реал) қийматлар орқали қуйидаги кўринишда ёзилади:
; ; ; ... (1.3.44)
бу ерда П₁, П₂, П₃ ...- тузилма схемасининг кетма-кет уланган параметрлари, агар улар чиқиш томонидан саналса; П_1Р, П_2Р, П_3Р ...- уларнинг ҳақиқий (реал) қийматлари, бунда
...
Шунинг учун идеал ўзгартиргич учун қуйидаги шаклдаги ифода
(1.3.45)
яқинлаштирилган ифода ҳисобланади ва ўзгартиргичнинг статик таснифини ифодалайди. Реактив параметрлар (C, L, W, D) ни қўллаган ҳолда динамик таснифни ҳосил қилиш учун айнан шу параметрлар оператор шаклида ёзилади.
Бир физик табиатга эга параметрларнинг бошқа физик табиатга эга бўлган параметрга таъсирини ҳисобга олиш мураккаблашади, агар охиргиси фазода тақсимланган бўлса. Бир физик табиатга эга бўлган занжир ичидаги тарқалган параметрларни ҳисобга олиш одатда, 2-тартибдаги чизиқли дифференциал тенгламани ечимига олиб келади
(1.3.46)
бу ерда β - l-узунликдаги соҳадаги параметрларнинг ҳам кўндаланг, ҳам бўйлама йўналишларда тақсимланишини комплекс шаклда ифодалайди ва қуйидаги кўринишда ёзилади:

(1.3.47)
2-занжирда ҳам тақсимланган параметрлар мавжуд бўлса
(1.3.48)
ҳамда занжирлараро эффектлар мавжуд бўлса
(1.3.49)
(1.3.50)
қуйидагини ёзиш мумкин
(1.3.51)

Кўриниб турибди-ки, масала ночизиқли дифференциал тенгламани ечишга олиб келинади, буни амалда бажариш мушкулдир. Аммо, агар 2-физик табиатга эга бўлган занжир учун, тақсимланган параметрлар мавжуд бўлган ҳолатда дифференциал тенгламани ечиш мумкин (бу вақтда, биринчи босқичда деб таҳмин қилинади [20])

; (1.3.52)
(1.3.53)
у ҳолда (1.3.50) ифодадан қуйидаги келиб чиқади
(1.3.54)
(1.3.54) ни (1.3.50)га қўйиб, ўзгарувчан коэффициентли чизиқли дифференциал тенгламаларни ҳосил қиламиз
. (1.3.55)
Кейинги итерацияларда эса параметрик дифференциал тенгламанинг ечимини оламиз.
2-занжирдаги параметрларга ўзаро таъсир мавжуд бўлмаса, аммо ҳар бир занжир ичида тақсимланган параметрлар бўлса, бундай тақсимланган параметрларга эга бўлган тузилма схемаларининг параметрлари қуйидаги турдаги тенгламадан аниқланади
; (1.3.56)
; (1.3.57)
бунда тегишли чегаравий шартлар инобатга олинади.
Тўғри ва тескари коэффициентлар ва Лоренц эффекти ишлатилган кучайтирувчи герконли ўзгартиргичларни, ҳамда бевосита кучайишнинг герметик контактларнинг силжишига ўзгариш эффектинининг қўлланилиши-ни кўриб чиқамиз. Барча ҳолатларда геркон эффекти қўлланилади, у силжишни электр ўктазувчанликка ўзгартиради. Бунинг учун кўп сонли параллель уланган ва шунтланувчи герметик контактлардан фойдаланилади, демак параллель уланган ўтказувчанликларнинг сони силжиш га пропорционал бўлади, бундан
(1.3.58)
Тузилма схема қуйидаги кўринишда келтирилган

Статик тасниф

(1.3.59)
бу ердан сезгирлик келиб чиқади
(1.3.60)