Esta es una pregunta muy general. En ingeniería eléctrica de pregrado, a los estudiantes generalmente se les enseña sobre la respuesta escalonada a los circuitos LC (segundo orden).

Esto es generalmente cuando se introducen muchos parámetros, algunos de los cuales son

• hora de levantarse
• Hora pico
• exceso de porcentaje
• tiempo de estabilización

La definición de estos se puede encontrar en varias fuentes, como wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Settling_time

y existen fórmulas detalladas para muchas de estas cantidades 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

No tengo una amplia experiencia en diseño de circuitos, supongo que estos parámetros se pueden usar como regla general para calcular la función de transferencia del sistema o la ubicación de los polos, etc. No tengo idea de cómo se pueden usar en la realidad.

¿Pueden los ingenieros eléctricos que trabajan en el diseño de circuitos comentar la utilidad práctica de estos parámetros? ¿O estos parámetros los encuentra algún algoritmo que se utiliza en el proceso de diseño?

¡Muchas gracias!

Respuesta corta: en 20 años no lo he hecho ni una vez.

Respuesta más larga:
depende mucho del campo en el que estés trabajando.

¿Tiene que preocuparse por los tiempos de subida, los tiempos de caída, etc.? Sí. No para cada señal, de hecho, normalmente solo te interesan por una pequeña fracción de señales. Saber cuáles son importantes es una parte importante del trabajo.

Pero para los que sí importan, las fórmulas en el libro son bastante inútiles, son excelentes para una aproximación de primer paso, pero si una aproximación aproximada es lo suficientemente buena, probablemente no sea una señal que sea demasiado crítica para comenzar. Cualquier circuito del mundo real es demasiado complejo para analizarlo en detalle a mano, en su lugar, ejecuta una simulación en lugar de utilizar la fórmula en el libro y el simulador ya conoce las fórmulas.
Entonces, las fórmulas de los libros son buenas porque entonces entiendes lo que el simulador está haciendo detrás de escena y las suposiciones y limitaciones en lo que está haciendo. Hay mucho que decir para apreciar lo que hacen sus herramientas en el fondo, si nada más ayuda a descubrir por qué se rompen o se quejan de las cosas cuando lo hacen. Pero no es necesario que recuerdes ni puedas trabajar en las matemáticas que están sucediendo detrás de la cortina.

Y, en última instancia, no importa lo que el simulador te diga después de que lo hayas construido, lo verificas en el mundo real porque, como dice el dicho, la teoría y la práctica son lo mismo. En la práctica no lo son.

Estos cálculos son absolutamente utilizados por EE profesionales, para algunos a diario. Sin embargo, para muchos este trabajo se ha dado al software de simulación, como LTSpice, que también se usa a diario. En general, la simulación es mucho más rápida de completar, por lo que es mucho más productiva que hacer los cálculos a mano.

Generalmente uso las fórmulas solo para tener una idea general de qué esperar (por ejemplo, dentro de un orden de magnitud), y dejo el número real a los simuladores.

Primero se refiere a estas fórmulas básicas y luego descubre que el mundo real tiene muchas características no lineales como los detectores de fase XOR en una segunda respuesta de bucle PLL cuando excede el límite de fase o que todos los filtros de paso bajo causan interferencia entre símbolos (ISI) a menos que el filtro resuene dentro del símbolo binario, entonces aplica los filtros "Coseno elevado" para cero fluctuación de fase.

La lección más importante que debe aprender es comprender los problemas para cualquier estrés ambiental, influencia de las especificaciones de diseño EMI, SNR y WRITE GOOD sin ninguna restricción de implementación. es decir, "no específico de implementación. Comprenda esto mejor, leyendo buenas especificaciones como cualquier componente comercial y haga que su proyecto esté bien especificado para conocer TODOS los requisitos para entradas y salidas como Z, V, I, de t y f y TODAS LAS TOLERANCIAS, entonces usted tenga algo para validar, pruebe y tenga un buen criterio de aceptación y margen de error y pruebe para no conocer las consecuencias, el eslabón más débil y la detección de fallas, aspectos de corrección de su diseño.

No enseñan que esto es en la escuela. Pero puedes aprender rápido prestando atención a los detalles.

Luego, aprenderá cómo hacer que el sistema sea más lineal mediante restricciones o rango limitado o ancho de banda dual o un mejor bucle PID para minimizar o evitar el sobrepaso cambiando los modos de retroalimentación del modo de aceleración a la velocidad a la posición.

Una habilidad crítica clave útil en electrónica analógica / digital es realizar un análisis de sensibilidad, tolerancias en el peor de los casos, diseño de experimentos (DoE), prueba de margen (por ejemplo, cambiar el error de suministro,% de error de reloj y vibración simultáneamente) y planes de prueba de diseño / verificación de proceso o DVT / PVT.

He utilizado docenas de diferentes herramientas para la simulación, desde herramientas de gama alta hasta herramientas gratuitas como VSpice, Mag-designer, diseñadores de filtros, analizadores Bode, analizadores de red, analizadores modales y ... analizadores lógicos de 96 canales. A veces, todo funciona cuando se ponen todas las sondas ... Pero últimamente, para el show N, me gustan todas las docenas de herramientas de física de Java, incluidos los analizadores de circuitos con este primitivo ejemplo de PLL de tipo II.

Para un sistema lineal de segundo orden, prefiero mis propios puntos de referencia probados;

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

• Paso Respuesta Overshoot = 200% para Q alto y 70% para amortiguamiento crítico.
  • $f_o$
• Después de la verificación de prueba con analizadores de espectro y DSO, aprende a desarrollar sus ecuaciones para diferentes relaciones de impedancia y fuerza
• por ejemplo, para una altura de caída dada, y altura de parada (en la mayoría de los materiales)

  • $g= \frac{drop. height}{stop. height}$
    • verificado con acelerómetros, seguido de oscilación amortiguada
    • También es importante la velocidad frente al choque en g para crear una curva de potencia inversa llamada límite de fragilidad para diferentes intervalos de tiempo de impulsos mecánicos.

Experiencia anecdótica

Cuando comencé en 1975, generalmente hacía todos mis cálculos en la tabla de nomografía de impedancia a menos que necesitara un 1% de precisión. Este gráfico funciona bien para series o filtros de derivación de muchos tipos. Luego, aprende el rango útil de los valores L y C para los rangos de impedancia útiles. Por ejemplo, suministre filtros ondulados a los filtros de datos / señales. Pero para los filtros de RF serios serán> paso de banda de banda de 5to orden con especificaciones complejas que usan características comunes como Bessel, Cauer, Gaussian, etc.

Con las relaciones de reactancia / impedancia obtengo Q y de la frecuencia de resonancia obtengo un ancho de banda que me da un tiempo de respuesta de primer orden.

O del valor RC obtengo la frecuencia de la esquina.

O para el filtro sintonizado con L y F, puedo elegir Q y C en resonante o antirresonante (180 o 0 grados)

Puede encontrar este y otros gráficos similares buscando en la web "NOMOGRAFO RLC"

Esta respuesta no tenía la intención de enseñarle cómo usar sus docenas de aplicaciones, sino que supone que tiene un conocimiento sólido de Q, ESR, ESL, Zo stripline y todas las variaciones de aplicaciones de RLC y solo quiere obtener una velocidad rápida de Sliderule vs respuesta de la calculadora ".

Usamos reglas de cálculo para las raíces cuadradas y la multiplicación en 1975 y tenía una pregunta de examen para definir estadísticamente su precisión en cada escala; log, x, división, etc.

• En retrospectiva, depende de tus pasiones, suerte, oportunidades y habilidades. lo que recuerdas generalmente es que una vez supiste cómo probar la Ley de Gauss. o métodos Runga Cutta o ecuaciones de valor propio o integrales no lineales. Estas son todas las herramientas que muchos nunca podrán usar nuevamente, hasta que tenga un problema que lo necesite, entonces puede encontrar una manera más fácil, pero comprende que alguien ya lo ha hecho antes y aprende de ellos cómo resolverlo de nuevas maneras.

• La universidad no se trata solo de herramientas de resolución de problemas y ecuaciones que nunca puedes usar, sino de saber cómo entender lo que ves y escuchas por fundamentos como el comportamiento de los aisladores por su espectro de Fourier de comportamiento no lineal o cómo la Ley de Ohm se aplica a la vida en tantas formas absurdas pero introspectivas.

• Univ se trata de aprender a aprender nuevas tecnologías y encontrar soluciones que puedan parecer imposibles, pero del pasado, sabes que puede existir una solución y debes descubrir cómo hacer que funcione mediante la colaboración.

FWIW unos 40 años después, me casé con la suegra del hijo (que también es profesor de U de T EE) de mi profesor en Winnipeg U of M en Controls Systems 401, que me enseñó cómo analizar Bode Plots, sobrepasar , análisis cuadrado de error integrado acumulativo y locus raíz. Ahora, cuando veo conductores de camiones profesionales, comparo este cálculo en mi cabeza si estoy aburrido de conducir en la carretera y lo comparo con conductores de automóviles de consumo flojos e imagino cómo funcionan hoy los algoritmos automáticos robóticos de los automóviles de conducción con bucles PID y compensación por análisis de evasión de riesgos y exceso. debido a la ganancia excesiva debido a los algoritmos de software en video de alta velocidad y otros temas tales como ...

Los ingenieros diseñan cosas porque hay un cliente que quiere o necesita algo. Los parámetros de tiempo que está preguntando y otros afectan qué tan satisfecho estará el cliente. Diría que los ingenieros calculan estos parámetros a partir de la función de transferencia porque saben cómo los percibe el cliente.

Un ejemplo que puedo dar son los amplificadores de video en los días de los CRT. Por lo general, estos tienen retroalimentación, por lo que todos los parámetros que mencionó estarán presentes. Ahora imagine una escena en la que haya una transición nítida del negro al blanco. Si hay un sobrepaso grande, un tiempo de establecimiento prolongado, el cliente verá una serie de líneas oscuras y claras. Esto suele ser objetable para el espectador. Sin embargo, un exceso es realmente deseable para el cliente porque hace que los bordes se vean más nítidos. La ingeniería está buscando un exceso prescrito para complacer al cliente.

Entonces, los parámetros que está preguntando provienen de la función de transferencia. La función de transferencia viene de los componentes que el ingeniero selecciona y cómo los une. Un ingeniero que diseñe un amplificador como este vendría con una configuración de circuito basada en la experiencia pasada u otros ejemplos de productos similares. Por lo general, en el proceso de diseño se pueden hacer modelos muy simples y análisis manuales rápidos para llegar a algo prometedor. Luego se realizará un análisis más detallado utilizando modelos más detallados. La función de transferencia del modelo detallado le dará los parámetros que está preguntando. Si satisfacen las necesidades del cliente, entonces ya está.

Si bien las fórmulas detalladas específicas no son útiles, conocer los tipos de relaciones entre diferentes parámetros es ciertamente útil. Si de alguna manera aumenta el tiempo de subida de un circuito, ¿qué es probable que ocurra con el exceso de porcentaje y el tiempo de asentamiento? A medida que pase más tiempo con dichos circuitos, los estudiantes / ingenieros tendrán una idea cada vez mejor de qué esperar.

Pero es difícil diseñar circuitos sin tener una idea intuitiva de cómo cada parámetro afecta a los demás. Los nuevos diseñadores a menudo ejecutan muchas más combinaciones de simulaciones para abordar una solución viable porque no saben cómo ajustar los parámetros.

El análisis de circuitos (incluso con múltiples variables desconocidas) suele ser más fácil que el diseño de circuitos en blanco. Simplemente mirando los circuitos en una página y leyendo sobre cómo funcionan no les dará a los estudiantes principiantes la familiaridad que necesitan para internalizar las relaciones entre los parámetros; Necesitan trabajar con los circuitos. El uso de fórmulas detalladas es una forma para que los estudiantes trabajen en circuitos y se centren en la relación entre un par de parámetros específicos a la vez.

Otro foco de atención: como ingeniero, deberías poder hacer tus propias herramientas.

Puede usar herramientas que otros prepararon para usted si están bien para el trabajo, pero eventualmente se encontrará con la situación cuando no lo estén, y luego necesitará una comprensión profunda sobre lo que hace y por qué. No hay razón para avergonzarse cuando se cae de su rutina diaria y al principio siente que no sabe nada sobre su trabajo, porque se olvidó por completo de sus conferencias y esas estúpidas transformaciones de Laplace y Z.

Pero tienes que ser capaz de ponerte al día. Apurado. Porque la gente te molesta por qué aún no has terminado. Y es por eso que necesitas aprender estas cosas de una vez ... y para siempre. Porque entonces, sabes que lo asimilarás. De nuevo.

Personalmente, no he usado esos parámetros en absoluto, pero podría ser porque no estoy trabajando con "sistemas de control". Me presentaron esos términos y ecuaciones en las clases de sistemas de control, pero eso fue lo último que supe de ellos.

Entonces, para responder a su pregunta, diría que depende mucho del campo en el que esté trabajando. Alguien que usa control automático con aplicaciones de sensores probablemente usará esos términos para fines de estabilidad. Además, si está diseñando controladores PI, PD y PID, necesitará conocer esos términos con mucho más detalle.

"Todos los modelos están equivocados. Algunos modelos son útiles" - G Box.

Todo lo que hacemos está relacionado con "modelar la realidad".
Usted menciona, por un lado, la función de transferencia del sistema y la ubicación de los polos y, por otro lado, las fórmulas que necesitan la entrada de parámetros conocidos para producir resultados útiles.
En realidad, NINGÚN fin es la realidad: los parámetros distribuidos tienden a agruparse para el cálculo, las no linealidades tienden a aproximarse como funciones lineales, los aspectos que "se sabe" probablemente no son importantes (y que a menudo, pero no siempre) se aproximan o ignorado o reemplazado por una constante. Toda la colección es un 'kit de herramientas' que se utilizará junto con nuestro cerebro y nuestra experiencia y otras herramientas poderosas más nuevas, como simulaciones que intentan (y a menudo logran) aproximar más de cerca las irrealidades de la realidad.

Mi punto al escribir lo que puede parecer una colección de pensamientos obvia y divagante (y puede ser :-)) es tener en cuenta que a medida que crece la experiencia, usa todo lo disponible en diferentes grados, ya que se considera útil y más "sabes" cuanto menos utilizas algunas partes, PERO siempre son útiles como herramientas que esperan los momentos en que la experiencia o los malos resultados te dicen que lo que usas habitualmente no será lo suficientemente bueno.

Esto es, en parte, una forma divagante [tm] de abordar su título "Ballena varada", no permita que todo lo abrume. Aprenda, crezca, regocíjese en la perversidad de la realidad y el hecho de que algunas herramientas funcionan lo suficientemente bien la mayor parte del tiempo, pero que alguna peculiaridad de la creación menos común siempre está esperando hacer que su día sea interesante.

Use todas las herramientas cuando sea necesario.
¡Disfrutar!

Depende de su trabajo particular, su alcance y hasta qué punto está dispuesto a llegar en un esfuerzo de resolución de problemas (su pasión, para citar al Sr. Tony Stewart :-) Una faceta de mi trabajo de soporte técnico es la resolución de problemas de comunicaciones de datos / bus de campo. Podría simplemente verificar el cableado contra el libro de texto / documentos del proveedor y encogerme de hombros si no funciona. O puedo conectar un osciloscopio y tratar de entender qué es lo que estoy viendo. Si ese es su enfoque, es muy útil comprender el funcionamiento de los "componentes agrupados" y los efectos de longitud de onda en una línea de transmisión. Tal conocimiento (con un poco de experimento / calibración) me permite adivinar, cuánto de la falla / exceso que puedo ver en el alcance se debe al ancho de banda limitado de mis sondas, cuánto está realmente presente en la línea, a en qué medida

Bueno, creo que todas las respuestas sobre mí ya deberían abrir tu mente, pero no puedo resistirme a responder también, ya que también estoy graduado en Ingeniería Eléctrica.

No sé acerca de los demás, pero dado que mi trabajo se centra en la producción en lugar de la investigación, cada vez que tenemos esos parámetros que causan problemas (como un sistema inestable en un circuito analógico o un filtro defectuoso), lo reemplazamos después de hacer la prueba. error o investigación de otra documentación en lugar de calcular el sistema de transferencia. Tal vez sea porque lo único que importa son los resultados finales, y a nadie parece importarle el sistema de transferencia.

Me repito otra vez, es lo que me pasó, y no sé sobre el otro, sin ofender.

Estos parámetros se utilizan en la ingeniería de alto voltaje. para diseñar generadores de voltaje de impulso - hasta 20 MV. Los voltajes de impulso se utilizan para probar la resistencia de los aisladores. También para simular oleadas de rayos y estudiar el efecto de los rayos en varios sistemas.
Los generadores de impulso de baja tensión también se utilizan para generar señales digitales.