Wie kann ich eine Übertragungsfunktion in Bezug auf die Resonanzfrequenz umschreiben? ω 0 und Dämpfungsfaktor Q? In den Materialien der Universität als "Standardform" bezeichnet.
Ich bin immer noch dabei, LCL-Filter zu verstehen, und habe eine Lücke im Universitätsmaterial gefunden. Sie ließen uns immer die Übertragungsfunktion berechnen, dann wurde das Standardformular angegeben, sodass wir nur die Lücken ausfüllen und die angegebene Funktion verwenden mussten, um ein Bode-Diagramm zu zeichnen. Jetzt, wo ich eine echte Rennstrecke habe, stecke ich fest. Das Universitätsbuch enthält nur diesen Abschnitt zu diesem Thema
Nilsson & Riedel hat im Anhang einen Abschnitt über Bode-Diagramme. Alles, was Sie tun müssen, ist, die Pole und Nullen zu teilen und das Ergebnis zu faktorisieren. Pole und Nullen scheinen sich auf die Koeffizienten der höchsten Exponenten im Zähler und Nenner zu beziehen.
Nichts davon ist für mich sehr aufschlussreich. Angenommen, ich habe die folgende Übertragungsfunktion. Dies ist in der Tat in der allgemeinen Form, aber wie um alles in der Welt faktorisieren Sie das? Die Pole und Nullen loszuwerden ist auch nicht sehr hilfreich.
simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab
Ich habe das in Wolfram Alpha eingefügt und es gab die folgenden Wurzeln für den Nenner. Abgesehen davon, dass sie gewaltig sind, habe ich nicht das Gefühl, dass sie mich einer Lösung viel näher bringen.
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Die Faktorisierung klickte schließlich und ich fand für den ungedämpften Fall Folgendes:
Ich hoffe das ist nicht schrecklich falsch.
Um zur Standardform zu gelangen, faktorisieren Sie die Nominator- und Nennerpolynome. Dann haben Ihre Polynome die Form K. 1 ( s - z 1 ) ( s - z 2 ) ⋯ ( s - z n ) und K. 2 ( s - p 1 ) ( s - p 2 ) ⋯ ( s - p n ) . Identifizieren Sie dann alle komplexen konjugierten Paare unter den z k und multiplizieren Sie sie aus. Wenn zum Beispiel z 1 = z ∗ 2 , dann
Wiederholen Sie dies für die Nennerwurzeln p k und sammeln Sie die Konstanten nach vorne, um den Faktor zu erhalten K. . Die Wurzeln, die Sie von Wolfram Alpha erhalten haben, sind bis zu den Faktoren von ich die verbinden s zu ω genau das p k . Manchmal sind sie zwar etwas haarig, aber oft ist es möglich, sie zu vereinfachen, indem gemeinsame Faktoren identifiziert werden (z. B. parallele Widerstände, Produkte RC, die immer zusammen auftreten usw.).
Schließlich, wenn das Polynom Wurzel hat 0 mit Vielzahl k Dies werden Faktoren der Form sein
Die Wurzeln z k des Nominators werden die Nullen der Übertragungsfunktion genannt, da dies die komplexen Werte von sind s wobei die Übertragungsfunktion tatsächlich der Wert Null ist. Die Wurzeln p k des Nenners sind die Pole , da dies die Werte von sind s wo die Übertragungsfunktion divergiert, was in der Tat so aussieht, als würde ein Pol aus dem herausragen s -Ebene, wenn Sie es zeichnen.
Beachten Sie, dass das Faktorisieren eines Polynoms (über die komplexen Zahlen) das Finden seiner Wurzeln erfordert. Für ein Polynom zweiter Ordnung gibt Ihnen die quadratische Formel sofort die Antwort. Für Polynome dritter und vierter Ordnung gibt es die kubischen und quartischen Formeln. Die kubische Formel ist bereits ziemlich lang, und die quartische Formel besteht aus einer ganzen Seite im Kleingedruckten, sodass sie in der Praxis oft nicht nützlich ist. Für Bestellungen über fünf gibt es keine allgemeine Formel, obwohl Sonderfälle häufig gelöst werden können.
Zusätzlich zur Verwendung der allgemeinen Formeln bietet die Schaltungstopologie häufig erhebliche Vereinfachungen. Beispielsweise können Sie bei zwei durch einen Puffer getrennten Abschnitten zweiter Ordnung die beiden Abschnitte getrennt mit dem Quadrat analysieren, und die Standardform der kombinierten Übertragungsfunktion ist direkt das Produkt der Standardformen der einzelnen Abschnitte. Gleiches gilt für eine beliebige Anzahl von Abschnitten, die durch Puffer getrennt sind. Dies ist einer der Hauptgründe dafür, dass Filter hoher Ordnung normalerweise als Serien von Abschnitten zweiter Ordnung ausgelegt sind.
Wenn Sie am Ende die Wurzeln nicht explizit finden können oder sie zu kompliziert sind, um sie zu verwenden, können Sie dennoch etwas über Ihre Schaltung lernen, indem Sie die Diskriminanten untersuchen , die Sie über mögliche komplexe konjugierte oder reale Wurzeln informieren. In Ihrem speziellen Fall (vorausgesetzt, Ihre Wurzeln sind korrekt, habe ich nicht überprüft) ist die Diskriminante der Begriff innerhalb der Quadratwurzeln.
Die Übertragungsfunktion dieser Schaltung kann in wenigen Zeilen bestimmt werden, ohne eine einzige Gleichung zu schreiben. Verwenden Sie die Fast Analytical Circuits Techniques oder FACTs, um dorthin zu gelangen. Analysieren Sie zuerst die Schaltung bei s = 0 , in Gleichstrom: Kappen öffnen und Induktoren kurzschließen. Du hast H. 0 = L. 2 / ( L. 1 + L. 2 ) . Bestimmen Sie dann die Zeitkonstanten dieser Schaltung. Reduzieren Sie dazu die Erregung auf 0 V oder ersetzen Sie sie V. i n durch einen Kurzschluss. Siehst du das L. 1 kommt herein | | mit L. 2 ( L. e q ): Dies ist ein entarteter Fall und das Netzwerk verliert eine Bestellung. Dies ist eine Schaltung 2. Ordnung, obwohl drei Energiespeicherelemente vorhanden sind. Bestimmen Sie aus dieser Schaltung den Widerstand von C. f vorübergehend aus dem Stromkreis entfernt, während L. 1 und L. 2 werden durch einen Kurzschluss ersetzt: Sie sehen R. f . Die erste Zeitkonstante ist τ 1 = R. f C. f . Dann machen Sie dasselbe von L. e q Terminals ( C. f ist in seinem Gleichstromzustand und entfernt) und Sie sehen einen unendlichen Widerstand: τ 2 = L. 1 / R. i n f = 0 . Du hast den ersten b 1 Koeffizient: b 1 = R. f C. f . Bestimmen Sie für den Term 2. Ordnung den Widerstandsantrieb L. e q während C. f wird durch einen Kurzschluss ersetzt: Sie sehen R. f und τ 12 = L. f / R. f . Der zweite Koeffizient b 2 ist einfach τ 1 τ 12 = R. f C. f L. e q / R. f = C. f ( L. 1 | | L. 2 ) . Das ist es, du hast den Nenner D ( s ) = 1 + s R. f C. f + s² C. f ( L. 1 | | L. 2 ) . Nun die Null. Welche Impedanzkombination in dieser Schaltung verhindert V. i n eine Antwort erzeugen V. o u t = 0 bei der Nullfrequenz? Na wenn die Serienkombination von R. f und 1 / s C. f Wird ein transformierter Kurzschluss, wird die Antwort auf Null gesetzt. Dies ist unsere Null: ω z = 1 / R. f C. f . Der vollständige Ausdruck lautet dann:
oder
mit
H. 0 = L. 2 / ( L. 1 + L. 2 ) , ω z = 1 / R. f C. f , ω 0 = 1 / l e q C. f - - - - - - - - - - √ Q = 1 R. f L. e q C. f - - - - - - - - - - √
Bitte beachten Sie, dass theoretisch für s = 0 ist der Eingangswiderstand dieser Schaltung ein Kurzschluss: - | Die reale Schaltung würde somit ohmsche Verluste für enthalten L. 2 ( r L 2 ) und L. 1 ( r L 1 ). In diesem Fall würde die Gleichstromverstärkung werden r L 2 / ( r L 1 + r L 2 ) würde der Nenner eine dritte Ordnung werden und eine neue Null erscheinen ( ω z 2 = r L 2 / L. 2 ).
Wenn Sie mehr über FACTs erfahren möchten, schauen Sie sich bitte diese PPT an
http://cbasso.pagesperso-orange.fr/Downloads/PPTs/Chris%20Basso%20APEC%20seminar%202016.pdf
Sie können die Fakten in Bezug auf Ausführungsgeschwindigkeit und Einfachheit des Ergebnisses nicht übertreffen.
Andy aka
Chu
Pepijn
Chu
Pepijn