懟受控源和懟耦合器及雙翼單端口網(wǎng)絡(luò)建模方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種懟受控源和懟耦合器及雙翼單端口網(wǎng)絡(luò)建模方法，屬于電路元件模型和電路建模方法。懟比例受控源是由單翼受控源構(gòu)成的單翼形式的雙翼受控源，有敆受控源和屰受控源兩種特例，每種特例又有四種型式。懟耦合器由懟比例受控源構(gòu)成，有懟互變器和懟互轉(zhuǎn)器兩種類型，分別有敆互變器和屰互變器及暨互變器、敆互轉(zhuǎn)器和屰互轉(zhuǎn)器及暨互轉(zhuǎn)器各三種特例，敆互變器、屰互變器、敆互轉(zhuǎn)器和屰互轉(zhuǎn)器分別有四種特例。在無激單端口網(wǎng)絡(luò)中受控源自勵(lì)等效為電阻或阻抗，在有激單端口網(wǎng)絡(luò)中受控源自勵(lì)等效為實(shí)際電源，在孤立電路中受控源自勵(lì)等效為獨(dú)立源。懟受控源具有信號的變換與控制功能，懟耦合器具有參數(shù)變換和信號運(yùn)算功能。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
懟受控源和懟耦合器及雙翼單端口網(wǎng)絡(luò)建模方法
本專利技術(shù)涉及一種懟受控源和懟耦合器及雙翼單端口網(wǎng)絡(luò)建模方法，特別是采用單翼比例受控源構(gòu)建的懟比例受控源、采用懟比例受控源構(gòu)建的懟耦合器以及運(yùn)用疊加原理含受控源和耦合器雙翼單端口電路網(wǎng)絡(luò)的建模方法，屬于電路元件模型、裝置和電路建模方法。
技術(shù)介紹
隨著社會與技術(shù)的發(fā)展，電路的應(yīng)用日益普遍，但同時(shí)電路也變得日益復(fù)雜，從簡單的對聯(lián)電路、串并聯(lián)變換電路、三岔形三角形變換電路到超級復(fù)雜的電路，從單端口電路網(wǎng)絡(luò)、雙端口電路網(wǎng)絡(luò)到多端口電路網(wǎng)絡(luò)，從單相單翼電路、雙翼電路、兩相電路到三相電路甚至四翼電路，從靜態(tài)電路、穩(wěn)態(tài)電路到動(dòng)態(tài)電路，從普聯(lián)電路、耦合電路或傳輸電路到控制或控源電路，從全對稱電路、準(zhǔn)對稱電路到不對稱電路，從線性電路、非線性電路到開關(guān)電路、數(shù)字電路，電路正在飛速地發(fā)展，但同時(shí)帶來電路分析計(jì)算與設(shè)計(jì)上的巨大困難，如何分析電路、完善電路的分析原理和規(guī)則及方法、構(gòu)建完整的電路分析體系、簡化電路并降低電路設(shè)計(jì)的難度、降低電路的復(fù)雜度、降低電路的成本其研究具有重大的意義。電路的知識體系框架有基礎(chǔ)層、方法層和應(yīng)用層三個(gè)層面，如圖1所示。構(gòu)建電路網(wǎng)絡(luò)需用到電路元件，電路兩端元件的圖形符號與分類如圖2所示，理想直流電源、理想電表、電阻元件、恒功率源的伏安特性曲線如圖3a、3b、3c、3d所示。電路分析時(shí)常會用到實(shí)際獨(dú)立電源組件：實(shí)際獨(dú)立電壓源、實(shí)際獨(dú)立電流源、實(shí)際獨(dú)立電源，實(shí)際獨(dú)立電源組件形成過程如圖4所示。構(gòu)建復(fù)雜電路還需要雙端口網(wǎng)絡(luò)模塊，雙端口網(wǎng)絡(luò)模塊分為基本模塊和組合模塊兩類，雙端口基本模塊又稱雙端口元模塊簡稱雙端口元塊，包括雙端口電源元塊、雙端口雙向元塊、雙端口控源元塊和雙端口電表元塊。雙端口雙向元塊包括雙端口基礎(chǔ)元塊、雙端口耦合元塊，雙端口控源元塊包括比例受控源和積分受控源，雙端口元塊的圖形符號及分類如圖5所示。復(fù)雜電路常由兩組、三組或多組電路構(gòu)成，電路之間的對稱性是電路的重要形式。電路的對稱性：元素、層級、類別。元素：拓?fù)洹⒃愋汀⒃?shù)、激勵(lì)；層級：拓?fù)洹㈦娐沸问健㈦娐方Y(jié)構(gòu)、全部；類別：不對稱、準(zhǔn)對稱、全對稱。不對稱：結(jié)構(gòu)不對稱，即拓?fù)洹㈩愋突騾?shù)不對稱；準(zhǔn)對稱：結(jié)構(gòu)對稱、激勵(lì)不對稱；全對稱：結(jié)構(gòu)對稱、激勵(lì)也對稱。結(jié)構(gòu)對稱既是形式對稱、又是元件參數(shù)對稱，形式對稱既是拓?fù)鋵ΨQ、又是元件類型對稱。激勵(lì)對稱：雙翼電路激勵(lì)相同或相反，兩相電路激勵(lì)相位差四分之一周，三相電路分為弱對稱和強(qiáng)對稱，弱對稱是指三相激勵(lì)之和為零，強(qiáng)對稱是指三相激勵(lì)相位差三分之一周。電路的重要形式：實(shí)電路，單相電路，變量與參數(shù)均為實(shí)數(shù)。復(fù)電路，單相形式的兩相對稱復(fù)合電路，變量與參數(shù)均為復(fù)數(shù)；復(fù)電路，單相形式的兩相對稱疊加態(tài)電路，變量與參數(shù)均為復(fù)數(shù)；叢電路，單相形式的兩相非對稱疊加態(tài)電路，變量為復(fù)數(shù)、參數(shù)為叢數(shù)。敆電路，單翼形式的雙翼對稱疊加態(tài)電路，變量與參數(shù)均為敆數(shù)；懟電路，單翼形式的雙翼非對稱疊加態(tài)電路，變量為敆數(shù)、參數(shù)為懟數(shù)。卷電路，單相形式的對稱三相疊加態(tài)電路，變量與參數(shù)均為卷數(shù)；徽電路，單相形式的非對稱三相疊加態(tài)電路，變量為卷數(shù)、參數(shù)為徽數(shù)。復(fù)數(shù)單位復(fù)數(shù)表示為或復(fù)數(shù)單位ζ2＝-1→ζ＝±κ，復(fù)數(shù)表示為或叢數(shù)共軛算子@，性質(zhì)叢數(shù)表示為敆數(shù)單位ρ，性質(zhì)ρ2＝1→ρ＝±1，敆數(shù)表示為懟數(shù)逆反算子◇，性質(zhì)懟數(shù)表示為卷數(shù)單位λ2＝γ、性質(zhì)λγ＝γλ＝λ3＝γ3＝1，卷數(shù)表示為徽數(shù)轉(zhuǎn)位算子$、#、共軛算子@，性質(zhì)$$＝#、##＝$、$#＝#$＝1、徽數(shù)表示為凡數(shù)，帶有標(biāo)識符號滿足乘法交換律的數(shù)，如復(fù)數(shù)、復(fù)數(shù)、敆數(shù)和卷數(shù)等；泛數(shù)，帶有標(biāo)識符號但不滿足乘法交換律的數(shù)，如叢數(shù)、懟數(shù)和徽數(shù)等。復(fù)數(shù)和叢數(shù)、敆數(shù)和懟數(shù)具有兩種狀態(tài)的疊加態(tài)，卷數(shù)和徽數(shù)具有三種狀態(tài)的疊加態(tài)，相應(yīng)的電路因此稱為疊加態(tài)電路。復(fù)數(shù)：實(shí)部與虛部兩個(gè)實(shí)數(shù)的組合數(shù)，虛部帶虛數(shù)單位ζ則稱為虛數(shù)，虛數(shù)單位ζ運(yùn)算時(shí)視為常數(shù)，且復(fù)數(shù)是兩維平面角度正向展開與反向展開兩種狀態(tài)的疊加。復(fù)數(shù)的性質(zhì)：1、復(fù)數(shù)的表示：2、復(fù)數(shù)的共軛：3、復(fù)數(shù)的加減：4、復(fù)數(shù)的乘法：5、復(fù)數(shù)的除法：6、共軛的運(yùn)算：叢數(shù)：原部與厄部兩個(gè)復(fù)數(shù)的組合數(shù)，厄部帶共軛算子@則稱為厄數(shù)，如稱為原部或轅部、稱為厄部或軛部、即為厄數(shù)或軛數(shù)。叢數(shù)是含有共軛算子@的泛數(shù)，共軛算子@也稱共軛因子共軛算子@是個(gè)右向運(yùn)算符，僅對其右邊的叢數(shù)或復(fù)數(shù)及變量起變換作用，而對其左邊的數(shù)或變量不起作用，叢數(shù)可視為廣義復(fù)數(shù)運(yùn)算符。叢數(shù)的性質(zhì)：1、叢數(shù)的共軛：原部共軛、厄部共軛；且：2、叢數(shù)的迴旋：原部共軛、厄部取反；且：3、叢數(shù)的加減：原部加減、厄部加減；且：4、叢數(shù)的乘法：積是叢數(shù)；不具備交換律但具備結(jié)合律且：但：5、叢數(shù)的模幟：原部與厄部的模平方之差；6、叢數(shù)的倒數(shù)：叢數(shù)的迴旋除以模幟，其中：7、叢數(shù)乘復(fù)數(shù)：積是復(fù)數(shù)，且不具備交換律但具備結(jié)合律8、叢數(shù)的解析：特例：叢電路的形成、橫聯(lián)電阻或跨聯(lián)電阻與縱聯(lián)電阻或共聯(lián)電阻的處理分別如圖6a、6b所示，兩相最簡典型電路及其叢電路如圖7所示。橫聯(lián)電阻電流：即得：縱聯(lián)電阻電流：即得：雙翼電路是結(jié)構(gòu)樣式對稱的兩翼電路，有參數(shù)對稱與參數(shù)不對稱兩種形式。單翼形式參數(shù)對稱的雙翼電路稱為敆電路，單翼形式的普通雙翼電路稱為懟電路，也常特指單翼形式的參數(shù)非對稱雙翼電路。敆電路是參數(shù)為敆數(shù)的懟電路，是懟電路的特例。在模擬電子技術(shù)中，除共模抑制電阻、差動(dòng)負(fù)載電阻外無交聯(lián)的雙翼電路稱為差分電路，敆電路對應(yīng)對稱差分放大電路，懟電路對應(yīng)普通差分電路，常特指非對稱差分電路。雙翼電路是電路最基本的形式之一，是在空間上同軸相對、形式和拓?fù)湎嗤膬山M電路。當(dāng)結(jié)構(gòu)采用單翼形式表示時(shí)雙翼電路稱為懟電路，參數(shù)為懟數(shù)、物理量為敆數(shù)，懟電路的形成、差動(dòng)電阻或差模電阻與共動(dòng)電阻或共模電阻的處理分別如圖8a、8b所示。結(jié)構(gòu)采用單翼形式表示時(shí)對稱雙翼電路稱為敆電路，參數(shù)和物理量均為敆數(shù)。雙翼電阻、電導(dǎo)和阻抗、導(dǎo)納采用單翼形式分別稱為懟電阻、懟電導(dǎo)和懟阻抗、懟導(dǎo)納，可分解為正向?qū)ΨQ與反向?qū)ΨQ兩個(gè)部分分別稱為敆電阻與屰電阻、敆電導(dǎo)與屰電導(dǎo)、敆阻抗與屰阻抗、敆導(dǎo)納與屰導(dǎo)納，懟參數(shù)與敆參數(shù)及屰參數(shù)的關(guān)系如圖9a、9b、圖10a、10b所示。由于比例受控源、耦合器與積分受控源電路的靈活性，雙翼電路中比例受控源、耦合器與積分受控源電路可進(jìn)一步構(gòu)成雙翼相互交聯(lián)的功能更強(qiáng)的懟模塊，為構(gòu)建功能強(qiáng)大的雙翼電路奠定基礎(chǔ)。將雙翼電路轉(zhuǎn)化為單翼的懟電路結(jié)構(gòu)形式大大簡化，由于結(jié)構(gòu)的簡化，懟電路的分析與計(jì)算過程也得以簡化，如何構(gòu)建懟元塊對于懟電路非常重要。由于比例受控源及耦合器在電路、電子、電器、自動(dòng)控制等領(lǐng)域的重要性，理想懟模塊和懟模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具有非常重要的意義。由于電路信號變換與數(shù)學(xué)變量運(yùn)算的高度一致性，即：電路是數(shù)學(xué)最佳的應(yīng)用實(shí)例、數(shù)學(xué)是電路最強(qiáng)的分析工具本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種懟比例受控源，有一個(gè)控制輸入敆端口

【技術(shù)特征摘要】
1.一種懟比例受控源，有一個(gè)控制輸入敆端口和一個(gè)電源輸出敆端口其特征在于：
懟比例受控源由四個(gè)控制關(guān)系為s＝Ψr、參數(shù)Ψ分別為Ψ11、Ψ12、Ψ21與Ψ22的同類型單翼比例受控源構(gòu)成，單翼比例受控源Ψ11的控制輸入端口與單翼比例受控源Ψ21的控制輸入端口聯(lián)接構(gòu)成第一個(gè)控制輸入端口r1，單翼比例受控源Ψ12的控制輸入端口與單翼比例受控源Ψ22的控制輸入端口聯(lián)接構(gòu)成第二個(gè)控制輸入端口r2，兩個(gè)控制輸入端口復(fù)合成為懟比例受控源的控制輸入敆端口單翼比例受控源Ψ11的電源輸出端口與單翼比例受控源Ψ12的電源輸出端口聯(lián)接構(gòu)成第一個(gè)電源輸出端口s1，單翼比例受控源Ψ21的電源輸出端口與單翼比例受控源Ψ22的電源輸出端口聯(lián)接構(gòu)成第二個(gè)電源輸出端口s2，兩個(gè)電源輸出端口復(fù)合成為懟比例受控源的電源輸出敆端口兩個(gè)單翼比例受控源電壓輸入端口的聯(lián)接為并接、電流輸入端口的聯(lián)接為串接，兩個(gè)單翼比例受控源電壓源輸出端口的聯(lián)接為串接、電流源輸出端口的聯(lián)接為并接；由此構(gòu)成的懟比例受控源的控制關(guān)系為：參數(shù)其中：
懟比例受控源有懟電壓控制電壓源、懟電流控制電流源、懟電流控制電壓源和懟電壓控制電流源四種類型，懟電壓控制電壓源的控制關(guān)系參數(shù)懟電流控制電流源的控制關(guān)系參數(shù)懟電流控制電壓源的控制關(guān)系參數(shù)懟電壓控制電流源的控制關(guān)系參數(shù)


2.按權(quán)利要求1所述的懟比例受控源，其特征在于：
所述的懟比例受控源，即為敆比例受控源，即為屰比例受控源；
所述的懟電壓控制電壓源，即為敆電壓控制電壓源，即為屰電壓控制電壓源；
所述的懟電流控制電流源，即為敆電流控制電流源，即為屰電流控制電流源；
所述的懟電流控制電壓源，即為敆電流控制電壓源，即為屰電流控制電壓源；
所述的懟電壓控制電流源，即為敆電壓控制電流源，即為屰電壓控制電流源。


3.一種含有權(quán)利要求1或2所述懟比例受控源的懟耦合器，有一個(gè)原邊敆端口和一個(gè)副邊敆端口其特征在于：
懟耦合器由所述的懟比例受控源構(gòu)成，且有懟互變器和懟互轉(zhuǎn)器兩種類型；
懟互變器由一個(gè)懟電壓控制電壓源和一個(gè)懟電流控制電流源構(gòu)成，懟電壓控制電壓源的控制輸入敆端口與懟電流控制電流源的電源輸出敆端口并接作為懟互變器的原邊敆端口，懟電流控制電流源的控制輸入敆端口與懟電壓控制電壓源的電源輸出敆端口串接作為懟互變器的副邊敆端口；或者懟互變器由一個(gè)懟電壓控制電壓源和一個(gè)懟電流控制電流源構(gòu)成，懟電流控制電流源的控制輸入敆端口與懟電壓控制電壓源的電源輸出敆端口串接作為懟互變器的原邊敆端口，懟電壓控制電壓源的控制輸入敆端口與懟電流控制電流源的電源輸出敆端口并接作為懟互變器的副邊敆端口，所構(gòu)成的懟互變器的控制關(guān)系為參數(shù)
懟互轉(zhuǎn)器由兩個(gè)懟電流控制電壓源與構(gòu)成，第一個(gè)懟電流控制電壓源的控制輸入敆端口與第二個(gè)懟電流控制電壓源的電源輸出敆端口串接作為懟互轉(zhuǎn)器的原邊敆端口，第二個(gè)懟電流控制電壓源的控制輸入敆端口與第一個(gè)懟電流控制電壓源的電源輸出敆端口串接作為懟互轉(zhuǎn)器的副邊敆端口；或者懟互轉(zhuǎn)器由兩個(gè)懟電壓控制電流源與構(gòu)成，第二個(gè)懟電壓控制電流源的控制輸入敆端口與第一個(gè)懟電壓控制電流源的電源輸出敆端口并接作為懟互轉(zhuǎn)器的原邊敆端口，第一個(gè)懟電壓控制電流源的控制輸入敆端口與第二個(gè)懟電壓控制電流源的電源輸出敆端口并接作為懟互轉(zhuǎn)器的副邊敆端口，所構(gòu)成的懟互轉(zhuǎn)器的控制關(guān)系為參數(shù)


4.按權(quán)利要求3所述的懟耦合器，其特征在于：
所述的懟互變器，為懟協(xié)變器，為懟反變器；
所述的懟互轉(zhuǎn)器，為懟回轉(zhuǎn)器，為懟反轉(zhuǎn)器。


5.按權(quán)利要求3所述的懟耦合器，其特征在于：
所述的懟耦合器，由兩個(gè)敆比例受控源構(gòu)成的為敆耦合器，有敆互變器和敆互轉(zhuǎn)器兩種；由兩個(gè)屰比例受控源構(gòu)成的為屰耦合器，有屰互變器和屰互轉(zhuǎn)器兩種；由一個(gè)敆比例受控源和一個(gè)屰比例受控源構(gòu)成的為暨耦合器，有暨互變器和暨互轉(zhuǎn)器兩種；
所述的懟互變器，即為敆互變器，即為屰互變器，即或即則為暨互變器；
所述的懟互轉(zhuǎn)器，即為敆互轉(zhuǎn)器，即為屰互轉(zhuǎn)器，即或即則為暨互轉(zhuǎn)器。


6.按權(quán)利要求5所述的懟耦合器，其特征在于：
所述的敆互變器為敆協(xié)變器，為敆反變器，則為敆左變器，則為敆右變器；
所述的屰互變器為屰協(xié)變器，為屰反變器，則為屰左變器，則為屰右變器；
所述的敆互轉(zhuǎn)器為敆回轉(zhuǎn)器，為敆反轉(zhuǎn)器，則為敆左轉(zhuǎn)器，則為敆右轉(zhuǎn)器；
所述的屰互轉(zhuǎn)器為屰回轉(zhuǎn)器，為屰反轉(zhuǎn)器，則為屰左轉(zhuǎn)器，則為屰右轉(zhuǎn)器。


7.一種含有單個(gè)權(quán)利要求1或2所述懟比例受控源之?dāng)棻壤芸卦春暇鄣臄梿味丝诰W(wǎng)絡(luò)建模方法，通過測量受控源的控制量和輸出友伴量經(jīng)計(jì)算將受控電源等效為實(shí)際電源或電阻、阻抗，不僅適用于單翼電路、還適用于對稱雙翼電路或敆電路；其特征在于：
第一步：受控源由感知控制量的感播器和呈現(xiàn)輸出量的受控電源構(gòu)成，受控電源視為激勵(lì)未知的獨(dú)立電源，輸出量為視在激勵(lì)；
第二步：有激單端口網(wǎng)絡(luò)中存在獨(dú)立電源端口置零受控電源視在激勵(lì)置零測量得到受控源的控制量和輸出友伴量
第三步：所有獨(dú)立電源激勵(lì)置零受控電源視在激勵(lì)置零端口加激勵(lì)測得受控源的控制量和輸出友伴量則受控源的控制量關(guān)于端口激勵(lì)的比例系數(shù)為輸出友伴量關(guān)于端口激勵(lì)的比例系數(shù)為
第四步：所有獨(dú)立電源激勵(lì)置零端口置零受控電源設(shè)置視在激勵(lì)測得受控源的控制量和輸出友伴量則受控源的控制量關(guān)于受控電源視在激勵(lì)的比例系數(shù)為輸出友伴量關(guān)于受控電源視在激勵(lì)的比例系數(shù)為第五步：根據(jù)疊加原理，可得到受控源控制量關(guān)于受控源輸出量和端口激勵(lì)量的線性多項(xiàng)式函數(shù)為受控源輸出友伴量關(guān)于受控源輸出量和端口激勵(lì)量的線性多項(xiàng)式函數(shù)為
第六步：受控源輸出量與控制量的控制關(guān)系為輸出量與端口激勵(lì)量的關(guān)系輸出友伴量與端口激勵(lì)量的關(guān)系由此得到在任意端口激勵(lì)下受控源輸出友伴量關(guān)于輸出量的多項(xiàng)式函數(shù)為即受控電源可等效為實(shí)際電源；
第七步：無激單端口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部無獨(dú)立源，即則故輸出量與端口激勵(lì)量的關(guān)系輸出友伴量與端口激勵(lì)量的關(guān)系由此得到在任意端口激勵(lì)下受控源輸出友伴量關(guān)于輸出量的多項(xiàng)式函數(shù)為即受控電源可等效為電阻或阻抗；
第八步：根據(jù)戴維寧——諾頓定理，整個(gè)有激單端口網(wǎng)絡(luò)等效為一個(gè)實(shí)際電源，整個(gè)無...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：朱明，朱嘉慧，
申請(專利權(quán))人：朱嘉慧，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31