Ситуации, требующие соблюдения условно-положительного направления тока энергетической материи для пассивных rlc-элементов
Обычно, при сборке модели с применением R, L, C и E, J-элементов, лишь для источников пользователю необходимо соблюдать полярность включения, поскольку пассивные элементы являются неполярными. Но если пассивный элемент является пограничным, то информация о его состоянии, снимаемая с контрольных терминалов, будет менять знак при изменении полярности подключения его выводов (см. рис. 2).
Рис.
2
Моделирующие программы должны четко оговаривать условно-положительное направление. Анализ рисунка позволяет сделать вывод, что для R-элемента условно-положительное направление тока таково, что контрольные выводы должны находится слева от направления движения энергетической материи. Такое же утверждение справедливо для любого пассивного элемента. Для источников утверждение инверсное.
Соблюдать (или указывать) условно-положительное направление тока энергетической материи необходимо во многих случаях при проектировании моделей более сложных устройств. Хорошими примерами являются электрический диод в электрических или обратный клапан в гидравлических или пневматических цепях.
Рис. 3. Модель электрического диода. Очевидно, что при несоблюдении полярности включения активного R-элемента (с встроенным датчиком тока) логика работы направленной части гибридного графа будет нарушена
Резюме: Если в гибридно-графовой модели используется пассивный R, L, C-элемент с встроенным датчиком тока или разности энергетических потенциалов, то следует соблюдать полярность его включения.
Понятие о датчике потенциала – w-элементе
Рис.
4
Напомним, что проводники, которым соединяют выводы R, L, C и E, J-элементов фактически являются шинами, содержащими две направленные связи. W-элемент является врезкой в такую шину и служит для снятия информации о передаваемых токе и энергетическом потенциале.
W-элемент не является абсолютно необходимым для гибридно-графовой модели. Альтернативно, получить информацию о разности потенциалов между любыми узлами схемы физической принципиальной можно восползовавшись приёмом снятия информации с R-элемента большого номинала подключенного к ним, но это приведет к увеличению количества неизвестных в модели.
Пример гибридно-графовой модели транзисторного усилителя с элементами инкапсуляции графов
На рисунке 5 показана гибридно-графовая модель транзисторного усилителя с общим эммитером и обратной связью по току. Бросается в глаза тот факт, что в данном случае, гибридно-графовая модель практически не отличается от схемы электрической принципиальной, что является приятным сюрпризом. Подобное возможно благодаря использованию инкапсуляции фрагментов модели. Справа на рисунке приведена субмодель биполярного транзистора, содержащая две субмодели полупроводникового диода (см. рис. 3 выше).
Рис.
5
Следует отметить, что серверы визуализации можно подключать не только к контрольным терминалам пограничных элементов, но и к любым математическим блокам направленной части гибридного графа. Это предоставляет пользователю неограниченные возможности в процессе отладки модели.
Выводы
Представленный способ создания моделей на базе интеграции направленных и ненаправленных графов сделает прозрачной для пользователя технологию мультидоменного физического моделирования.
Не представленные в статье, но проведенные на базе математического ядра K2.SimKernel эксперименты, свидетельствуют о нецелесообразности дальнейшей деинкапсуляции в отношении базовых R, L, C и E, J-элементов. Причина в том, что добавление каждого нового элемента в схему физическую принципиальную может сопровождаться перестройкой субмоделей части узлов схемы и сменой состояния логического флага в субмоделях R, L, C и E, J-элементов у части ветвей схемы. Отражение подобных динамических изменений в графическом интерфейсе нецелесообразно.