Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Dynamic_System_Modeling_and_Control.pdf
Скачиваний:
19
Добавлен:
23.03.2016
Размер:
5.61 Mб
Скачать

circuits - 7.38

b)Put the differential equation in state variable form and a numerical method to produce a detailed sketch of the output voltage Vo. Assume the system starts at rest, and the input is Vi=5V.

14.

a)Write the differential equations for the system pictured below.

b)Put the equations in state variable form.

c)Use numerical methods to find the ratio between input and output voltages for a range of frequencies. The general method is put in a voltage such as Vi=1sin(___t), and see what the magnitude of the output is. Divide the magnitude of the output sine wave by the input magnitude. Note: This should act as a high pass or low pass filter.

d)Plot a graph of gain against the frequency of the input.

 

 

 

 

 

R1

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

Vo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C=1uF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1=1K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2=1K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.10 PRACTICE PROBLEM SOLUTIONS

1.

Rparallel

=

R1R2

Rseries

=

R1 + R2

------------------

 

 

R1 + R2

 

 

 

Cseries

=

C1C2

Cparallel

=

C1 + C2

------------------

 

 

C1 + C2

 

 

 

Lparallel

=

L1L2

Lseries

=

L1 + L2

-----------------

 

 

L1 + L2

 

 

 

circuits - 7.39

2.

Vo

-----

Vi

3.

4.

5.

6.

7.

 

1

=

5--

··

· R

+ V

 

1

 

= V

 

1

 

V

 

+ V

--

 

-------

 

 

-------

 

 

o

 

o L

 

o LC

 

i LC

a)

··

·

 

1

+ V

 

1

 

= V

 

1

 

V

o

+ V

o

-------

o

-------

 

i

-------

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LC

 

 

 

 

 

 

RC

 

 

 

 

LC

 

 

 

 

b)

·

= Xo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

·

 

= X

 

 

–1

 

+ V

 

 

–1

 

+ V

 

1

 

 

X

o

o

-------

 

o

-------

i

-------

 

 

 

 

 

RC

 

 

 

 

 

LC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LC

 

 

 

··

· 1

 

1

1

·

1

 

Vo

+ Vo CR---------

1

+ CR---------

+ Vo LC-------

= Vi CR---------

 

 

 

2

 

 

1

 

··

·

R2R3C + L

 

R 2

 

Vo

+ Vo LC------------------------------( R

2

+ R )

+ Vo LC------------------------------( R

2

+ R )

 

 

 

3

 

 

3

· R2R3

 

= Vi L--------------------------( R

2

+ R )

 

 

3

a)

··

 

· 1

+

1

 

 

1

· 1

 

Vo

+ Vo

CR---------1

---------

 

+ Vo

-------

= Vi

CR---------1

 

 

 

 

 

 

CR2

 

LC

 

 

b)

ω n

=

 

1

 

 

 

ζ =

L( R1 + R2)

 

LC-------

 

 

 

2 ------

CR---------------1R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

circuits - 7.40

8.

(a.

(b.

Sum currents at node Vo

 

 

 

 

 

 

 

IVo = (---------------------Vo Vi)

+

( Vo) DC +

(----------Vo)

= 0

DL

 

 

 

 

R

 

 

 

 

2

 

VoDL

 

 

Vo Vi + VoD

LC +

-------------R

= 0

 

1

 

 

1

 

 

1

Vo'' + Vo'

-------

 

+ Vo

-------

= Vi

-------

 

CR

 

LC

 

 

LC

··

·

1

 

1

 

1

Vo

+ Vo

CR-------

 

+ Vo

-------

= Vi

-------

 

 

 

 

LC

 

LC

circuits - 7.41

(c.

 

··

 

 

 

·

L

+ V

 

= V

 

 

··

( 10

–2

10

–6

 

·

 

10–2

+ V

 

 

= 10

 

V

 

( LC) + V

--

 

 

 

V

 

 

 

 

) + V

 

----------

 

 

 

 

 

o

 

 

 

 

o R

 

 

o

 

i

 

 

o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o 103

 

o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

··

 

 

–8

 

 

 

 

·

 

–5

= 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vo(

10

) + Vo( 10

 

 

) + Vo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

··

 

 

·

 

 

 

3

 

 

 

8

 

 

9

)

 

 

homogeneous;

 

 

 

 

 

 

Vo

 

+ Vo

( 10

) + Vo( 10 ) = ( 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A2eAt + AeAt( 103) + eAt( 108) = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

2

 

 

3

(

 

8

= 0

 

– 103 ±

 

 

( 103) 2

– 4( 108)

 

 

 

 

9987j

 

 

 

 

 

+ A( 10 ) +

10 )

A = ------------------------------------------------------------- = – 500 ±

 

 

 

 

 

 

 

 

e–500t cos ( 9987t + C )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

h

= C

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

particular;

 

guess

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vp = A

 

 

 

 

( 0) + ( 0) ( 103) + ( A) ( 108) = ( 109)

A = 10

 

 

 

 

 

Vp

= 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

for initial conditions,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

o

= C

1

e–500t cos ( 9987t + C )

+ 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

for t=0, Vo=2V

 

 

 

2 = C1e–500( 0) cos ( 9987( 0) + C2)

+ 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–8 = C1 cos ( C2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1)

 

 

 

 

 

 

 

·

= –500C1e

–500t

cos ( 9987t + C2)

 

– 9987C1e

–500t

sin ( 9987t + C2)

 

 

 

 

 

Vo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

for t=0, d/dt Vo=3V

 

3 = –500C1 cos ( C2)

– 9987C1 sin ( C2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 = –500C1 cos ( C2)

– 9987C1 sin ( C2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 =

– 4000 – 9987

 

 

–8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

------------------- sin ( C )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos ( C )

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin ( C2)

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–3997

 

 

= tan ( C2)

 

C2 =

–0.050

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

------------------- =

 

-------------------

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8( 9987)

 

 

cos (

C2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1

=

–8

 

=

–8.01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-------------------

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos (

C2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

o

= –8.01e–500t cos ( 9987t – 0.050)

+ 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

circuits - 7.42

9.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a)

 

 

 

 

 

V

 

 

 

·

( R

 

C) + V

R1

= 0

 

 

 

 

 

 

 

+ V

1

-----

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

i

 

 

 

 

 

o R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

b)

 

 

 

 

 

V

 

 

=

 

 

·

( –CR ) + V

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

--------

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o

 

 

 

i

 

 

 

 

2

 

i R

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vo

=

 

 

 

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-----

---------------------------------

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vi

 

R1 + DR1R2C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

V

 

=

 

·

 

L

 

+ V

 

 

 

 

 

 

V

 

-----

 

 

 

--------

 

 

 

 

 

 

o

 

 

 

i

R

1

 

 

 

 

 

i

R

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

·

 

+ V

R2

 

=

·

 

R2

 

 

 

 

V

 

 

 

-----

 

 

V

i

--------

 

 

 

 

 

o

 

 

o L

 

 

 

 

 

 

R

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13.

(a.

Create a node between the inductor and resistor Va, and use the node voltage method

IVA

IV

=

( VA Vi)

 

( VA V)

= 0

 

V= V +

= 0V

---------------------0.001D +

-------------------------1000

 

 

 

1000000( VA

Vi) + VAD = 0

 

XXXXADD UNITSXXXXX

 

 

 

 

1000000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VA = Vi

-------------------------------

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1000000 + D

 

 

 

 

 

=

(-------------------------V

VA)

+ (------------------------V Vo)

+ ( V

V ) ( 0.000001D)

= 0

 

1000

 

1000

 

 

o

 

 

 

+ ( –Vo)

 

 

 

-----------( –1) V

 

-------------------------------

 

1000000

+ ( –V ) ( 0.000001D) = 0

1000

i

 

 

 

 

 

1000

 

o

 

 

1000000 + D

 

 

 

 

Vo( – 1 – 0.001D)

 

1000000

= Vi

-------------------------------

 

 

1000000 + D

Vo( – 1000000 – D – 1000D – 0.001D2) = 1000000Vi Vo''( –10–9) + Vo'( –1.001( 10–3) ) + Vo( –1) = Vi

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]