Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

LabRab-2

.DOC
Скачиваний:
11
Добавлен:
16.12.2014
Размер:
352.77 Кб
Скачать
М инистерство образования и науки Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

АНАЛИЗ СИСТЕМ АНАЛОГОВОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

по курсу “Аналоговое и дискретное

моделирование физических систем”

для студентов специальности 220400

всех форм обучения

Одобрено

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Саратов 2004

1. Введение

Целью лабораторной работы является изучение различных методов анализа систем с обратными связями, используемых в аналоговой вычислительной технике.

На приведенных ниже схемах даны характеристики некоторых простых систем, представляющих собой повторитель, аттенюатор, вычитающий сумматор, инвертируемые и не инвертируемые усилители, интеграторы, сумматоры, дифференцирующие устройства, а также несколько усложненных схем с разнообразными комбинациями положительных и обратных связей [1,2]. Условно схемы разбиты на «простые» (для них известны характеристики A, B, C, D) и «сложные» (известны характеристики A, B, C, E).

2. Задание

Известны следующие характеристики системы:

  1. Аналитическое уравнение «вход-выход».

  2. Реакция на ступенчатую единичную функцию.

  3. Диаграмма полюсов и нулей и системная функция.

  4. Для «простых» систем – электронная схема на активных элементах (идеальных операционных усилителях), являющаяся физической реализацией структурной схемы.

  5. Для «сложных» систем – структурная схема на сумматорах, усилителях и интеграторах.

Необходимо на основе быстрого качественно анализа по одной характеристике, находить остальные, определять устойчивость или неустойчивость системы и вид обратных связей. Конкретные задания даны в разделе 4. Вопросы.

А. Аналитические уравнения вход-выход.

1)

7)

13)

19)

2)

8)

14)

20)

3)

9)

15)

21)

4)

10)

16)

22)

5)

11)

17)

23)

6)

12)

18)

24)

B. Реакция системы на ступенчатое воздействие

x=1 при и x=0 при (если два сигнала х1 и х2, то х12)

На графиках показана зависимость реакций y(t) от времени t.

C. Системные функции и ее полюсы и нули

На графиках ось абсцисс - действительная ось, ось ординат – мнимая ось.

D. Схемы на операционных усилителях « простых» систем

(везде R=1,C=1, L=1)

Y

Y

Y

E. Структурные схемы с обратными связями «сложных» систем

Некоторые соотношения:

уравнения, корни уравнений, собственная реакция

3. Рекомендации

Для простых систем связь между уравнениями, вида y(t), H(p) и диаграммой полюсов и нулей очевидна. Также легко угадывается название. Сложность может представить схемы из идеальных операционных усилителей (ИОУ) (подробнее: [3], главы 1 и 2).

ИОУ является одним из основных элементов микросхем современной аналоговой радиоэлектроники благодаря своей универсальности. Не смотря на сложное устройство (не менее 9 транзисторов) и сложное определение (это дифференциальный усилитель с бесконечно большим коэффициентом усиления, представляющим собой идеальный источник напряжения управляемый напряжением) анализ схем с ИОУ сравнительно простой.

Необходимо учитывать, что напряжения на входных клеммах и равны между собой и что клеммы и внутри усилителя разомкнуты.

Например, схема x y соответствует уравнению .

ИОУ применяется с петлей отрицательной обратной связи.

Проанализируем самую сложную первую схему.

x y

Пусть напряжение на клеммахиравно U, тогда ; . С учетом , .

Далее , , при , .

Следовательно, или - интегратор. Для остальных схем анализ проще, т.к. в большинстве случаев потенциал на клеммах и равен нулю.

Для «сложных» схем систем анализ также прост, т.к. в отличие от лабораторной работы №1 [4] здесь отсутствует электрические схемы и зависимости амплитуды от частоты. Приводимые в начале соотношения позволяют быстро сопоставить все характеристики «сложных» систем.

4. Вопросы

  1. Найти все характеристики усилителей (A,B,C,D), в том числе и с инверсией.

  2. Найти все характеристики интеграторов(A,B,C,D).

  3. Найти все характеристики дифференцирующего устройства (A,B,C,D), в том числе и с инверсией.

  4. Найти все характеристики сумматоров (A,B,C,D) , в том числе и с инверсией, а также вычитающих сумматоров.

  5. Выбрать одну устойчивую и одну неустойчивую систему с одной петлей обратной связи. Определить их характеристики (A,B,C,Е) и вид стимулов, которые будут доминировать под собственной реакцией.

  6. Выбрать системы с положительной и отрицательной вязью одновременно. Найти их характеристики (A,B,C,Е) и сравнить их между собой. Определить их устойчивость.

  7. Выбрать системы с двумя положительными и двумя обратными связями. Определить их характеристики (A,B,C,Е). Найти стимулы, при которых собственная реакция систем будет доминировать над вынужденной реакцией.

Кроме вышеперечисленных вопросов задание может быть следующим: по одной из характеристик и ее конкретному виду (например, D1) найти все остальные характеристики.

Для простых систем обосновать целесообразность или необходимость применения активных элементов (можно или нельзя на пассивных элементах?)

Для сложных систем проанализировать обратные связи (положительные, отрицательные) и их влияние на устойчивость системы. Выяснить какое должно быть стимулирующее воздействие, чтобы реакция определялась в основном:

  1. свойствами самой системы,

  2. видом входного сигнала.

5. Форма отчетности.

Отчет должен содержать следующие разделы:

  • Задание с указанием вида характеристики и её конкретный вид (например, «схемы усилителей» или «характеристика D1»).

  • Ответ с указанием вида других характеристик (например, A1, B1, C1).

  • Пояснения к решению задания (см. раздел 3 и 4 настоящего пособия).

  • Выводы об устойчивости системы.

Литература.

  1. Сиберт У.М. Цепи, сигналы, системы. Ч.1: Пер. с англ. М.: Мир, 1988. 336 с.

  2. Терентьев А.А. Аналоговое моделирование физических систем. Саратов. СГТУ. 2002. 104 с.

  3. Старыгин В.В., Щарев Л.С. Основы вычислительной, микропроцессорной техники и программирования. М.: Высшая школа.1989. 480 с.

  4. Терентьев А.А. Анализ и синтез непрерывных систем (методические указания). Саратов СГТУ.2000. 20с.

АНАЛИЗ СИСТЕМ

АНАЛОГОВОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

Составил: ТЕРЕНТЬЕВ Александр Александрович

Рецензент: А. И. Сайкин

Редактор: Л.А. Мишина

Лицензия ЛР № 020271 от 12.11.91

Подписано в печать

Формат 60х84 1-16

Бум. оберт.

Усл.-печ. л.

Уч.-изд. л.

Тираж 100 экз.

Заказ Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Ротапринт СГТУ, 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77

10

Соседние файлы в предмете Аналоговое моделирование