- •Краткая теория и примеры
- •1.2. Мощность в линейных электрических цепях с периодическими негармоническими напряжениями и токами
- •Порядок расчета линейной цепи с несинусоидальными сигналами
- •Входное напряжение:
- •1. Классический метод расчета переходных процессов
- •2. Расчет переходных процессов методом переменных состояния
2. Расчет переходных процессов методом переменных состояния
Отметим следующие свойства переменных состояния:
1.
В качестве переменных состояния в
электрических цепях следует выбирать
токи
в индуктивностях и напряжения
на емкостях.
2. Дифференциальные уравнения цепи относительно переменных состояния записываются в канонической форме, т.е. представляются решенными относительно первых производных переменных состояния по времени.
3. Число переменных состояния равно порядку системы дифференциальных уравнений исследуемой электрической цепи.
4.
Выбор в качестве переменных состояния
токов
и напряжений
удобен еще и потому, что именно эти
величины согласно законам коммутации
в момент коммутации не изменяются
скачком.
5.
Переменные состояния
и
потому так и называются, что в каждый
момент времени задают энергетическое
состояние электрической цепи, так как
последнее определяется суммой выражений
и
.
6. Представление уравнений в канонической форме очень удобно при их решении с помощью персонального компьютера и необходимого пакета прикладных программ. Алгоритм составления этих уравнений для любой электрической цепи следующий. Сначала записывают уравнения по законам Кирхгофа, а затем выбирают переменные состояния и путем дифференцирования исходных уравнений и исключения других переменных получаются уравнения метода переменных состояния. При наличии опыта можно ускорит составление этих уравнений.
В настоящее время широкое распространение получили специальные компьютерные математические системы Eureka, Merkury, MatLAB, Mathematica и другие, среди которых наиболее популярна система MathCAD.
Численные
методы анализа переходных процессов
основаны на методах приближенного
интегрирования систем дифференциальных
уравнений. Приближенное интегрирование
производится путем разбиения промежутка
времени, в пределах которого требуется
получить решение, на малые интервалы
времени
,
называемые шагом интегрирования.
Интегрирование осуществляется
последовательно на каждом интервале и
расчет ведется шаг за шагом, начиная с
момента
.
Существует большое число различных
формул численного интегрирования
дифференциальных уравнений.
Итак,
составим систему уравнений по законам
Кирхгофа для схемы предыдущего примера
рис. б без индекса
.
.
После преобразований получим систему дифференциальных уравнений в канонической форме:

Ниже приводится фрагмент решения с помощью программы Mathcad.
,
где:
.
Ниже
приводится график изменения тока
переходного режима

Для
сравнения приводится график тока
переходного режима, полученного
классическим методом


