Xreferat.com » Рефераты по физике » Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях

border="0" />


Для расчёта переходной характеристики к заданной цепи подключают постоянный ЭДС (если входное воздействие – напряжение) или постоянный источник тока (если входное воздействие – ток) и рассчитывают заданный в качестве реакции переходный ток или напряжение. После этого делят полученный результат на величину источника.


Пример: найти h(t) для uc при входном воздействии в виде напряжения.


Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


1) Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,

2) Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,

3) Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях, Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


Пример: ту же задачу решить при входном воздействии в виде тока


Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


1) Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,

2) Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,

3) Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях, Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


Импульсная характеристика

Импульсная характеристика - g(t) – есть отношение реакции цепи на входное воздействие в виде дельта - функции к площади этого воздействия при условии, что до подключения воздействия в схеме не было ни токов, ни напряжений.

δ(t) – дельта-функция, дельта-импульс, единичный импульс, импульс Дирака, функция Дирака. Это есть функция:

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


Рассчитывать классическим методом g(t) крайне неудобно, но так как δ(t) формально является производной Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях, то найти её можно из соотношения g(t)=h(0)δ(t) + dh(t)/dt.

Для экспериментального определения этих характеристик приходится действовать приближённо, то есть создать точное требуемое воздействие невозможно.

На вход падают последовательность импульсов, похожих на прямоугольные:


Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


tф – длительность переднего фронта (время нарастания входного сигнала);

tи – длительность импульса;

К этим импульсам предъявляют определённые требования:

а) для переходной характеристики:


- tпаузы должно быть таким большим, чтобы к моменту прихода следующего импульса переходный процесс от окончания предыдущего импульса практически заканчивался;

- tи должно быть таким большим, чтобы переходный процесс, вызванный возникновением импульса, тоже практически успевал заканчиваться;

- tф должно быть как можно меньше (так, чтобы за tср состояние цепи практически не менялось);

- Xm должна быть с одной стороны такой большой, чтобы с помощью имеющейся аппаратуры можно было бы зарегистрировать реакцию цепи, а с другой: такой маленькой, чтобы исследуемая цепь сохраняла свои свойства. Если всё это так, регистрируют график реакции цепи и изменяют масштаб по оси ординат в Xm раз (Xm =5В, ординаты поделить на 5).

б) для импульсной характеристики:

tпаузы – требования такие же и к Xm – такие же, к tф требований нет (потому что даже сама длительность импульса tф должна быть такой малой, чтобы состояние цепи практически не менялось. Если всё это так, регистрируют реакцию и изменяют масштаб по оси ординат на площадь входного импульса Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях.


Итоги по классическому методу

Основным достоинством является физическая ясность всех используемых величин, что позволяет проверять ход решения с точки зрения физического смысла. В простых цепях удаётся очень легко получить ответ.

Недостатки: по мере возрастания сложности задачи быстро нарастает трудоёмкость решения, особенно на этапе расчёта начальных условий. Не все задачи удобно решать классическим методом (практически никто не ищет g(t), и у всех возникают проблемы при расчёте задач с особыми контурами и особыми сечениями).

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


До коммутации Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях, Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях.


Следовательно, по законам коммутации uc1(0) = 0 и uc2(0) = 0, но из схемы видно, что сразу после замыкания ключа: E= uc1(0)+uc2(0).

В таких задачах приходится применять особую процедуру поиска начальных условий.

Эти недостатки удаётся преодолеть в операторном методе.


6. Расчет реакции линейной цепи на входное воздействие произвольного вида с применением временных характеристик цепи


Раньше мы рассматривали два вида входного воздействия:

1) xвх= δ(t)-на входе будет импульсная характеристика g(t);

2) xвх= 1(t)-переходная характеристика h(t).

При произвольном заданном виде входного воздействия, в линейной цепи тоже можно найти реакцию. Для этого годятся и g(t) и h(t) и передаточная функция H(p), но в зависимости от формы входного сигнала, сложности цепи и того математического аппарата, которым располагаешь, более удобно будет применить какую-то одну из этих характеристик.

Рассмотрим применение переходной характеристики h(t):

1) На входе действуют прямоугольным импульсом

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


Воспользуемся принципом наложения и представим этот импульс в виде двух скачков Um1(t) и -Um1(t-tu).

Если нам известна переходная характеристика на h(t), то реакция на каждый скачок записывается очень просто Umh(t) и -Umh(t-tu) (h(t)=1-e-t/τ).

Вся реакция определяется сложением этих двух графиков.

Т.е. для 0≤t<tu Uвых(t)=Umh(t), t≥tu Uвых(t)=Umh(t)–Umh(t-tu).

2) Входной сигнал – функция, которая в некоторые моменты времени изменяется скачком, а между этими моментами постоянно.


Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


И в этом случае задача решается просто: раскладываем входной сигнал на совокупность скачков и записываем для каждого интервала времени свое выражение для реакции:


0≤t<10-3 xвых=5∙h(t)

10-3≤t<2∙10-3 xвых=5∙h(t)+10∙h(t-10-3)

t≥2∙10-3 xвых=5∙h(t)+10∙h(t -10-3) -18∙h(t -2∙10-3).


Все такие задачи решаются с помощью h(t).

1) Входной сигнал в некоторый момент времени имеет скачки, а между

этими моментами времени плавно изменяется по тому-то закону (или вообще плавно изменяется без скачков).


Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


Представим себе, что этот сложный сигнал приближенно м.б. составлен из нескольких скачкообразных воздействий (первое воздействие имеет амплитуду xвх(0) и возникает в момент t=0, второе воздействие возникает в некоторый момент t1 и имеет амплитуду xвх(t1)-xвх(0)=∆xвх(t1), третий сигнал поступает в момент t2 и имеет амплитуду ∆xвх(t2) и т.д.). Значит можно написать, что для некоторого момента t:


xвх(t)≈xвх(0)1(t)+∑∆xвх(tj)1(t-tj) (*).


В сумме учитывая все те ступеньки, которые возникли до нашего момента времени t. Если ступеньки брать помельче, выражение будет получаться поточнее, но все равно приближенно. Получим теперь точное выражение. В нашем случае:


xвых(t)≈xвх(0)h(t)+∑∆xвх(tj)∙h(t-tj) (**).


Известно, что ∆xвх(tj)/∆tj≈x(tj) и тогда (**) перепишется xвых(t)≈xвх(0)∙h(t)+∑xвх′(tj)∆tjh(t-tj). Уменьшая ∆tj до dtj вместо суммы получим интеграл: (для удобства записи tj→λ)


Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


Если бы функция имела скачки не только в момент 0, но и в какие-то другие моменты. Пришлось бы для каждого интервала времени в котором функция непрерывна, записывать свои выражения отличающиеся друг от друга наличием реакции на скачки случившиеся до рассмотрения момента времени t.

Пример: Есть h(t)=0,5e-500t. Надо найти реакцию цепи на входное воздействие.


Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


Описывает входное воздействие аналитически. В нашем случае можно считать, что в интервале от 0 до 10-3 Uвх1(t)=a+b∙t:

30=10+b∙10-3; a=10; b=2∙104.

Uвх2(t)=15+A∙e-t/τ ; τ=8∙10-4 ; t/τ=10-3/8∙10-4 ;

Uвх2(t=10-3)=5=15+A∙e-1,25; A≈-30.


Теперь для каждого интервала времени записываем свое выражение:


0≤t<10-3

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепяхКлассический метод расчета переходных процессов в линейных цепях.


Берем интеграл, приводим подобные члены, строим графики. Но в рамках курса ТОЭ РГРТУ требуется ответ до состояния


t≥10-3

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепяхКлассический метод расчета переходных процессов в линейных цепях

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


Применение импульсных характеристик


Известно, что


1) g(t)= Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях-1{H(p)},

2) xвых(p)=xвх(p)H(p),

3) Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепяхКлассический метод расчета переходных процессов в линейных цепях=Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,

Пусть Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях, Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,

тогда Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях=Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях-1Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях=Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


Фактически это есть другая форма интеграла Дюамеля, которая может быть получена используя связь g(t) и h(t). Порядок применения получения выражения такой же, но при численном нахождении интеграла удобней использовать собственно интеграл Дюамеля.


Применение передаточной функции

Если известно H(p) и xвх(t), можно записать изображение xвх(p), вычислить xвых(p)=H(p)xвх(p) и перейти к оригиналу.

Особенно удобно применять H(p)тогда, когда xвх(t) имеет простой вид, позволяющий легко записать изображение xвх(p) либо сразу для всего сигнала, либо разложение его на более простые компоненты и воспользовавшись принципом положения.

Например:


xвх(t)=10e-100t

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях, Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях, Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях, Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях, Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях


Этот входной сигнал можно представить в виде совокупности двух более простых. Тогда

1) Для 0 ≤t<10-2


Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях,


2) Для t≥10-2, t<2∙10-2

Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях

3) Классический метод расчета переходных процессов в линейных цепях.


Теперь умножая на H(p) находим изображающие реакции и затем переходим к оригиналу.

Список используемых источников


1. Основы теории цепей. Учебник для вузов./ Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов.-5-е изд. перераб.-М.: Энергоатомиздат, 1989. 528 с.

2. В.П. Попов. Основы теории цепей. Учебник для вузов. -М.: Высшая школа, 1985. 496 с.

3. Теория электрических цепей: Методические указания к лабораторным работам / Рязан. гос. радиотехн. акад.; Сост.: С.М. Милюков, В.П. Рынин; Под ред. В.П. Рынина. Рязань, 2002. 16 с.,2004. 20 с. (№3282, №3624)

4. Электротехника и электроника: Методические указания к расчетно-графической работе / Рязан. гос. радиотехн. акад.; Сост. Г.В. Спивакова. Рязань, 2005. 16 с. (№3665)

5. М.Р. Шебес. Теория линейных электрических цепей в упражнениях и задачах. М.: Высшая школа, 1990. 528 с.

6. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Нелинейные цепи: Учеб. для электротехн. спец. вузов. –2-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1986. –352 с.

7. Каплянский А.Е. и др. Теоретические основы электротехники. Изд. 2-е. Учеб. пособие для электротехнических и энергетических специальностей вузов. –М.: Высш. шк., 1972. -448 с.

8. Теоретические основы электротехники. Т. 1. Основы теории линейных цепей. Под ред. П.А. Ионкина. Учебник для электротехн. вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1976. –544 с.

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: