Способы получения характеристического уравнения

Существуют различные способы получения характеристического уравнения.

Если цепь описывается всего одним уравнением, то его алгебраизируют: d/dt заменяют на p, Способы получения характеристического уравнения - student2.ru dt заменяют на 1/p, правую часть обращают в ноль и получают характеристическое уравнение.

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Если режим в цепи описывается системой из нескольких уравнений, то методом подстановки их сводят к одному и поступают точно также как описано выше (обычно так не делает).

Универсальный способ

Систему уравнений по законам Кирхгофа для цепи после коммутации алгебраизируют и составляют определитель системы, и приравняв его к нулю, получают характеристическое уравнение.

Воспользуемся этим способом.

Пусть схема после коммутации имеет вид:

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru , ,

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Если в схеме нет управляемых источников и взаимных индуктивностей, то проще всего поступить так: в схеме после коммутации все источники заменить их внутренним сопротивлением, вместо индуктивности L написать pL, вместо емкости C написать Способы получения характеристического уравнения - student2.ru .

а) Если в полученной схеме нет ветви без сопротивления, томожно разомкнуть любую ветвь полученной пассивной схемы и относительно точек разрыва записать выражение для нахождения Способы получения характеристического уравнения - student2.ru .

б) Если в полученной схеме есть ветви без сопротивления, то размыкать надо именно ту ветвь, в которой ищется переходный ток или напряжение и относительно точек разрыва записывают Способы получения характеристического уравнения - student2.ru .

Характеристическое уравнение имеет вид: Способы получения характеристического уравнения - student2.ru .

Для рассмотренного выше примера получим:

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Выражение для свободной составляющей содержит столько слагаемых, сколько есть корней, а слагаемые имеют такой вид:

а) каждому простому вещественному корню Способы получения характеристического уравнения - student2.ru соответствует слагаемое Способы получения характеристического уравнения - student2.ru .

Если два корня, то процесс апериодический.

б) двум комплексно-сопряженным корням: Способы получения характеристического уравнения - student2.ru и Способы получения характеристического уравнения - student2.ru соответствует A1ePx1 t +A2ePx2 t, где A1, A2 – получаются комплексными числами, причем комплексно-сопряженными числами. Поэтому с помощью формулы Эйлера этот результат можно записать в другом виде (где не будет j): Способы получения характеристического уравнения - student2.ru .

По этому выражению не очень удобно строить графики. Используя формулы тригонометрии его можно преобразовать (либо в sin, либо в cos): Ce- Способы получения характеристического уравнения - student2.ru t sin( Способы получения характеристического уравнения - student2.ru ct+ Способы получения характеристического уравнения - student2.ru 1)=De- Способы получения характеристического уравнения - student2.ru t cos( Способы получения характеристического уравнения - student2.ru c t+ Способы получения характеристического уравнения - student2.ru 2) – затухающий во времени гармонический процесс – колебательный процесс.

в) среди корней есть m одинаковы[ (если таких корней два, то переходный процесс называется критическим).

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru ;

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Пример: Дано: E=40В, R1 =R2=400 Ом, L=5Гн, C=5 мкФ. Найти Способы получения характеристического уравнения - student2.ru .

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

1) В схеме до коммутации стоит постоянный источник, следовательно, ток в установившемся режиме постоянный.

t<0

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru , Способы получения характеристического уравнения - student2.ru .

Если источник ЭДС синусоидальный, то эту часть задачи решают символическим методом.

2) Рассчитывают новый установившийся режим, находят принужденную составляющую.

t Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Видно, что после коммутации в схеме есть только постоянный источник ЭДС и поэтому в принужденном режиме – постоянный ток.

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru .

3) получают характеристическое уравнение

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru .

4) записывают решение

5) определяют начальные условия

Для схемы после коммутации записывают систему уравнений по законам Кирхгофа. Число этих уравнений больше, чем число неизвестных, однако при t=0, известны все iL(0) и uC(0), поэтому при добавлении этих независимых условий из полученной при t=0 системы можно найти все остальные зависимые начальные условия, например, методом подстановки.

При решении надо выразить значения токов и напряжений в момент t=0, их производные по времени в момент t=0 через параметры элементов схемы и независимые начальные условия.

Например, для нашей задачи:

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

В нашей задаче для расчета Способы получения характеристического уравнения - student2.ru надо найти 2 начальных условия, т.к. имеем 2 корня характеристического уравнения и 2 произвольные постоянные, поэтому надо знать Способы получения характеристического уравнения - student2.ru R(0) и Способы получения характеристического уравнения - student2.ru R(0).

Из (1): Способы получения характеристического уравнения - student2.ru ,

Из (3): Способы получения характеристического уравнения - student2.ru Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru ,

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru .

6) расчет произвольных постоянных

В нашем случае:

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

При Способы получения характеристического уравнения - student2.ru :

Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Тогда из (1) Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Из (3) Способы получения характеристического уравнения - student2.ru (2) Способы получения характеристического уравнения - student2.ru

Ответ: Способы получения характеристического уравнения - student2.ru , А.

Наши рекомендации