Dies ist eine sehr allgemeine Frage. In der Bachelor-Elektrotechnik werden die Schüler in der Regel über die Sprungantwort auf LC-Schaltungen (zweiter Ordnung) unterrichtet.

Dies ist normalerweise der Fall, wenn viele Parameter eingeführt werden, von denen einige sind

• Anstiegszeit
• Spitzenzeit
• prozentuales Überschwingen
• Einschwingzeit

Die Definition von diesen kann in verschiedenen Quellen gefunden werden, wie zum Beispiel in Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Settling_time

und detaillierte Formeln existieren für viele dieser Mengen https://ocw.mit.edu/courses/mechanical-engineering/2-004-dynamics-and-control-ii-spring-2008/lecture-notes/lecture_21.pdf

http://www.personal.psu.edu/faculty/j/x/jxl77/courses/ee380_fa09/ee380_slides3.pdf

Ich habe keinen umfassenden Hintergrund zum Schaltungsdesign und vermute, dass diese Parameter als Faustregel für die Berechnung der Systemübertragungsfunktion oder der Position von Polen usw. verwendet werden können. Ich habe keine Ahnung, wie sie in der Realität verwendet werden können.

Können sich arbeitende Elektrotechniker im Schaltungsdesign zur praktischen Nützlichkeit dieser Parameter äußern? Oder werden diese Parameter von einem Algorithmus gefunden, der im Entwurfsprozess verwendet wird?

Danke vielmals!

Kurze Antwort - In 20 Jahren habe ich das noch kein einziges Mal getan.

Längere Antwort:
Es hängt stark von dem Bereich ab, in dem Sie arbeiten.

Müssen Sie sich um Anstiegszeiten, Abfallzeiten usw. Gedanken machen ... Ja. Nicht für jedes Signal, in der Tat kümmert man sich normalerweise nur um einen winzigen Bruchteil der Signale. Zu wissen, welche wichtig sind, ist ein wichtiger Teil des Jobs.

Aber für diejenigen, auf die es ankommt, sind die Formeln im Buch ziemlich nutzlos. Sie eignen sich hervorragend für eine erste Annäherung, aber wenn eine grobe Annäherung gut genug ist, ist es wahrscheinlich kein Signal, das zu kritisch ist, um damit zu beginnen. Jede reale Schaltung ist viel zu komplex, um sie von Hand detailliert analysieren zu können. Stattdessen führen Sie eine Simulation durch, anstatt die Formel aus dem Buch zu verwenden, und der Simulator kennt die Formeln bereits.
Die Buchformeln sind also gut, weil Sie dann verstehen, was der Simulator hinter den Kulissen tut und welche Annahmen und Einschränkungen er macht. Es gibt viel zu sagen, wenn Sie wissen, was Ihre Werkzeuge im Hintergrund tun, und wenn nichts anderes hilft es herauszufinden, warum sie brechen oder sich über Dinge beschweren, wenn sie etwas tun. Aber Sie müssen sich nicht an die Mathematik erinnern oder diese auch nur durcharbeiten können, die sich hinter dem Vorhang abspielt.

Und letztendlich überprüfen Sie in der realen Welt, egal was der Simulator Ihnen sagt, nachdem Sie ihn erstellt haben, denn theoretisch und praktisch sind Theorie und Praxis dasselbe. In der Praxis sind sie nicht.

Diese Berechnungen werden von professionellen EEs, zum Teil täglich, unbedingt verwendet. Für viele wurde dieser Auftrag jedoch an Simulationssoftware wie LTSpice vergeben, die ebenfalls täglich verwendet wird. Im Allgemeinen ist die Simulation viel schneller durchzuführen und daher viel produktiver als die Berechnung von Hand.

Ich verwende die Formeln im Allgemeinen nur, um eine allgemeine Vorstellung davon zu bekommen, was zu erwarten ist (etwa in einer Größenordnung), und überlasse die tatsächliche Zahl den Simulatoren.

Sie beziehen sich zunächst auf diese Grundformeln und stellen dann fest, dass die reale Welt in einer zweiten PLL-Schleifenantwort viele nichtlineare Eigenschaften aufweist, wie z. B. XOR-Phasendetektoren, wenn Sie die Phasengrenze überschreiten oder wenn alle Tiefpassfilter Inter-Symbol-Interferenzen verursachen (ISI) Wenn der Filter nicht innerhalb des Binärsymbols schwingt, wenden Sie "Raised Cosine" -Filter für null Jitter an.

Die wichtigste Lektion, die Sie lernen müssen, ist, die Probleme bei Umweltbelastungen und Einflüssen durch EMI, SNR und WRITE GOOD Design Specs ohne Implementierungseinschränkungen zu verstehen. dh "nicht implementierungsspezifisch. Verstehen Sie dies besser, indem Sie gute Spezifikationen wie jede kommerzielle Komponente lesen und Ihr Projekt genau spezifizieren, um ALLE Anforderungen für Ein- und Ausgänge wie Z, V, I, von t und f und ALLE TOLERANZEN zu kennen, dann Sie Etwas zu validieren, zu testen und gute Akzeptanzkriterien und einen Spielraum für Fehler zu haben und zu testen, bis die Konsequenzen, das schwächste Glied und die Fehlererkennung nicht bekannt sind, Aspekte Ihrer Konstruktion zu korrigieren.

Sie unterrichten nicht, dass dies in der Schule ist. Aber Sie können schnell lernen, indem Sie auf Details achten.

Dann lernen Sie, wie Sie das System durch Einschränkungen oder einen begrenzten Bereich oder eine doppelte Bandbreite oder eine bessere PID-Schleife linearer machen, um ein Überschwingen zu minimieren oder zu verhindern, indem Sie die Rückkopplungsmodi von Beschleunigungsmodus zu Geschwindigkeit zu Position ändern.

Eine wichtige Fähigkeit, die in der analogen / digitalen Elektronik von entscheidender Bedeutung ist, ist die Durchführung einer Empfindlichkeitsanalyse, von Toleranzen im ungünstigsten Fall, von Versuchsplänen (DoE), von Randtests (z. B. Änderung von Versorgungsfehlern,% Taktfehlern und Vibrationen gleichzeitig) und von Plänen für Entwurfs- / Prozessverifizierungstests oder DVT / PVT.

Ich habe Dutzende verschiedener Werkzeuge für die Simulation verwendet, von High-End-Tools bis hin zu kostenlosen Tools wie VSpice, Mag-Designer, Filterdesigner, Bode-Analysatoren, Netzwerk-Analysatoren, Modal-Analysatoren und ... 96-Kanal-Logikanalysatoren. Manchmal funktioniert alles, wenn Sie alle Tastköpfe aufsetzen ... Aber in letzter Zeit mag ich für Show N Tell alle Dutzende von Physik-Java-Tools, einschließlich Schaltungsanalysatoren, mit diesem primitiven Typ-II-PLL-Beispiel.

Für ein lineares System 2. Ordnung bevorzuge ich meine eigenen getesteten Benchmarks.

• $Ts_{2\%} = \frac{Q * T_o}{2}$$f_o=\frac{1}{T_o}$$= Q=$

• Sprungantwortüberschreitung = 200% für hohe Q & 70% für kritisch gedämpft.
  • $f_o$
• Sie lernen nach der Testüberprüfung mit Spektrumanalysatoren und DSOs, Ihre Gleichungen für verschiedene Impedanz- und Kraftbeziehungen zu entwickeln
• zB für eine gegebene Fallhöhe und Anschlaghöhe (in den meisten Materialien)

  • $g= \frac{drop. height}{stop. height}$
    • verifiziert mit Beschleunigungsmessern, gefolgt von gedämpfter Schwingung
    • Wichtig ist auch die Geschwindigkeit gegen den Stoß in g, um eine inverse Leistungskurve zu erstellen, die die Fragilitätsgrenze für verschiedene Zeitintervalle mechanischer Impulse aufruft.

Anekdotische Erfahrung

Als ich 1975 anfing, habe ich normalerweise alle meine Berechnungen in der Impedanz-Nomogramm-Tabelle durchgeführt, es sei denn, ich benötigte eine Genauigkeit von 1%. Dieses Diagramm eignet sich gut für Serien- oder Nebenschlussfilter verschiedenster Art. Dann lernen Sie den nützlichen Bereich von L- und C-Werten für nützliche Impedanzbereiche. zB Versorgen Sie Daten- / Signalfilter mit Ripple-Filtern. Bei seriösen HF-Filtern handelt es sich jedoch um Bandstop-Bandpässe> 5. Ordnung mit komplexen Spezifikationen, die gemeinsame Merkmale wie Bessel, Cauer, Gauß usw. aufweisen.

Mit Reaktanz / Impedanz-Verhältnissen erhalte ich Q und von der Resonanzfrequenz erhalte ich Bandbreite, die mir Reaktionszeit 1. Ordnung gibt.

Oder vom RC-Wert bekomme ich Eckfrequenz.

Oder für den gestimmten Filter mit L und F kann ich Q und C entweder in Resonanz oder in Antiresonanz (180 oder 0 Grad) wählen.

Sie können diese und ähnliche Charts über die Websuche "RLC NOMOGRAPH" finden.

Diese Antwort sollte Ihnen nicht beibringen, wie man mit Dutzenden von Anwendungen umgeht, sondern setzt voraus, dass Sie ein solides Verständnis für Q, ESR, ESL, Zo Stripline und alle Variationen von Anwendungen von RLC haben und einfach nur eine schnelle "Sliderule - Geschwindigkeit vs Rechner Antwort ".

Wir haben 1975 Rechenschieber für Quadratwurzeln und Multiplikation verwendet und hatten eine Prüfungsfrage, um deren Genauigkeit auf jeder Skala statistisch zu bestimmen. log, x, division, etc.

• Rückblickend kommt es auf Ihre Leidenschaften, Ihr Glück, Ihre Chancen und Ihr Können an. An was Sie sich normalerweise erinnern, ist, dass Sie einmal wussten, wie man Gaußsches Gesetz beweist. oder Runga-Cutta-Methoden oder Eigenwertgleichungen oder nichtlineare Integrale. Dies sind alles Tools, die viele möglicherweise nie wieder verwenden, bis Sie ein Problem haben, das es erfordert. Dann finden Sie möglicherweise einen einfacheren Weg. Sie haben jedoch verstanden, dass dies bereits jemand zuvor getan hat, und Sie lernen von ihm, wie man auf neue Weise löst.

• An der Universität geht es nicht nur darum, Werkzeuge und Gleichungen zur Problemlösung zu lösen, die Sie möglicherweise nie verwenden, sondern auch darum, zu verstehen, was Sie anhand von Grundlagen wie dem Verhalten von Isolatoren anhand des Fourier-Spektrums nichtlinearen Verhaltens sehen und hören oder wie das Ohmsche Gesetz auf das Leben in angewendet wird so viele absurde und doch nachdenkliche Wege.

• Bei Univ geht es darum, zu lernen, wie man sich neue Technologien beibringt und Lösungen findet, die möglicherweise unmöglich erscheinen. Aus der Vergangenheit wissen Sie jedoch, dass es möglicherweise eine Lösung gibt, und Sie müssen herausfinden, wie Sie diese durch Zusammenarbeit zum Funktionieren bringen.

Etwa 40 Jahre später heiratete ich die Schwiegermutter des Sohnes (der auch U of T EE-Professor ist) meines Professors in Winnipeg U of M in Controls Systems 401, der mir beibrachte, wie man Bode Plots analysiert, Überschwingen , kumulativ Integrierte Fehlerquadratanalyse und Root Locus. Wenn ich professionelle Lkw-Fahrer sehe, vergleiche ich diese Berechnung in meinem Kopf, wenn ich gelangweilt auf der Autobahn fahre und mich mit schlaffen Pkw-Fahrern vergleiche, und stelle mir vor, wie automatisierte Pkw-Roboteralgorithmen heute mit PID-Schleifen und Kompensation für Risikoumgehungsanalysen und Überschwingen funktionieren von übermäßigem Gewinn aufgrund von Software-Algorithmen für Hochgeschwindigkeits-Videos und andere solche sensationellen Themen ...

Ingenieure entwerfen Dinge, weil es Kunden gibt, die etwas wollen oder brauchen. Die Zeitparameter, nach denen Sie fragen, und andere beeinflussen, wie zufrieden der Kunde sein wird. Ich würde sagen, Ingenieure berechnen diese Parameter aus der Übertragungsfunktion, weil sie wissen, wie sie vom Kunden wahrgenommen werden.

Ein Beispiel, das ich nennen kann, sind Videoverstärker in Zeiten von CRTs. Diese haben in der Regel Feedback, sodass alle von Ihnen genannten Parameter vorhanden sind. Stellen Sie sich nun eine Szene vor, in der der Übergang von Schwarz zu Weiß scharf ist. Bei einem großen Überschwingen und einer langen Einschwingzeit sieht der Kunde eine Reihe dunkler und heller Linien. Dies ist für den Betrachter normalerweise zu beanstanden. Ein gewisses Überschwingen ist jedoch für den Kunden wünschenswert, da dadurch die Kanten schärfer aussehen. Das Engineering sucht nach einem vorgeschriebenen Überschwingen, um den Kunden zufrieden zu stellen.

Die Parameter, nach denen Sie fragen, stammen also aus der Übertragungsfunktion. Die Übertragungsfunktion kommt von den Komponenten, die der Ingenieur auswählt und wie er sie zusammensetzt. Ein Ingenieur, der einen Verstärker wie diesen entwirft, würde eine Schaltkreiskonfiguration haben, die auf früheren Erfahrungen oder anderen Beispielen für ähnliche Produkte basiert. Typischerweise können im Entwurfsprozess sehr einfache Modelle und schnelle Handanalysen durchgeführt werden, um zu etwas zu gelangen, das vielversprechend ist. Anschließend wird eine detailliertere Analyse mit detaillierteren Modellen durchgeführt. Die Übertragungsfunktion des detaillierten Modells gibt die Parameter an, nach denen Sie fragen. Wenn sie die Bedürfnisse des Kunden erfüllen, sind Sie fertig.

Während die spezifischen detaillierten Formeln nicht nützlich sind, ist es sicherlich nützlich, die Arten von Beziehungen zwischen verschiedenen Parametern zu kennen. Wenn Sie die Anstiegszeit einer Schaltung auf irgendeine Weise erhöhen, was passiert dann mit dem prozentualen Überschwingen und der Einschwingzeit? Je mehr Zeit mit solchen Schaltungen verbracht wird, desto besser wissen die Studenten / Ingenieure, was sie zu erwarten haben.

Es ist jedoch schwierig, Schaltungen zu entwerfen, ohne bereits ein Gefühl dafür zu haben, wie sich die einzelnen Parameter auf die anderen auswirken. Neue Designer führen häufig weitaus mehr Kombinationen von Simulationen durch, um sich einer praktikablen Lösung zu nähern, da sie nicht wissen, wie sie die Parameter optimieren sollen.

Die Schaltungsanalyse (auch mit mehreren unbekannten Variablen) ist normalerweise einfacher als das Entwerfen von Leerblättern. Wenn Sie nur die Schaltkreise auf einer Seite betrachten und lesen, wie sie funktionieren, werden die Schüler nicht mit der Vertrautheit vertraut, die sie benötigen, um die Beziehungen zwischen Parametern zu verinnerlichen. sie benötigen , um Arbeit mit den Schaltungen. Die Verwendung detaillierter Formeln ist eine Möglichkeit für die Schüler, an Schaltkreisen zu arbeiten und sich jeweils auf die Beziehung zwischen einigen spezifischen Parametern zu konzentrieren.

Ein weiterer Schwerpunkt: Als Ingenieur sollten Sie in der Lage sein, Ihre eigenen Werkzeuge herzustellen.

Sie können Werkzeuge verwenden, die andere für Sie vorbereitet haben, wenn sie für den Job in Ordnung sind, aber Sie werden irgendwann in die Situation geraten, wenn dies nicht der Fall ist, und dann brauchen Sie ein tiefes Verständnis dafür, was Sie tun und warum. Es gibt keinen Grund, sich zu schämen, wenn Sie aus Ihrem Alltag herausfallen und zunächst das Gefühl haben, nichts über Ihre Arbeit zu wissen - weil Sie Ihre Vorlesungen und diese dummen Laplace- und Z-Transformationen völlig vergessen haben.

Man muss aber aufholen können. In Eile. Weil die Leute dich quälen, warum du noch nicht fertig bist. Und deshalb musst du dieses Zeug ein für allemal lernen. Denn dann weißt du , dass du es kriegen wirst. Nochmal.

Persönlich habe ich diese Parameter überhaupt nicht verwendet, aber es könnte sein, dass ich nicht mit "Steuerungssystemen" arbeite. Diese Begriffe und Gleichungen wurden mir bereits in den Kontrollsystemklassen vorgestellt, aber das war das letzte Mal, dass ich von ihnen gehört habe.

Um Ihre Frage zu beantworten, würde ich sagen, dass es sehr von dem Bereich abhängt, an dem Sie arbeiten. Jemand, der die automatische Steuerung mit Sensoranwendungen verwendet, wird diese Begriffe höchstwahrscheinlich aus Stabilitätsgründen verwenden. Wenn Sie PI-, PD- und PID-Regler entwerfen, müssen Sie diese Begriffe auch ausführlicher kennen.

"Alle Modelle sind falsch. Einige Modelle sind nützlich" - G Box.

Alles, was wir tun, hat mit "Realität modellieren" zu tun.
Sie erwähnen einerseits die Systemübertragungsfunktion und die Position der Pole und andererseits Formeln, die die Eingabe bekannter Parameter erfordern, um nützliche Ergebnisse zu erzielen.
In der Realität ist NIEMALS das Ende der Realität - verteilte Parameter neigen dazu, für die Berechnung zusammengefasst zu werden, Nichtlinearitäten tendieren dazu, als lineare Funktionen angenähert zu werden, Aspekte, von denen "bekannt" ist, dass sie unwichtig sind (und die häufig, aber nicht immer sind), werden angenähert oder ignoriert oder durch eine Konstante ersetzt. Die gesamte Sammlung ist ein Tool-Kit, das in Verbindung mit unserem Gehirn und unserer Erfahrung und anderen neueren leistungsstarken Tools wie Simulationen verwendet werden soll, mit denen versucht wird (und oft auch geschafft wird), die Unwirklichkeit der Realität näher zu bestimmen.

Mein Punkt beim Schreiben einer scheinbar selbstverständlichen und weitläufigen Sammlung von Gedanken (und möglicherweise :-)) ist die Feststellung, dass mit zunehmender Erfahrung alles, was verfügbar ist, in unterschiedlichem Maße genutzt wird, da es sich als nützlich herausstellt und umso mehr Sie "wissen", je weniger Sie einige Teile verwenden, ABER sie sind immer nützlich als Werkzeuge, die auf Momente warten, in denen Erfahrung oder schlechte Ergebnisse darauf hindeuten, dass das, was Sie normalerweise verwenden, nicht gut genug ist.

Dies ist zum Teil eine verwirrende Art, Ihren Titel "Beached Whale" anzusprechen - lassen Sie sich nicht von allem überwältigen. Lernen Sie, wachsen Sie, freuen Sie sich über die Perversität der Realität und die Tatsache, dass einige Werkzeuge die meiste Zeit gut genug funktionieren, einige weniger häufig vorkommende Eigenheiten der Schöpfung jedoch immer darauf warten, Ihren Tag interessant zu machen.

Verwenden Sie alle Werkzeuge bei Bedarf.
Genießen!

Abhängig von Ihrem speziellen Job, Ihrem Umfang und wie weit Sie bereit sind, bei der Fehlerbehebung mitzuwirken (Ihre Leidenschaft, um Mr. Tony Stewart zu zitieren :-) Eine Facette meines Jobs als technischer Support ist die Fehlerbehebung bei der Feldbus- / Datenkommunikation. Ich könnte einfach die Verkabelung mit den Dokumenten des Lehrbuchs / Anbieters vergleichen und mit den Schultern zucken, wenn es nicht funktioniert. Oder ich kann ein Oszilloskop anbringen und versuchen zu verstehen, worauf ich schaue. Wenn dies Ihr Ansatz ist, ist es sehr nützlich, die Funktionsweise von "konzentrierten Komponenten" und Wellenlängeneffekten auf einer Übertragungsleitung zu verstehen. Solches Wissen (mit ein wenig Experimentieren / Kalibrieren) erlaubt mir zu erraten, wie viel von dem Störimpuls / Überschießen, das ich auf dem Oszilloskop sehen kann, auf die begrenzte Bandbreite meiner Sonden zurückzuführen ist, wie viel tatsächlich auf der Leitung vorhanden ist, um Inwieweit ist es

Nun, ich glaube, alle Antworten über mir sollten Ihren Verstand bereits öffnen, aber ich kann nicht widerstehen, auch zu antworten, da ich auch einen Abschluss in Elektrotechnik habe

Ich weiß nichts über die anderen, aber da sich mein Job auf die Produktion anstatt auf die Forschung konzentriert, ersetzen wir ihn jedes Mal, wenn wir diese Parameter haben, die Probleme verursachen (wie ein instabiles System in einer analogen Schaltung oder ein fehlerhafter Filter), nachdem wir dies versucht haben. Fehler oder Recherchen aus einer anderen Dokumentation, anstatt das Übertragungssystem zu berechnen. Vielleicht liegt es daran, dass das einzige, was zählt, die Endergebnisse sind und sich niemand um das Transfersystem zu kümmern scheint.

Ich wiederhole mich noch einmal, es ist mir passiert, und ich weiß nichts über den anderen, keine Beleidigung.

Diese Parameter werden in High Voltage Engg verwendet. zur Auslegung von Impulsspannungsgeneratoren - bis zu 20 MV. Impulsspannungen werden verwendet, um die Festigkeit von Isolatoren zu testen. Außerdem können Sie Blitzschläge simulieren und die Auswirkungen von Blitz auf verschiedene Systeme untersuchen.
Niederspannungs-Impulsgeneratoren werden auch zur Erzeugung digitaler Signale verwendet.