Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

stany nieustalone - zadanie

Leopard2 06 Mar 2008 22:56 2615 13
  • #1
    Leopard2
    Level 18  
    Mam problem z zadaniem. W chwili t0 otwarto wyłącznik w obwodzie, który był w stanie ustalonym. Należy wyznaczyć przebieg prądu i(t) i napięcia na kondensatorze Uc(t) Niżej są linki do treści zadania i moich obliczeń. Doszedłem do momentu, w którym nie wiedziałem za bardzo co zrobić - problem z przekształceniem. Jak znam życie, może to wynikać z błędu w obliczeniach.

    http://img144.imageshack.us/img144/6983/90702444eh3.jpg

    http://img530.imageshack.us/img530/5679/83262060zz9.jpg

    http://img256.imageshack.us/img256/9194/26819654pl9.jpg
  • #2
    Quarz
    Level 43  
    rObO87 wrote:
    Mam problem z zadaniem. W chwili t0 otwarto wyłącznik w obwodzie, który był w stanie ustalonym. Należy wyznaczyć przebieg prądu i(t) i napięcia na kondensatorze Uc(t) Niżej są linki do treści zadania i moich obliczeń. Doszedłem do momentu, w którym nie wiedziałem za bardzo co zrobić - problem z przekształceniem. Jak znam życie, może to wynikać z błędu w obliczeniach.

    http://img144.imageshack.us/img144/6983/90702444eh3.jpg
    Jak będziesz tak niechlujnie zapisywał swoje "dzieła", gdzie to samo w różnych miejscach ma inne wartości, to lepiej idź tam, gdzie od dawna Tobie to proponuję... :cry: ...a przynajmniej unikniesz odpowiedzialności [cywilnej, karnej] za Twoje (niewątpliwe) pomyłki w swym dorosłym życiu.
    Tam nie ma "zmiłuj się" i "pomyliłem się"..., a za swe błędy ponosi się, stosowne do wagi owych błędów, konsekwencje i nie będzie takiego "Anioła_Stróża" Quarza, co to będzie Tobie ciągle podpowiadał coś zrobił źle... :evil:
    Dlatego też, odpowiedzi merytorycznej dla tego (akademickiego i banalnie i prostego) zadania ze stanów nieustalonych (o niezerowych warunkach początkowych które, tu na Forum, "wałkujemy" z Tobą nie po raz pierwszy) z mojej strony nie będzie, ponieważ wyrządziłbym Tobie "niedźwiedzią przysługę".
    Pokazanie błędów (i znalezienie poprawnych wartości warunków początkowych) jest równoznaczne z rozwiązaniem tego obwodu o równaniu charakterystycznym drugiego stopnia.
    Całkę ogólną dla tego podstawowego obwodu (po kumutacji jest on nierozgałęziony) inżynier elektryk (in spe) powinien znać na pamięć... :cry:
  • #3
    appzaddict
    Level 10  
    dokonczylbys moje zadanie z kondensatorem, nie odpowiedziales mi nawet czy jest dobrze czy nie...?
    czekam juz tyle godzin..
  • #5
    Leopard2
    Level 18  
    Quote:
    gdzie to samo w różnych miejscach ma inne wartości


    jaką wartość masz na myśli, bo ja nie widzę takowej

    Quote:
    Tam nie ma "zmiłuj się" i "pomyliłem się"..., a za swe błędy ponosi się, stosowne do wagi owych błędów


    zdaje sobie sprawę z tego, nie od dziś myślę tymi kategoriami, aczkolwiek dziękuje za rade bo tych nigdy nie za wiele

    Quote:
    mojej strony nie będzie, ponieważ wyrządziłbym Tobie "niedźwiedzią przysługę".


    nie proszę o zrobienie zdania, bo coś probowałem robić. Proszę tylko o sprawdzenie obliczeń (może jest jakiś błąd ktorego nie dostrzegam)

    Quote:
    znalezienie poprawnych wartości warunków początkowych


    czyli warunki początkowe: i(0-) = 4 A i Uc = 80 V są nieprawidłowe? kto się jeszcze zgodzi z Quarzem? Ciekawa sprawa, bo przynajmniej u 10 osób z mojej grupy warunki początkowe wyszły takie, jak powyżej (osoby te są lepiej wprawione w bojach z TO)
    Skoro stan przed rozłączeniem jest ustalony, to nie płynie w gałęzi z kondensatoreem prąd, gdyż tej się ładuje do pewnego napięcia, którw wyznacza się z II Prawa Kirchoffa.

    Quote:
    Całkę ogólną dla tego podstawowego obwodu (po kumutacji jest on nierozgałęziony) inżynier elektryk (in spe) powinien znać na pamięć... :cry:


    Zapewne, chodzi Ci o rozwiązanie równania:

    $$L\frac{d^2i(t)}{dt^2}+R\frac{di(t)}{dt}+\frac{1}{C}i(t)=0$$

    Zadanie jednak wg "rozkazu z góry" należy rozwiązać metodą operatorową.
  • #6
    Quarz
    Level 43  
    rObO87 wrote:
    [ ... ]
    czyli warunki początkowe: i(0-) = 4 A i Uc = 80 V są nieprawidłowe? kto się jeszcze zgodzi z Quarzem? Ciekawa sprawa, bo przynajmniej u 10 osób z mojej grupy warunki początkowe wyszły takie, jak powyżej (osoby te są lepiej wprawione w bojach z TO)
    Twój tekst w rękopisie jest dla mnie nieczytelny, zechciej to zrozumieć i com tam odczytał, to odczytałem i mi się nie zgadzało... :cry: ... a mam trochę więcej "wiosen" przeżytych od Ciebie, więc wzrok już nie ten co pięćdziesiąt lat temu... 8-O
    Nie potrafię "odcyfrować" wartości rezystorów, któreś tam podał, a na dodatek są tam również poprawki...

    rObO87 wrote:
    [ ... ]
    Quote:
    Całkę ogólną dla tego podstawowego obwodu (po kumutacji jest on nierozgałęziony) inżynier elektryk (in spe) powinien znać na pamięć... :cry:


    Zapewne, chodzi Ci o rozwiązanie równania:

    $$L\frac{d^2i(t)}{dt^2}+R\frac{di(t)}{dt}+\frac{1}{C}i(t)=0$$

    Zadanie jednak wg "rozkazu z góry" należy rozwiązać metodą operatorową.
    Również, ale dla tego równania ogólnego nie trudno jest napisać równanie szczególne, a na podstawie tego napisać równanie operatorowe z uwzględnieniem warunków początkowych.
  • #7
    Leopard2
    Level 18  
    Przepraszam więc, rozumiem swój błąd.

    Oto dane:
    R1 = 20Ω
    R2 = 30Ω
    R3 = 10Ω
    L = 20 mH
    C = 8 uF

    Coś jeszcze mam przepisać?
  • #8
    Quarz
    Level 43  
    rObO87 wrote:
    Przepraszam więc, rozumiem swój błąd.

    Oto dane:
    R1 = 20Ω
    R2 = 30Ω
    R3 = 10Ω
    L = 20 mH
    C = 8 uF

    Coś jeszcze mam przepisać?
    Dziękuję, nie. Wartości początkowe są już podane, ale zapisów na następnych dwóch "fotkach" nie analizowałem... szkoda mi moich oczu.
    Oczekiwałbym czytelnego zapisu równania (uporządkowanego w postaci ułamka wymiernego z wielomianami pulsacji zespolonej s) na funkcję operatora prądu; i(s) i stosowne do tego; jednostronne przekształcenie odwrotne Lalace'a owego zapisu.
  • #9
    Leopard2
    Level 18  
    $$i(s)=\frac{4s+4000}{s^2+0,25s+625 \cdot 10^4}$$

    $$Uc(s)=\frac{80}{s}+\frac{3\cdot10^5-80s}{s^2+2500s+625 \cdot 10^4}$$

    Jeśli trzeba, to mogę postarać się o ZNACZNIE wyraźniejsze skany obliczeń.
  • #10
    Quarz
    Level 43  
    rObO87 wrote:
    $$i(s)=\frac{4s+4000}{s^2+0,25s+625 \cdot 10^4}$$ [to nie jest poprawny wynik, dop. Quarz]

    $$Uc(s)=\frac{80}{s}+\frac{3\cdot10^5-80s}{s^2+2500s+625 \cdot 10^4}$$
    Czy "nie podpadło" Tobie, iż wielomiany mianowników w powyższych zapisach różnią się między sobą?
    Przecież operator napięcia na kondensatorze UC(s) to iloczyn wcześniej znalezionego operatora prądu i(s) razy 1/(s•C) minus UC(0-), czyli:
    UC(s) = i(s)•[1/(s•C)] - UC(0-)/s, kiedy operator napięcia na kondensatorze zastrzałkujemy (zgodnie z zasadami) odbiornikowo, a dodatni kierunek operatora prądu jest zgodny z kierunkiem wymuszenia od warunków początkowych (oba są w tę samą stronę).
    Wtedy wartość C, jako czynnik stały, zmienia tylko współczynniki licznika, a w mianowniku musi pojawić się iloczyn wielomianu z mianownika równania operatora prądu; s² + 2•α•s + ω² razy s, czyli;
    s•(s² + 2•α•s + ω²).
    Z powyższego wynika, iż pierwiastki równania charakterystycznego wielomianu mianownika muszą być takie same (wartość pulsacji ω składowej przejściowej jest taka sama w równaniu prądu jak i w równaniu napięcia) tyle tylko, że pojawił się tu dodatkowy - zerowy - pierwiastek mianownika, co dla równania czasowego napięcia na kondensatorze da wartość stałą (a co jest oczywiste, ponieważ w chwili komutacji na kondenastorze było napięcie - niezerowe warunki początkowe) plus (minus) napięcie początkowe na kondensatorze (jako oryginał z obrazu; UC(0-)/s).

    Równanie czasowe napięcia uC(t) na kondensatorze znacznie prościej jest otrzymać bezpośrednio w dziedzinie oryginałów z równania czasowego prądu i(t) - z zależności wiążącej oba te równania - przy uzwględnieniu warunków brzegowych napięcia na kondensatorze:
    uC(t = 0) = UC(0-),
    uC(t => +∞) = 0, w obwodzie jest element dysypatywny (rezystor) oraz brak jest autonomicznego źródła napięcia, więc w stanie ustalonym (teoretycznie po czasie nieskończenie długim) w elementach zachowawczych (L i C) nie będzie nagromadzona żadna energia (element dysypatywny - rezystor - zamieni ją na ciepło), a to implikuje;
    i(t => +∞) = 0, oraz (co już zapisałem);
    uC(t => +∞) = 0.
    Jeśli polecenie było, by równanie czasowe napięcia na kondensatorze policzyć przy wykorzystaniu równania operatorowego (w dziedzinie obrazów), to wyżej wspomniane obliczenia można wykorzystać do sprawdzenia poprawności obliczeń w punktach brzegowych.
  • #11
    Leopard2
    Level 18  
    rObO87 wrote:
    $$i(s)=\frac{4s+4000}{s^2+0,25s+625 \cdot 10^4}$$ [to nie jest poprawny wynik, dop. Quarz]


    Musiałem gdzieś zgubić czynnik 10^4 widocznie. Czyli poprawny zapis to:

    $$i(s)=\frac{4s+4000}{s^2+2500s+625 \cdot 10^4}$$

    :?:

    Quote:
    Przecież operator napięcia na kondensatorze UC(s) to iloczyn wcześniej znalezionego operatora prądu i(s) razy 1/(s•C) minus UC(0-), czyli:
    UC(s) = i(s)•[1/(s•C)] - UC(0-)/s,


    Jeżeli dobrze zrozumiałem:

    $$Uc(s)=\frac{80}{s}+\frac{3\cdot10^5-80s}{s^2+2500s+625 \cdot 10^4} - \frac{80}{s}=\frac{3\cdot10^5-80s}{s^2+2500s+625 \cdot 10^4}$$

    :?:

    Postać $$Uc(s)=\frac{80}{s}+\frac{3\cdot10^5-80s}{s^2+2500s+625 \cdot 10^4}$$ otrzymałem rozkładając ułamek zawierający s^3 w mianowniku.


    Quote:
    Równanie czasowe napięcia uC(t) na kondensatorze znacznie prościej jest otrzymać bezpośrednio w dziedzinie oryginałów z równania czasowego prądu i(t) - z zależności wiążącej oba te równania


    Chodzi o taką zelażność:

    Uc(t)=(1/C)•∫i(t)dt

    gdzie stałą całkowania wyznacze korzystając z tego: Uc(t=0)=Uc(0-)

    :?:
  • #12
    Quarz
    Level 43  
    rObO87 wrote:
    rObO87 wrote:
    $$i(s)=\frac{4s+4000}{s^2+0,25s+625 \cdot 10^4}$$ [to nie jest poprawny wynik, dop. Quarz]


    Musiałem gdzieś zgubić czynnik 10^4 widocznie. Czyli poprawny zapis to:

    $$i(s)=\frac{4s+4000}{s^2+2500s+625 \cdot 10^4}$$

    :?:

    Quote:
    Przecież operator napięcia na kondensatorze UC(s) to iloczyn wcześniej znalezionego operatora prądu i(s) razy 1/(s•C) minus UC(0-), czyli:
    UC(s) = i(s)•[1/(s•C)] - UC(0-)/s,


    Jeżeli dobrze zrozumiałem:

    $$Uc(s)=\frac{80}{s}+\frac{3\cdot10^5-80s}{s^2+2500s+625 \cdot 10^4} - \frac{80}{s}=\frac{3\cdot10^5-80s}{s^2+2500s+625 \cdot 10^4}$$

    Postać $$\frac{3\cdot10^5-80s}{s^2+2500s+625 \cdot 10^4}$$ otrzymałem rozkładając ułamek zawierający s^3 w mianowniku.
    :?:
    zapis na i(s) jest poprawny, a na uC(s) teraz nie wiem i nie mam czasu tego teraz sprawdzić, ale pobieżny rachunek jednostek podpowia mi, iż chyba nie jest to postać poprawna (brakuje mi w oryginale, z podanego przez Ciebie obrazu, początkowego napięcia na kondensatorze...). Wychodzę z domu, a wrócę dopiero wieczorem.
  • #13
    Leopard2
    Level 18  
    Napięcie Uc(s) obliczałem tak: (bez uwzględnienia warunku początkowego)

    http://img352.imageshack.us/img352/4661/58880977ob0.jpg

    Otrzymałem coś takiego:

    http://img295.imageshack.us/img295/5426/98392616rt8.jpg

    co rozłożyłem na 2 ułamki postaci jak w poście poprzednim.

    Dodano po 52 [minuty]:

    Skoro wyrażenie i(s) jest poprawne, to przekształciłem je na postać czasową:

    $$i(t)=4e^{-1250t}\cdot[cos(2165,06t)-8,66sin(2165,06t)]$$
  • #14
    Quarz
    Level 43  
    rObO87 wrote:
    Napięcie Uc(s) obliczałem tak: (bez uwzględnienia warunku początkowego)

    http://img352.imageshack.us/img352/4661/58880977ob0.jpg

    Otrzymałem coś takiego:

    http://img295.imageshack.us/img295/5426/98392616rt8.jpg

    co rozłożyłem na 2 ułamki postaci jak w poście poprzednim.
    Zechciej mi to tu pokazać, jak do tego doszedłeś.

    rObO87 wrote:
    Dodano po 52 [minuty]:

    Skoro wyrażenie i(s) jest poprawne, to przekształciłem je na postać czasową:

    $$i(t)=4e^{-1250t}\cdot[cos(2165,06t)-8,66sin(2165,06t)]$$
    Nie; "przekształciłem je na postać czasową", tylko wyznaczyłem jednostronną odwrotną Transformatę Laplace'a (z obrazu wyznaczono oryginał).
    Proszę zapoznać się z powszechnie stosowanym w tych zagadnieniach nazewnictwem i je stosować.

    Całość sprawdzę (sobie tylko znanymi metodami), jak będę mieć komplet Twoich wyników... :cry:
    Werbalne liczenie już mnie zwyczajnie męczy, tym bardziej, iż prawidłowe rozwiązanie (w postaci ogólnych wzorów - dla wszystkich możliwych przypadków) jest powszechnie dostępne w odpowiedniej literaturze.
    Wszak to w końcu jest "sztandarowe zadanie" ze Stanów Nieustalonych w szeregowym obwodzie R - L - C z niezerowymi warunkami początkowymi :D