物性效应模型第三讲.ppt

第1页，共35页，星期日，2025年，2月5日键图法键图的优势：①适用于非线性元件②包含因果关系的描述，能直接确定系统阶数，状态变量，非线性元件的构成规则建模目标：能反映所有可实现物理系统;所有可能的模型符合可实现物理系统。（一般性——约束的矛盾）满足两者最佳的建模形式是：强调一方面，基本物理约束清楚，包括守恒关系和因果关系③元件模型广泛，适于反映变换器中能量形式的变换，同时伴有能量贮存和耗散第2页，共35页，星期日，2025年，2月5日键图短粗线表示系统各部分之间能量和变量的连接关系（bond）A—B键：不能存储或消耗能量，接收发送能量相等类似等效电路：五个理想1端口元件理想势源E、理想流源F、理想容性C、惯性I、阻性元件R半箭头表示能量流的正方向第3页，共35页，星期日，2025年，2月5日键图节点：共势节点，（并联）,0节点：等流节点，（串联）1第4页，共35页，星期日，2025年，2月5日键图振子：等效电路与键图有唯一对应关系第5页，共35页，星期日，2025年，2月5日键图振子：等效电路与键图有唯一对应关系第6页，共35页，星期日，2025年，2月5日键图中因果关系描述子系统键合：功率流,(双向信号流)功率键：流、势两个变量，仅能控制一个（另一个表现为响应）（即存在双向信号流）→用因果关系描述（短横线）给定势，必有流响应给定流，必有势响应末端加短横线表示势信号方向首端加短横线表示流信号方向第7页，共35页，星期日，2025年，2月5日键图中因果关系描述因果关系与功率流独立：流源确定其他部分的流，势源决定其余的势节点的因果关系0节点：一个端口决定势，其余势相同（被决定）1节点：一个端口决定流，其余流相同（被决定）第8页，共35页，星期日，2025年，2月5日1端口储能元件的因果关系积分因果关系，派生因果关系（导数）对容性元件：q:广义位移,g:可逆函数两种可能：给定势，即确定流→逆函数确定。给定流，势不确定（需初值）→增加系统阶数第9页，共35页，星期日，2025年，2月5日1端口储能元件的因果关系同样对于惯性元件：p:广义动量,g:可逆函数两种可能：给定势，积分因果关系，独立因果结构给定流，势确定，派生因果关系（非独立因果关系）容性和惯性器件的独立因果结构：非独立因果结构：第10页，共35页，星期日，2025年，2月5日1端口储能元件的因果关系阻性元件的因果关系：给定流或势均一样。对任何可逆函数：功率均是确定的，不增加系统阶数对非线性阻尼元件：可能存在不可逆问题，但仅一个因果结构允许。第11页，共35页，星期日，2025年，2月5日键图建模中的因果标记方法从仅有一个因果结构选择的元件（源）开始；再处理反映系统阶数的因果结构元件（容性或惯性元件）尽量采用独立因果关系（积分）依次表示每一容性或惯性元件，只要没有冲突然后处理不反映系统阶数的因果结构元件检查各键的因果关系是否与其他键冲突第12页，共35页，星期日，2025年，2月5日键图建模中的因果标记方法一般来说，储能元件的非独立因果关系都有明显解释，如飞轮，两个惯性件联结1节点，一个作积分（独立）因果关系，另一个必为派生因果关系，否则会产生冲突。第13页，共35页，星期日，2025年，2月5日键图建模中的因果标记方法例：单阻尼振子：独立因果I,C(二阶系统)第14页，共35页，星期日，2025年，2月5日键图优点：①直接确定阶数阶数的作用：一阶系统不能谐振而是衰减②提供建立系统行为方程的路线键图建模出现病态：独立因果变量元件与系统阶数不等，典型的如双重储能元件（振子中出现2个弹簧作为容性元件），共3个储能元件，系统并不会由2阶增加到3阶。键图建模第15页，共35页，星期日，2025年，2月5日键图建模需要一个初始条件确定系统状态：不增加阶数。并联弹簧，整体处理→可合成处理元件，不影响系统阶数第16页，共35页，星期日，2025年，2月5日键图建模无活性2端口元件（Nonenergic）变换器：1端口元件模型无法描述，不能转换能量引入:双端口或多端口元件模型无活性2端口元件：既不存储也不耗散能量，仅实现转换，拥有两组能量变量。第17页，共35页，星期日，2025年，2月5日键