Операторный метод расчета переходных процессов в линейных цепях

Реферат

по курсу общая электротехника и электроника

На тему:

«Операторный метод расчета переходных процессов в линейных цепях »

Содержание

Введение

1. Применение преобразования Лапласа и его свойств к расчету переходных процессов

2. Переход от изображения к оригиналу. Формулы разложения

3. Законы цепей в операторной форме

4. Эквивалентные операторные схемы замещения

Список литературы

Введение

Электротехника - это наука о техническом (т.е. прикладном) использовании электрических и магнитных явлений. Большое значение электротехники заключается в том, что средствами электротехники

- эффективно получают и передают электроэнергию;

- решают вопросы

· передачи и преобразования сигналов и информации: звук человеческой речи преобразуют в электромагнитные колебания (телефон, радио);

· хранения информации (телеграф, радио, магнитная запись);

- выполняют математические операции: вычислительные машины с огромной скоростью выполняют любые математические операции, в том числе и решение сложных уравнений.

Теоретические основы электротехники заложены физикой (учением об электричестве и магнетизме) и математикой (методами описания и анализа электромагнитных явлений). Наряду с этом развитие электротехники привело к ряду новых физических понятий, новых формулировок физических законов, к развитию специальных математических методов, связанных с описанием и анализом типичных явлений, протекающих именно в электротехнических устройствах.

1 Применение преобразования Лапласа и его свойств к расчету переходных процессов

Этот метод основан на преобразовании Лапласа. Пусть f ( t ) – оригинал, а F ( p ) – изображение этого оригинала по Лапласу. Для сокращения применяют такие обозначения: f ( t ) F ( p ), F ( p )=

Прямое преобразование Лапласа определяется интегралом:

,

Для большого числа функций составлена таблица соответствия изображения и оригинала, кроме того, знание свойств преобразований Лапласа позволяет по небольшому числу выученных изображений находить широкий класс изображений функций.

Основными свойствами являются:

1. Свойство линейности

=, ,

2. ,

3. .

Последними двумя свойствами очень удобно решать дифференциальные уравнения.

Смещение аргумента:

- ,

- .

Свертка:

- .

Предельные соотношения

Они позволяют не находя всего оригинала по изображению найти значение оригинала при t =0 и t → ∞ .

и .

Если известно изображение, то можно перейти к оригиналу одним из трех способов:

1) взять обратное преобразование;

2) взять таблицу;

3) воспользоваться формулами разложения.

Изображение стандартных функций:

1) Ступенчатое воздействие

,

.

2) Дельта-импульс

,

.

Если ступенчатая функция и δ -импульс заданы в момент t ₁ , используя теорему смещения, получают:

,

.

3)

Пусть α= j ω , тогда:

,

с другой стороны по формулам Эйлера:

, .

Изображение синусоиды с нулевой начальной фазой:

,

.

2 Переход от изображения к оригиналу. Формулы разложения

Эти формулы позволяют найти оригинал, если изображение задано дробно-рациональной функцией:

Собственно формулу разложения можно применять только в том случае, когда высшая степень знаменателя выше высшей степени числителя. Если это не так, то сначала нужно поделить числитель на знаменатель, что и позволит привести F ( p ) к требуемому виду.

Пример:

,

.

Если m <n , то изображение записывают в виде: .

Характеристическое уравнение – выражение F ₂ ( p )=0 и, в зависимости от корней в оригинале, появляются соответствующего вида слагаемые, каждое из которых соответствует простейшей дроби.

Чтобы не искать коэффициенты дробей из систем уравнений, пользуются формулами разложения. Они имеют вид:

1) Каждому простому корню характеристического уравнения в оригинале, будет соответствовать слагаемое , где;

2) Среди корней есть пара комплексно сопряженных: , . Можно воспользоваться предыдущей формулой для каждого корня, но проверка показывает, что коэффициенты перед exp оказываются к.с.ч. и можно упростить процедуру, записывая ответ сразу для двух корней в виде: , где - корень с положительной мнимой частью.

Пример:

, ,

,

,.

3) Среди корней есть кратные или одинаковые, в этом случае для группы кратных корней получаются сложные выражения, но если таких корней всего два, им в оригинале будет соответствовать такая запись:

Пример:

,

Из примеров видно, что корню p _х =0