background image

 

26.11.2013 r. 

Informatyka – Modelowanie cyfrowe,  

studia stacjonarne I-go stopnia, semestr zimowy 2013/2014  

 

GRUPA „A” 

1.  Zadawanie parametrów w programie ATPDraw: 

a)  Zadano w programie pojemność poprzeczną odcinka linii napowietrznej o dł. 1 km dla składowej 

zgodnej przy opcji Copt:50 jako 2.8275 µS. Ile wynosi ta pojemność wyrażona w nF? 

Rozwiązanie: 

F

 

10

8275

.

2

6

1

=

C

ω

, a więc: 

nF

9

F

10

9

F

10

10

10

100

8275

.

2

F

 

10

100

8275

.

2

10

8275

.

2

9

3

6

3

6

1

6

=

=

=

=

=

π

π

ω

C

 

b)  Indukcyjność odcinka linii o dł. 1 km dla składowej zgodnej wynosi 0.001 H. Zadać tę wartość dla 

obu opcji: Xopt:50, Xopt:0. 

Rozwiązanie: 

Xopt:50 

 wyznaczamy reaktancję przy 50 Hz: 

]

[

 

31459

.

0

]

[

 

001

.

0

50

2

]

[

 

2

1

1

=

=

=

π

π

ω

L

f

L

 

                   wobec tego zadajemy wartość: 0.314159 

Xopt:0 

 L=0.001 H= 1.0 mH, wobec tego zadajemy wartość: 1.0

 

 

 

2.  Określić model cyfrowy dla równoległego połączenia elementów: 

R, L, przy zastosowaniu jawnej 

metody Eulera (prostokątów „wprzód”) całkowania numerycznego. 

L

R

u

i

i

2

i

1

 

Rozwiązanie: 

)

(

1

t

u

dt

di

L

=

 

  

 

 

 

 

 

 

(1) 

 

 

 

czyli: 

)

(

1

1

t

u

L

dt

di =

  

 

 

 

 

 

 

(1a) 

Stosując jawną metodę Eulera (prostokątów „wprzód”) całkowania numerycznego uzyskujemy: 

)

1

(

)

1

(

)

(

1

1

+

=

k

u

L

T

k

i

k

i

 

 

 

 

 

 

(2) 

Prąd 

i jest sumą prądów: i

1

 oraz 

R

u

i

=

2

, a więc: 

R

k

u

k

i

k

i

)

(

)

(

)

(

1

+

=

  

 

 

 

 

 

 

(3) 

Wstawiając (2) do (3) uzyskujemy: 

R

k

u

k

u

L

T

k

i

k

i

)

(

)

1

(

)

1

(

)

(

1

+

+

=

  

 

 

 

 

(4) 

Należy teraz w (4) wyeliminować składnik: 

)

1

(

1

k

i

. W tym celu z (3) wyznaczamy: 

background image

 

R

k

u

k

i

k

i

)

(

)

(

)

(

1

=

  

 

 

 

 

 

 

(5) 

a po opóźnieniu o 1 krok całkowania:  

R

k

u

k

i

k

i

)

1

(

)

1

(

)

1

(

1

=

 

 

 

 

 

 

(6) 

Wstawiając (6) do (4) uzyskujemy: 

R

k

u

k

u

L

T

R

k

u

k

i

k

i

)

(

)

1

(

)

1

(

)

1

(

)

(

+

+

=

 

 

 

 

(7) 

Po uporządkowaniu mamy: 

)

1

(

1

)

1

(

)

(

)

(

 −

+

+

=

k

u

R

L

T

k

i

R

k

u

k

i

   

 

 

 

(8) 

Zależność (8) może być zapisana w postaci ogólnej (określającej model cyfrowy jak na poniższym 
rysunku): 

)

1

(

)

(

)

(

+

=

k

j

k

Gu

k

i

 

 

 

 

 

 

 

(9) 

gdzie: 

R

G

1

=

)

1

(

1

)

1

(

)

1

(

 −

+

=

k

u

R

L

T

k

i

k

j

 

j(k–1)

G

u(k)

i(k)

 

 

3.  Związek pomiędzy admitancją dyskretną (

Y

d

) i admitancją ciągłą (

Y

c

) dla indukcyjności, przy 

zastosowaniu metody trapezów całkowania numerycznego jest następujący: 

)

0,5

(

tg

0,5

)

j

(

c

d

T

T

Y

Y

ω

ω

=

ω

 ,  

T – krok czasowy całkowania numerycznego, ω – pulsacja? 

a)  przedstawić wykres dla tej relacji: 

 

c

d

Y

Y

 

background image

 

b)  jaki jest efekt przy skracaniu kroku modelowania przy danej częstotliwości 

Odpowiedź: relacja między admitancją modelu dyskretnego i ciągłego ulega poprawie. 

c)  jaki jest efekt przy wzroście częstotliwości przy określonym kroku modelowania 

Odpowiedź: relacja między admitancją modelu dyskretnego i ciągłego ulega pogorszeniu. 

d)  czy model dyskretny wiernie odwzorowuje przesunięcie fazowe między prądem i napięciem 

indukcyjności w całym zakresie częstotliwości? 

Odpowiedź: TAK: model dyskretny wiernie odwzorowuje przesunięcie fazowe w całym zakresie 
częstotliwości, bowiem współczynnik proporcjonalności w podanej zależności: 

)

0,5

(

tg

0,5

)

j

(

c

d

T

T

Y

Y

ω

ω

=

ω

, czyli współczynnik: 

)

0,5

(

tg

0,5

T

T

ω

ω

 jest liczbą rzeczywistą dodatnią (mnożenie 

przez liczbę rzeczywistą dodatnią nie zmienia fazy, czyli: 

)

arg(

)

arg(

c

d

Y

Y

=

 

4.   Określić równania stanu i wyjść dla obwodu elektrycznego jak na poniższym rysunku. Jako wielkości 

wyjściowe przyjąć spadki napięć na opornikach 

R

1

R

2

R

1

R

2

L

C

u

u

C

i

1

i

2

i

3

u

R1

u

R2

 

Zmienne stanu (napięcie na kondensatorze i prąd cewki): 

u

C

i

Wyjścia: 

u

R1

u

R2

 

Równania opisujące obwód: 

0

C

1

1

=

u

i

R

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1) 

0

2

2

2

C

=

dt

di

L

i

R

u

   

 

 

 

 

 

 

 

(2) 

0

3

2

1

=

i

i

i

   

 

 

 

 

 

 

 

 

(3) 

Poszczególne prądy wynoszą: 

1

C

1

R

u

u

i

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4) 

dt

du

C

i

C

3

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5) 

Wstawiając (4) i (5) do (3) uzyskamy: 

0

C

2

1

C

=

dt

du

C

i

R

u

u

 

 

 

 

 

 

 

 

(6) 

Z (6) uzyskujemy pierwsze równanie stanu: 

C

i

C

R

u

u

dt

du

2

1

C

C

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(7) 

Z (2) uzyskujemy drugie równanie stanu: 

background image

 

2

2

C

2

1

i

L

R

u

L

dt

di

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(8) 

Z (1) uzyskujemy pierwsze równanie wyjść:  

C

R1

u

u

u

=

   

 

 

 

 

 

 

 

 

(9) 

Drugie równanie wyjść jest następujące: 

dt

di

L

u

u

2

C

2

R

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(10) 

Po wstawieniu (8) do (10) uzyskamy:  

2

2

2

2

C

C

2

R

i

R

i

R

u

u

u

=

+

=

   

 

 

 

 

 

 

(11) 

(co również można było otrzymać mnożąc bezpośrednio zmienną stanu 

i

2

 przez rezystancję 

R

2

Ewentualnie  można  jeszcze  uporządkować  kolejność  składników  po  prawych  stronach  równań:  (7),  (8), 
(9), (11): 

u

C

R

i

C

u

C

R

dt

du

1

2

C

1

C

1

1

1

+

=

 

 

 

 

 

 

 

(7a) 

u

L

i

L

R

dt

di

1

2

2

2

+

=

   

 

 

 

 

 

 

 

(8a) 

u

u

u

+

=

C

R1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(9a) 

2

2

2

R

i

R

u

=

   

 

 

 

 

 

 

 

 

(10a)