动态电路理论 之 “状态方程理论及其应用”


(一)状态方程的列写

1. 一般常态网络状态方程

①找储能元件, C压L流替代定理, 重画电路图

②标注储能元件的状态量(电容电流电感电压)

③画每个电源单独作用的电路图

④使用叠加定理求状态量:

    ❶求各图各状态量的分量

    ❷将各状态量在各图中的值求和

⑤储能惯性*状态量变化率  =  状态量

⑥列出状态方程的联立表达式

⑦将表达式写成矩阵形式


2. 含有互感的电路列写状态方程

①将电感电压, 写成自感电压+互感电压

②按一般电路状态方程列写方法:

    替代定理+叠加定理,求电感电压表达式

③电感电压表达式, 线性变换成状态量表达式

④电容电压状态量表达式正常处理

⑤所有状态量表达式写成矩阵形式


3. 含病态网络的电路

    基本思路: 将病态网络中任选一个状态量解耦,作为从动变量,其他状态量按常态电路求解。

①挑出局部病态网络

    (电容电压源回路, 电感电流源割集)

②在病态网络中任取一支路解耦,不看做状态量   

  (取电路图外围的支路更方便计算)

③其他状态量按照常态网络进行求解


(二)根据状态方程导出微分方程(二阶方便)

①二阶状态方程中, 提取一阶方程❶和❷

②其中对状态量方程❶求导,得二阶方程❸

③状态量方程❷代入❸,

    消去无关状态量变化率,得二阶方程❹

④由方程❶提取无关状态量表达式,

    代入方程❹,得二阶微分方程


(三)状态方程与拉式变换结合, 求解状态量

    原理:根据L(f'(t)) = sF(s) - f(0₋)

①求状态量初值(t→0₋), C断L短求初值

②拉氏变换:

❶状态量一阶变化率列向量,

    转化为“微分算子数量阵*状态量向量”

❷矩阵线性变换,求状态量的象函数

❸拉氏反变换求状态量

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