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基于相似性的电路力学分析方法

2012-04-26倪守诚田社平

电气电子教学学报 2012年6期
关键词:模型

杨 光,杨 硕,倪守诚,田社平

(上海交通大学电子信息学院,上海 200240)

力学反映了最为普遍的自然规律,具有良好的自洽性,特别是拉格朗目(Lagrange)和哈密顿(Hamilton)等人建立起的基于广义力学量的分析力学,可以实现基于结构的相似性有效的理论移植。文献[1]已经给出了力学理论向几何光学的移植,其有效性业已彰现。由于电路模型本质上具有的力学性和形式上与力学理论的相似性,我们将基于集中参数电路基本定理,在集中参数电路中建立起相似于力学的数学模型,从而实现如下的电路分析模式:广义力学模型→电路的力学模型→电路分析方法。这种分析模式将力学理论移植到电路分析中来,提高了理论研究的效率,拓宽了研究思路,对于“基础电路理论”课程的教学颇具意义[2]。

1 广义力学模型

1.1 动力学基本原理和运动方程

动力学基本原理又称达朗贝尔(D'Alembert)原理,是广义力学模型的基础。在自由度为n的力学模型中,达朗贝尔原理表述如下:

式中,qα为广义坐标,互相独立;δqα表示qα的变分;Xα为包含对应qα的所有作用力的总力。考虑到诸δqα互相独立,由式(1)立即可得

上式称为系统的运动方程。式中诸Qk反映了关于qα的各种作用。事实上,如果在一个系统中能够定义满足式(1)的qα和Xα,便可以在这个系统中建立起广义力学模型,用力学方法来对系统的演化规律进行研究[3]。

1.2 拉格朗日方程

对于任意给出的运动方程(1),一般并非都能定义满足式(4)的拉格朗日函数[4]。

式中,Nα称为广义非势力,是广义力中不能由泛函微商表示的成分。……

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