Apakah ada yang menggunakan op-amp untuk memodelkan sistem fisik lagi?

8

Saya sedang belajar untuk ujian Pemodelan Sistem dan Simulasi saya. Jadi buku pelajaran mengatakan ada tiga kategori model.

Graphical - blok diagram dan grafik aliran sinyal.
Model kesamaan fisik - fisik dan model analogi fisik.
Simbolik - model linguistik dan matematika.

Mengesampingkan kecurigaan saya bahwa diagram blok tidak kurang dari model matematika dari sistem persamaan diferensial, di sini adalah pertanyaan saya.

Mereka mendefinisikan model kesamaan fisik sebagai versi yang diperkecil dari sistem aslinya. Di sisi lain, model analogi fisik, menggunakan sirkuit listrik untuk memodelkan sistem yang sebenarnya.

Saya pikir ini terakhir dilakukan 40 tahun yang lalu, dan saat ini tidak ada yang bisa mengalahkan kekuatan komputer digital modern. Apakah rangkaian listrik analog masih digunakan untuk memodelkan beberapa sistem?

modeling Vorac
sumber
Saya tidak berpikir ada orang yang membangun sirkuit analog saat ini untuk menyelesaikan serangkaian persamaan diferensial; seseorang malah akan menggunakan sesuatu seperti Matlab atau simulink. Penguat operasional tidak "operasional" hari ini, tapi saya mungkin salah. Pertanyaan menarik.
Roger C.
1
Saya telah melakukannya sekali, 20 tahun lalu, di kampus. Sejak itu, siapa yang pernah saya ceritakan tentang hal itu, menjawab, "Anda telah melakukan apa?"
Roland Mieslinger
1
Saya menyukai mereka karena memberi 'perasaan' pada dinamika di belakang persamaan diferensial tertentu. Anda dapat memvariasikan parameter waktu nyata dan 'melihat' (osiloskop) apa yang terjadi. Anda dapat mensimulasikannya secara numerik, tetapi tidak sama bagi saya. Agak seperti menyetel radio dengan digital vs dial analog (sambil berjalan tanpa alas kaki di salju).
copper.hat
Komputer analog besar terakhir yang saya ketahui secara pribadi adalah mothball sekitar dua puluh tahun yang lalu dan dibongkar lima tahun kemudian.
dmckee --- ex-moderator kitten
@Roger: Mereka masih banyak digunakan dalam pengkondisian sinyal, karena sistem digital hanya dapat memproses data digital, dan konversi analog-ke-digital berfungsi lebih baik dengan anti-aliasing analog (meskipun supersampling juga merupakan pilihan) dan pra-amplifikasi. Dan pre-amplifier ini dapat melakukan operasi yang lebih rumit daripada sekadar penguatan tegangan, misalnya konversi arus ke tegangan, integrasi, pengurangan, dan kadang-kadang bahkan respons logaritmik. Tapi ini sebenarnya bukan upaya untuk mengimplementasikan model sistem.
Ben Voigt

Jawaban:

2

Smart Grid adalah contoh khas di mana komputasi analog masih digunakan. Komputer analog bisa lebih cepat untuk pelacakan sistem yang kompleks, tetapi jelas dikendalikan oleh sistem digital saat ini dan dilihat melalui antarmuka digital.

Aplikasi penting lain dari komputasi analog adalah untuk jaringan saraf tiruan. Peta Kohonen dan berbagai sistem pemenang-ambil-semua dapat diimplementasikan dalam chip menggunakan komputasi analog (menggunakan amplifier dan komponen non-linear).

MAC
sumber
4

Jangan lupa kelereng hidrolik, pneumatik, dan bahkan bergulir!

Tapi serius, saya melihat model hebat akifer yang dibuat dengan mesh resistor dan kapasitor. Anda bisa saja memotong cakupan ke persimpangan mana saja untuk mendapatkan prediksi ketinggian air untuk abad berikutnya.

Hari-hari ini kita dapat menyelesaikan beberapa ribu persamaan simultan dalam beberapa detik atau kurang, sehingga model akuifer ini cukup redundan.

Di sisi lain, kami menggunakan model fisik sepanjang waktu di sirkuit yang sangat sederhana seperti filter low pass, integrator. Tapi ini untuk kenyamanan sirkuit, tidak untuk investigasi sistem fisik. Jadi untuk pemodelan, lebih mudah melakukannya secara digital.

tomnexus
sumber
0

Apakah rangkaian listrik analog masih digunakan untuk memodelkan beberapa sistem?

Ya - saya kira begitu. Namun, bukan sebagai model perangkat keras yang nyata (seperti pada zaman komputer analog) tetapi sebagai diagram blok yang terdiri dari amplifier, adders, controller, integrator, filter, ...

Ini adalah metode yang sangat mudah untuk menemukan fungsi transfer sistem dan informasi terkait seperti bandwidth dan properti stabilitas - sebagai hasil dari simulasi komputer (komputasi analog pada komputer digital). Untuk tujuan ini, tersedia program diagram blok dan / atau simulasi simbolis. Lebih dari itu, model seperti itu menawarkan peluang untuk memodifikasi sistem dengan tujuan untuk meningkatkan perilaku sistem (respons langkah, stabilitas, ...).

LvW
sumber
0

Meskipun mungkin benar, bahwa komputer sangat kuat hari ini, Anda masih dapat menghadapi aplikasi di mana Anda memiliki keterbatasan daya yang ketat. Di sana mungkin tidak mungkin menggunakan mikrokontroler atau prosesor yang cukup kuat.

Dalam kasus tersebut, rangkaian analog mungkin masih merupakan jalan yang harus ditempuh.

Karena ini terdengar agak kabur dan mungkin bukan hanya penanya yang bertanya-tanya apa hubungannya dengan pemodelan sistem fisik, saya akan memberikan penjelasan singkat apa yang ada dalam pikiran saya. Saya tidak bisa terlalu banyak detail tapi begini:

Sistem kontrol hanya membutuhkan daya 5mW. Diperlukan untuk mengontrol sistem dengan kecepatan pembaruan 1kHz. Harus ada semacam mekanisme untuk mendeteksi kondisi yang salah di dalam sistem yang dikontrol secara tepat waktu, paling baik secara real-time (juga 1kHz).

Sekarang mekanisme kontrol diimplementasikan dalam mikrokontroler yang mampu menangani tugas itu dengan baik di dalam batas-batas energi ini. Masalahnya adalah untuk mendeteksi kondisi yang salah.

Untuk tugas ini, sirkuit analog masuk. Sistem dimodelkan sebagai sirkuit analog, dan input yang sama diterapkan ke sirkuit seperti pada sistem. Jika output berbeda dengan jumlah yang besar, ada sesuatu yang salah dalam sistem (atau model selama tahap pengembangan).

Sekarang menghitung seluruh model pada kecepatan refresh 1kHz tidak mungkin untuk mikrokontroler dalam anggaran daya itu.

Hari ini dengan kedatangan Cortex M4F, Anda mungkin sudah dekat, mereka cukup mengesankan, tapi saya ragu mungkin untuk memerasnya dulu.

Ini mungkin bukan pemodelan yang ada dalam benak penanya, tetapi masih merupakan aplikasi rangkaian analog untuk memodelkan sistem fisik.

Gudang senjata
sumber
Sebuah komentar tentang mengapa jawaban saya dibatalkan akan membantu saya meningkatkannya.
Arsenal
Sejauh yang saya mengerti pertanyaan saya sendiri, ini adalah tentang mencoba memahami fenomena fisik misalnya dengan menuliskan persamaan diferensial. Di mana desain sirkuit daya rendah ikut bermain di sini? Selain itu, uC-s kecil dapat berjalan di atas-u dan tidur pada nA-a - alasan mengapa rangkaian analog akan menghitungnya terlalu diperlukan.
Vorac
@Vorac Saya telah memperbarui jawaban saya dengan contoh mengapa ini relevan menurut saya. Mungkin tidak dalam arti Anda pertama kali membayangkan pertanyaan Anda.
Arsenal
0

Orang-orang tidak banyak menggunakan komputer analog karena mereka tidak dapat melakukan perhitungan matematika yang diperlukan untuk pengaturan dan simulasi komputer analog, percayalah ada banyak hal. Juga banyak orang tidak memiliki keterampilan elektronik yang diperlukan untuk menambal sirkuit elektronik.

Ini sangat menyedihkan karena saya percaya dengan tidak melakukan semacam komputasi analog di sekolah / kampus / universitas kita tidak menghasilkan insinyur / fisikawan kaliber cukup tinggi. Ini sangat mudah, tetapi tidak kondusif untuk pembelajaran 'nyata' untuk menggunakan PC. BTW, tidak ada dosen di departemen universitas saya (kontrol Eng), bisa menambal rangkaian analog sederhana, saya adalah satu-satunya!

Saya memiliki komputer analog kecil yang sering saya gunakan hanya untuk menjaga tangan saya; Saya menggunakannya untuk mensimulasikan proses kimia dan instalasi ... Penukar panas, CSTR, jaringan saraf, dll. Sangat menyenangkan! Saya juga menggunakan papan tempat memotong roti untuk memasang op-amp ekstra, tutup & resistor juga sangat murah dan mudah untuk membongkar sirkuit komputasi analog.

Buku analog (juga analog) masih tersedia & murah! Coba buku ABE. anybook.biz. BTW Saya pikir Rusia masih bereksperimen dengan mereka!

HSB
sumber