Som de flesta människor lärde jag mig tidigt att förändring är en del av livets väv. Detta gör naturligtvis förändring till ett oundvikligt fenomen. Det är dock detta ständiga tillstånd av förändring som främjar kreativitet och främjar de framsteg som vi ser i vårt dagliga liv.
Som jag anspelade på tidigare omfattar förändring allt omkring oss, och detta inkluderar elektronikområdet. Beroende på omständigheterna och innehållet i förändringen kan den dessutom vara antingen bra eller dålig. Inom elektronikområdet är förändring dessutom ofta ett krav för en anordnings övergripande funktionalitet.
Och, som ni säkert är medvetna om, är förändring i sig själv i huvudsak ett övergångstillstånd. Som de flesta saker vi möter inom elektronik finns det dessutom minst två existenstillstånd. Med en strömbrytare är den till exempel antingen av eller på. Det finns dock två klassificeringar av tillstånd som är en viktig del av analysen och förståelsen av systemegenskaper och övergripande funktionalitet. Dessa två tillstånd är det stabila tillståndet och det transienta tillståndet.
Vad är definitionen av ett stabilt tillstånd?
För att definiera ett stabilt tillstånd för ett system, skulle du observera att vad som än påverkar systemets beteende är konstant eller oföränderligt i tiden Dessutom, i termer av kontinuerlig tid, innebär detta att för dessa egenskaper (p) hos systemet, förblir den partiella derivatan med avseende på tid noll.
Följande ekvation beskriver detta förhållande: ∂p / ∂t = 0
Notera: I matematik, när en funktion är av flera variabler, är en partiell derivat dess derivat för en av dessa variabler, medan de andra förblir konstanta. Detta står dock i direkt kontrast till en total derivat, där alla variabler tillåts variera.
Också inom elektronikområdet är ett stabilt tillstånd det jämviktstillstånd i ett nätverk eller en krets som uppstår när effekterna av transienterna inte längre är livskraftiga. Vidare uppnås ett stabilt tillstånd efter att de initiala, svängningarna eller turbulensen försvinner. När ett system upplever ett stabilt tillstånd anses systemet dessutom vara stabilt.
Totalt sett är det kritiskt att bestämma det stabila tillståndet, eftersom många specifikationer för elektroniska konstruktioner presenteras i termer av ett systems egenskaper vid stabilt tillstånd. Dessutom är steady-state-analysen en ovärderlig komponent i konstruktionsprocessen.
Att arbeta sig igenom förståelsen av ett systems steady state är absolut nödvändigt för en konstruktör.
Vad är definitionen av ett transient tillstånd?
I allmänhet har nästan varje process eller system både ett stationärt tillstånd och ett transient tillstånd. Dessutom etableras ett stabilt tillstånd efter en viss tid i ditt system. Ett transient tillstånd är dock i huvudsak tiden mellan händelsens början och det stabila tillståndet.
Som definition är ett transient tillstånd därför när en eller flera processvariabler förändras, men innan systemet når ett stabilt tillstånd. Dessutom är transient tid den tid det tar för en krets att ändra från ett stabilt tillstånd till nästa.
Till exempel, om du aktiverar en strömbrytare i en krets som innehåller en induktor eller kondensator, kommer komponenten att utnyttja den resulterande förändringen i ström eller spänning, vilket gör att systemet tar en avsevärd tid på sig för att nå ett nytt stabilt tillstånd. Dessutom kan man definiera en transient genom att säga att om en kvantitet är i vila och en förändring i tiden äger rum, vilket förändrar det aktuella tillståndet, har en transient inträffat.
Betydelsen av stabilitetsanalys i stationärt tillstånd
Jag nämnde kortfattat betydelsen av att bestämma det stationära tillståndet. Dessutom har vi ytterligare bevis för vikten av att bestämma steady state när vi undersöker konstruktionsspecifikationer. Som ni säkert känner till förmedlar konstruktörer konstruktionsspecifikationer i termer av dessa egenskaper. Dessutom ger analysen av ett systems egenskaper i stationärt tillstånd en övergripande förståelse för hur en anordning kommer att prestera och fungera.
Det finns dessutom flera analysmetoder som används för att bestämma det stationära tillståndet och det transienta tillståndet i ett system eller en process. En sådan metod är den sinusformiga steady state-analysen. Det är en analysmetod som används för att analysera växelströmskretsar med hjälp av identiska tekniker för att lösa likströmskretsar. Även förmågan hos ett kraftsystem eller en elektrisk maskin att återfå sitt ursprungliga eller tidigare tillstånd kallas Steady State Stability.
Ett systems stabilitet beskriver förmågan hos ett system att återgå till sitt steady state när det utsätts för störningar. Generellt sett består kraftsystemets stabilitet av tre kategorier: Övergångstillstånd, dynamisk stabilitet och stabilt tillstånd.
Också studier av stabiliteten i stationärt tillstånd är vanligtvis begränsade till gradvisa eller små förändringar i ett systems drifttillstånd. När man gör detta koncentrerar man sig dock främst på att begränsa bussspänningarna närmare sina minimivärden. Vidare ser man till att fasvinklarna mellan de två bussarna inte är för stora och kontrollerar om överföringsledningarna och kraftutrustningen är överbelastade.
Transient- och dynamisk stabilitetsanalys
I fråga om analys innebär Transientstabilitet en bedömning av ett kraftsystem efter ett betydande avbrott eller störning. Exempelvis (generatorer) efter en betydande störning i den synkrona generatorn ändras belastningsvinkeln på grund av den plötsliga accelerationen av rotoraxeln. Därför är huvudsyftet med en undersökning av transient stabilitet att fastställa om belastningsvinkeln återgår till ett konstant värde efter korrigeringen av störningen.
Dynamisk stabilitet eller stabilitet med små signaler är också en analys av ett kraftsystems förmåga att förbli stabilt vid kontinuerliga små störningar. Dessutom uppstår dessa små störningar på grund av oregelbundna fluktuationer i produktionsnivåer och belastningar. Med sammankopplade kraftsystem kan dessa godtyckliga variationer dessutom leda till katastrofala fel.
För mekaniska system gäller slutligen att om man applicerar en periodisk kraft kommer den vanligtvis att nå ett stabilt tillstånd efter att ha genomgått ett visst transient beteende. Detta inträffar dessutom oftast i vibrerande system, t.ex. en klockpendel. Detta kan dock inträffa i alla halvstabila eller stabila dynamiska system. Dessutom beror den tid som tillbringas i det transienta tillståndet på systemets initialtillstånd.
Beräkningsmetoder för stationärt tillstånd
Totalt sett finns det två metoder som du kan använda för att beräkna det stationära tillståndet. För det första kan du använda tidsdomänalgoritmer och för det andra kan du använda frekvensdomänalgoritmer eller metoden för harmonisk balans. Dessutom är frekvensdomänmetoden det bättre valet för mikrovågskretstillämpningar som exciteras med sinusformade signaler, t.ex. effektförstärkare och blandare.
Också tidsdomänmetoden är uppdelad i två underavdelningar, skjutningsmetoder (iterativa metoder) och tidsdomänkänslighet (metoder med ett steg).
För övrigt kräver tidsdomänkänslighet derivat för att beräkna det jämna tillståndet. Men när dessa inte är lättillgängliga använder man skjutmetoderna.
Konfigurering av din elektroniska hårdvarudesign kan vara en utmaning, som vi alla vet.
Slutsatsen är att bestämma det stabila tillståndet och det transienta tillståndet är vitala delar av designprocessen. Studiet av dessa två tillstånd ger en större förståelse för kretsens funktionalitet och karakteristiskt driftsbeteende. Sammantaget är analysen av Steady state och Transient state en ovärderlig del av konstruktionsprocessen.
Den uppsättning konstruktions- och analysverktyg som Cadence erbjuder kan utrusta dig med det som varje konstruktör eller analysator behöver för funktionalitet i konstruktioner i steady state eller transient state. När du arbetar med dina kretsars beteende bör du ha en stark bas att utgå ifrån, och Allegro PCB Designer är utan tvekan ett starkt val för layout och produktion.
Om du vill veta mer om hur Cadence har lösningen för dig, prata med oss och vårt expertteam.
Om författaren
Cadence PCB-lösningar är ett komplett designverktyg från början till slut för att möjliggöra ett snabbt och effektivt produktskapande. Cadence gör det möjligt för användarna att exakt förkorta designcyklerna och överlämna dem till tillverkningen genom modern IPC-2581 industristandard.
Följ på Linkedin Besök webbplatsen Mer innehåll från Cadence PCB Solutions