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微分方程是描述系统动态特性的基本数学模型。本文讨论微分方程的建立过程与非线性方程线性化问题同通过simulink仿真一个RLC电路例子加以说明。
一、微分方程的建立
微分方程的建立步骤如下:
1、根据具体情况,确定系统或元部件的输入、输出变量。
2、依据各元部件输入、输出变量所遵循的基本定律,列写微分方程组。
3、消去中间变量,求出仅含输入输出变量的系统微分方程。
4、将微分方程整理成规范形式,即将输出变量及其各阶导数项放在等号的左边,输入变量及其各阶导数放在等号右边,分别按降序排列。
二、非线性方程线性化
一般来说,大多数的实际系统都存在一定的非线性,但非线性系统的微分方程并没有通用的求解方法,因此将非线性方程线性化对于解决实际问题具有十分重要的意义。进行线性化的主要思想是:在预期工作点(通常是稳定状态点)附近,用通过该点的切线代替近似代替原来的曲线。常用到的数学方法是在该工作点附近进行泰勒级数展开。
值得注意的是,并不是所有的非线性微分方程都能线性化,如像继电器特性这种本质非线性系统,在数学上不连续,也就不可导,即不满足泰勒展开条件。
线性化的条件有以下两点:
(1)信号在工作点附近变化微量。
(2)信号在工作点附近能满足泰勒展开条件。
三、RLC电路simulink仿真
典型例子
由基尔霍夫定律建立微分方程
带入参数得
令输入为阶跃信号,利用拉式变换与反变换可求得电容两端电压随时间的响应:
建立simulink仿真
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梅森增益公式:G(s)=Σ(Ρκ*△κ)╱△。式中:G(s)——系统总传递函数;n——是前向通道数;Ρκ——第k条前向通路的传递函数,由输入端单向传递至输出端的信号通道称为前向通道;△——流图的特征式△=1-ΣLi+ΣLjLk-ΣLiLjLk。其中,Li——所有不同回路的传递函数之和;LjLk——所有两两不接触的回路传递函数乘积之和(注:三个回路两两不接触不代表这三个回路互不接触);LiLjLk——所有三个互不接触回路传递函数乘积之和;△κ——第k条前向通路特征式的余因子,即对于流图的特征式△,将与第k条前向通路相接触的回路。传递函数代以零值,余下的即为△κ。回路传递函数是指反馈回路的前向通道和反馈通道传递函数的乘积,包含反馈极性的正、负号。2023-07-05 15:32:002
梅森公式什么时候不能用
对于一个确定的信号流图或方框图,应用梅森公式可以直接求得输入变量到输出变量的系统传递函数。梅森公式可表示为:G(s)=Σ(Ρκ*△κ)╱△式中G(s)=——系统总传递函数;n——是前向通道数;Ρκ——第k条前向通路的传递函数,由输入端单向传递至输出端的信号通道称为前向通道;△——流图的特征式△=1-ΣLi+ΣLjLk-ΣLiLjLk。其中Li——所有不同回路的传递函数之和;LjLk——所有两两不接触的回路传递函数乘积之和(注:三个回路两两不接触不代表这三个回路互不接触);LiLjLk——所有三个互不接触回路传递函数乘积之和;△κ——第k条前向通路特征式的余因子,即对于流图的特征式△,将与第k条前向通路相接触的回路传递函数代以零值,余下的即为△κ。回路传递函数是指反馈回路的前向通道和反馈通道传递函数的乘积,包含反馈极性的正、负号。注意事项(1)n条前向通道数是指从输入信号至输出信号前向通道的总数,不要漏掉,不要重复,也不要错划。注意信号传递的单向性。(2)单独回路数和互不接触回路数不要漏掉,亦不要重复。△和△κ应计算无误。(3)反馈的极性应体现在传递函数的正负上,一定要注意符号。(4)梅森公式只能用于输入节点与输出节点之间。下面通过求图3.48f所示二级电路网络信号流图的传递函数来说明梅森公式的用法。这个系统中,输入变量与输出变量之间只有一条前向通道,其传递函数为信号流图里有三个不同回路,它们的传递函数分别为回路、不接触回路(回路、接触回路,并且回路、接触回路)。因此,流图特征式为(3.79)。从中将与通道接触的回路传递函数和都代以零值,即可获得余因子。因此,得到(3.80)。所以将式(3.79)和式(3.80)代入式(3.78)便可得到二级电路网络的系统传递2023-07-05 15:32:071
梅森公式的公式介绍
对于一个确定的信号流图或方框图,应用梅森公式可以直接求得输入变量到输出变量的系统传递函数。梅森公式可表示为G(s)=Σ(Ρκ*△κ)╱△式中 G(s)= ——系统总传递函数;n——是前向通道数;Ρκ——第k条前向通路的传递函数,由输入端单向传递至输出端的信号通道称为前向通道;△——流图的特征式△=1-ΣLi+ΣLjLk-ΣLiLjLk其中Li——所有不同回路的传递函数之和;LjLk——所有两两不接触的回路传递函数乘积之和(注:三个回路两两不接触不代表这三个回路互不接触);LiLjLk——所有三个互不接触回路传递函数乘积之和;△κ——第k条前向通路特征式的余因子,即对于流图的特征式△,将与第k条前向通路相接触的回路传递函数代以零值,余下的即为△κ。回路传递函数是指反馈回路的前向通道和反馈通道传递函数的乘积,包含反馈极性的正、负号。2023-07-05 15:32:151
什么是梅森公式?
梅森公式 对于一个确定的信号流图或方框图,应用梅森公式可以直接求得输入变量到输出变量的系统传递函数。梅森公式可表示为 G(s)=Σ(Ρκ*△κ)╱△ 式中G(s)= ——系统总传递函数; Ρκ——第k条前向通路的传...2023-07-05 15:32:281
梅森公式和结构图化简结果一样吗
梅森公式和结构图化简结果一样梅森公式是用于求传递函数的。应用梅森公式将大大简化结构变换的计算,但当系统结构比较复杂时,很容易判断错误前向通道、回路、余子式的数目,因此常常将梅森公式和结构图变换结合起来用。也经常用两种方法互相验算。2023-07-05 15:32:352
梅森公式中每两个不接触的回路包括每三个不接触的回路吗?
是包含于,你理解的有点偏差,举个例子如果有三个互不接触的回路,取两个不接触的回路应有三项,取三个互不接触回路就一项。具体的应该是这样:梅森公式G(s)=Σ(Ρκ*△κ)╱△ G(s)= --系统总传递函数;n--是前向通道数;Ρκ--第k条前向通路的传递函数,由输入端单向传递至输出端的信号通道称为前向通道;△--流图的特征式△=1-ΣLi+ΣLjLk-ΣLiLjLk+······Li--所有单独回路的增益之和;LjLk--所有互不接触的单独回路中,取其中两个不接触的回路增益乘积之和;LiLjLk--所有互不接触的单独回路中,取三个互不接触回路增益之和;△κ--第k条前向通路特征式的余因子,即对于流图的特征式△,将与第k条前向通路相接触的回路增益代以零值,余下的即为△κ。对于复杂的结构,理论上有很多项,但实际上△就取到前两三项。2023-07-05 15:32:421
梅森公式的注意事项
(1)n条前向通道数是指从输入信号至输出信号前向通道的总数,不要漏掉,不要重复,也不要错划。注意信号传递的单向性。(2)单独回路数和互不接触回路数不要漏掉,亦不要重复。△和△κ应计算无误。(3)反馈的极性应体现在传递函数的正负上,一定要注意符号。(4)梅森公式只能用于输入节点与输出节点之间。下面通过求图3.48f所示二级 电路网络信号流图的传递函数来说明梅森公式的用法。这个系统中,输入变量与输出变量之间只有一条前向通道,其传递函数为信号流图里有三个不同回路,它们的传递函数分别为回路 不接触回路 (回路 接触回路 ,并且回路 接触回路 )。因此,流图特征式为(3.79)从中将与通道接触的回路传递函数和都代以零值,即可获得余因子 。因此,得到(3.80)所以将式(3.79)和式(3.80)代入式(3.78)便可得到二级电路网络的系统传递函数。2023-07-05 15:32:491
梅森公式余因子式怎么求
1、将给定的大于2的数n表示为2的幂乘积:n=2^a*m,其中m为奇数。2、依据梅森公式,计算余因子式:f(n)=(2^(a-1))*(2^(a-1)+1)。3、将余因子式乘上m:f(n)*m=(2^(a-1))*(2^(a-1)+1)*m。4、由于m是奇数,最终可得到余因子式的值:f(n)*m=2^a*m-1。2023-07-05 15:33:011
梅森公式使用有条件限制吗
1)n条前向通道数是指从输入信号至输出信号前向通道的总数,不要漏掉,不要重复,也不要错划。注意信号传递的单向性。(2)单独回路数和互不接触回路数不要漏掉,亦不要重复。△和△κ应计算无误。(3)反馈的极性应体现在传递函数的正负上,一定要注意符号。(4)梅森公式只能用于输入节点与输出节点之间。2023-07-05 15:33:081
梅森公式中每两个不接触的回路包括每三个不接触的回路吗
是包含于,你理解的有点偏差,举个例子如果有三个互不接触的回路,取两个不接触的回路应有三项,取三个互不接触回路就一项。具体的应该是这样:梅森公式G(s)=Σ(Ρκ*△κ)╱△ G(s)= ——系统总传递函数;n——是前向通道数;Ρκ——第k条前向通路的传递函数,由输入端单向传递至输出端的信号通道称为前向通道;△——流图的特征式△=1-ΣLi+ΣLjLk-ΣLiLjLk+······Li——所有单独回路的增益之和;LjLk——所有互不接触的单独回路中,取其中两个不接触的回路增益乘积之和;LiLjLk——所有互不接触的单独回路中,取三个互不接触回路增益之和;△κ——第k条前向通路特征式的余因子,即对于流图的特征式△,将与第k条前向通路相接触的回路增益代以零值,余下的即为△κ。对于复杂的结构,理论上有很多项,但实际上△就取到前两三项。2023-07-05 15:33:161
梅森公式中每两个不接触的回路包括每三个不接触的回路吗
是包含于,你理解的有点偏差,举个例子如果有三个互不接触的回路,取两个不接触的回路应有三项,取三个互不接触回路就一项。具体的应该是这样:梅森公式G(s)=Σ(Ρκ*△κ)╱△ G(s)= ——系统总传递函数;n——是前向通道数;Ρκ——第k条前向通路的传递函数,由输入端单向传递至输出端的信号通道称为前向通道;△——流图的特征式△=1-ΣLi+ΣLjLk-ΣLiLjLk+······Li——所有单独回路的增益之和;LjLk——所有互不接触的单独回路中,取其中两个不接触的回路增益乘积之和;LiLjLk——所有互不接触的单独回路中,取三个互不接触回路增益之和;△κ——第k条前向通路特征式的余因子,即对于流图的特征式△,将与第k条前向通路相接触的回路增益代以零值,余下的即为△κ。对于复杂的结构,理论上有很多项,但实际上△就取到前两三项。2023-07-05 15:33:351
用梅森公式时,如果两两不接触的回路一个是正反馈一个是负反馈怎么办?
1)n条前向通道数是指从输入信号至输出信号前向通道的总数,不要漏掉,不要重复,也不要错划。注意信号传递的单向性。(2)单独回路数和互不接触回路数不要漏掉,亦不要重复。△和△κ应计算无误。(3)反馈的极性应体现在传递函数的正负上,一定要注意符号。(4)梅森公式只能用于输入节点与输出节点之间。下面通过求图3.48f所示二级 电路网络信号流图的传递函数来说明梅森公式的用法。这个系统中,输入变量与输出变量之间只有一条前向通道,其传递函数为信号流图里有三个不同回路,它们的传递函数分别为回路 不接触回路 (回路 接触回路 ,并且回路 接触回路 )。因此,流图特征式为(3.79)从中将与通道接触的回路传递函数和都代以零值,即可获得余因子 。因此,得到(3.80)所以将式(3.79)和式(3.80)代入式(3.78)便可得到二级电路网络的系统传递函数。回答于 2016-05-242023-07-05 15:33:421
z变换可以用梅森公式吗
可以1. Z变换的导出:① 通过DTFT(离散时间傅里叶变换)出发(略)② 通过拉普拉斯变换出发(略)③ Z反变换的导出(略)2. Z变换收敛域(Z变换的条件)(公式在这里省略)Z变换对、Z变换的收敛域、使X(z)存在的z的范围,即|z|=r的取值范围。拉普拉斯变换对的收敛域:σ的取值范围。3. Z变换的收敛域(Z变换的条件)Z变换的收敛域:使X(z)存在z的范围,即|z|=r的取值范围。拉普拉斯变换的收敛域:σ的取值范围。|z|=r=exp(σT)单边指数序列x(n)=a^n u(n)的Z变换总存在,但a>1的=时,离散时间傅里叶变换不存在。x(n)=a^n u(n)的Z变换:存在一个零点,z=0;一个极点,z=a;极点位于收敛域外。左边信号(连续)拉氏变换的收敛域为左半平面(在所有极点左侧)左边序列的收敛域:以原点为圆心,r最小的极点为半径的圆内区域,所有的极点都在圆外。右边信号(连续) 拉氏变换的收敛域为右半平面(在所有极点右侧)右边序列的收敛域:以原点为圆心,r最小的极点为半径的圆外区域,所有的极点都在圆内。不同序列的Z变换表达式可能完全相同,但是收敛域不同。如果左边序列和右边序列的收敛域的交集为空,x(n)的Z变换不存在。2023-07-05 15:33:491
自动控制原理,梅森公式解答,如图,L3和L1为什么不是互不接触回路
L1 和 L3 分别是直线上方的两个波峰,明显没接触啊2023-07-05 15:33:594
梅逊公式求的是开环还是闭环
闭环。开环之间求,开环比比环相对简单2023-07-05 15:34:061