Analogregnemaskinen. Datahistorisk Forening 30/8 2007



Relaterede dokumenter
Elektroniske Kredsløb og Dynamiske Systemer

Øvelsesvejledning. Frekvenskarakteristikker Simulering og realisering af passive filtre.

Hold 6 Tirsdag. Kristian Krøier, Jacob Christiansen & Thomas Duerlund Jensen Fag: ELA Lærer: Jan Petersen (JPe) Dato for aflevering: 29.

Elektroniske Kredsløb og Dynamiske Systemer

Motor til modulerende styring AME 435

Motorer til modulerende styring AME 10, AME 20, AME 30 AME 13, AME 23, AME 33 med EN certificeret sikkerhedsfunktion (spring return funktion)

Højere Teknisk Eksamen maj Matematik A. Forberedelsesmateriale til 5 timers skriftlig prøve NY ORDNING. Undervisningsministeriet

Matematik A. Studentereksamen

Svejse traktor WELDYCAR

Her skal vi se lidt på de kræfter, der påvirker en pil når den affyres og rammer sit mål.

Fasedrejning. Fasedrejning i en kondensator og betragtninger vedrørende RC-led.

Kapitel 8. Magnetiske felter - natur, måleenheder m.v. 1 Wb = 1 Tesla = Gauss m 2 1 µt (mikrotesla) = 10 mg (miligauss)

Filtre. Passive filtre har ikke forstærkende led, som fx operationsforstærkere.

Grønland. Matematik A. Højere teknisk eksamen

dcomnet-nr. 6 Talrepræsentation Computere og Netværk (dcomnet)

Premier. Forforstærkere. Brugervejledning. For modellerne

Armatec. Type FQ. El-aktuator 90 -drejende "fjederretur" for nødlukning eller åbning

2. ordens differentialligninger. Svingninger.

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE

Automatik. ControlMaster PLUS. Tekniske data. Climatix 600. Xenta 300. Uden styreenhed

RKS Yanis E. Bouras 21. december 2010

Indholdsfortegnelse :

BLBd

Armatec pneumatisk aktuator Kinetrol

Automatik. ControlMaster PLUS. Tekniske data. Climatix 600. Xenta 300. Uden styreenhed

Rumtemperaturregulator med ugekontaktur og LCD

Antennens udstrålingsmodstand hvad er det for en størrelse?

Kaotisk kuglebevægelse En dynamisk analyse

PLC implementering af operatørpanel

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE

Vejledende Matematik A

GUX. Matematik. A-Niveau. August Kl Prøveform a GUX152 - MAA

3 Overføringsfunktion

Formelsamling Matematik C

Øvelse i Feed forward af 1. ordens system med PLC

N L1 AC 230 V AC 24 V - + DC 24 V

Måleværdiprocessor for behovsstyret ventilation AQP63.1

BE17 BETJENINGSVEJLEDNING SPÆNDINGSTESTER TRT-BA-BE17-TC-001-DA

Maskinanlæg, opsætning af frekvensomformer

STUDENTEREKSAMEN AUGUST 2009 MATEMATIK A-NIVEAU. Onsdag den 12. august Kl STX092-MAA. Undervisningsministeriet

Sandsynlighedsregning Stokastisk variabel

Oversigt [S] 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5

Studieretningsopgave

Operationsforstærkere

Analyseopgaver. Forklar kredsløbet. Forklar kredsløbet. 3.0 DC Adapter med Batteri Backup.

HTX. Matematik A. Onsdag den 11. maj Kl GL111 - MAA - HTX

Opgavesæt udviklet til kursus Grundlæggende elektronik på mobile maskiner 2. Udviklet i 2015

Teknologi & kommunikation

STUDENTEREKSAMEN GUX MAJ MATEMATIK A-NIVEAU. Prøveform b. Kl GUX-MAA

DC-Motor Controller. Brugermanual

Fysik 2 - Den Harmoniske Oscillator

TEKNIK. BSc05-ID1B PROJEKT: INTERAKTIVT FYSISK PRODUKT 5. SEMESTER INDUSTRIEL DESIGN JAN. 2016

Solpaneler til svømmebassin og spa.

INSTALLATIONS- manual IB2. Impulsrelæ til to individuelt styrede motorer

Projekt - RoboNet Del Journal.

Højere Handelseksamen Handelsskolernes enkeltfagsprøve Maj Matematik Niveau A

Kulstofnanorør - småt gør stærk Side i hæftet

Indhold. Figur 1: Blokdiagram over regulatorprincip

Montage og brugsanvisning

Differentialregning Infinitesimalregning

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE

2. Christian den Fjerde. Årsplan (Matematik PHO) Elevbog s. 2-11

Opgaveformuleringer til studieprojekt - Matematik og andet/andre fag:

Af: Valle Thorø Fil.: Oscilloscopet Side 1 af 10

INSTRUKTION. Bernard el-aktuator

Eksamensspørgsmål: Trekantberegning

Elektrisk aktuator AME 855

Agrosilo med 60 bund. Silo med låg, filter og indblæsning. Silo type. Tilbehør / fradrag. Tilbehør / fradrag

Rev.: Juni 1997 Udgave: rel. 12/96 Produkt: EWPC 907

Danmarks Tekniske Universitet

ræsonnere og argumentere intuitivt om konkrete matematiske aktiviteter og følge andres mundtlige argumenter (ræsonnementskompetence)

i x-aksens retning, så fås ). Forskriften for g fås altså ved i forskriften for f at udskifte alle forekomster af x med x x 0

Koblede differentialligninger.

Gr. 08 Proportionalventiler

Digital positioner type RE 3446

MICROCHILLER 2 Manual B02

CARL BRO GRUPPEN TRAFIKDAGE PÅ AALBORG UNIVERSITET august 2005

SeeTool - KNX løsninger til

Kapitlet indledes med en beskrivelse af - og opgaver med - de tre former for sandsynlighed, som er omtalt i læseplanen for

SeeTool - KNX løsninger til

Betjeningsvejledning Zircon MT6 Metaldetektor

INSTITUT FOR DATALOGI, AARHUS UNIVERSITET

Elektronikken bag medicinsk måleudstyr

Analog Øvelser. Version. A.1 Afladning af kondensator. Opbyg følgende kredsløb: U TL = 70 % L TL = 50 %

Hydrostatiske transmissioner

Undervisningsbeskrivelse

Modellering og styring af mobile robotter

Note om Laplace-transformationen

Compact Trappelift. Brugsanvisning. Juni 04

Fri vækstmodel t tid og P (t) kvantitet. dp dt = kp Løsninger P (t) = Ce kt C fastlægges ved en begyndelsesværdi. Oversigt [S] 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.

Faglige delmål og slutmål i faget Matematik. Trin 1

Installatør Guide. CTS6000 Webcontrol

Statik og styrkelære

3V 0 7V. (der mangler dokumentation for at det virker, men jeg mangler databladene for relæerne)

Differentialligninger. Ib Michelsen

PR 2000 Proximity-læser Art. Nr.: Installationsmanual

Funktions-data Fabriksindstilling Variabel Indstilling

Montørvejledning for DTC2100 Temperaturtyring - Version 1. Generel beskrivelse

Danmarks Tekniske Universitet

GU HHX MAJ 2009 MATEMATIK A. Onsdag den 13. maj Kl GL091-MAA. Undervisningsministeriet

Transkript:

Analogregnemaskinen Datahistorisk Forening 30/8 2007

Analogregnemaskiner bygger på ÆKVIVALENSRELATION: Ækvivalensen mellem en fysisk størrelse og en skalaaflæsning Eksempel: Fysisk længder ~ talværdier Regnestokken blev opfundet omkring 1620-1630

Løsning af dynamiske problemer med ækvivalensprincippet Effekten ændres i et spring Spændingen V ændres i et spring

Differential analysator. Princippet opfundet i 1876 af James Thompson (broder til Lord Kelvin) Meccano-udgave fra 1934

Bombesigte fra 2. verdenskrig

Elektronisk analogregnemaskine Første udgave på DTU (DTH) Udviklet ved Servolaboratoriet 1956-1957 I

Operationsforstærkerens karakteristika: Vi Vni _ + V+ (+forsyningsspænding) Vout V- (-forsyningsspænding) - Differensforstærker Indgangssignaler Vni og Vi Udgangssignal Vout = A * ( Vni Vi )

Operationsforstærkerens karakteristika: Vi Vni _ + V+ (+forsyningsspænding) Vout V- (-forsyningsspænding) - Differensforstærker Indgangssignaler Vni og Vi Udgangssignal Vout = A * ( Vni Vi ) - Udstyringsområde (typisk) Rørforstærkere: +/- 100V Halvlederstærkere: +/- 10V

Operationsforstærkerens karakteristika: Vi Vni _ + V+ (+forsyningsspænding) Vout V- (-forsyningsspænding) - Differensforstærker Indgangssignaler Vni og Vi Udgangssignal Vout = A * ( Vni Vi ) - Udstyringsområde (typisk) Rørforstærkere: +/- 100V Halvlederstærkere: +/- 10V - Forstærkning f = 0 Hz (DC) A > 100dB ( > 100.000 x ) f > 100 khz A < 0 db ( < 1 x )

Operationsforstærkerens karakteristika: Vi Vni _ + V+ (+forsyningsspænding) Vout V- (-forsyningsspænding) - Differensforstærker Indgangssignaler Vni og Vi Udgangssignal Vout = A * ( Vni Vi ) - Udstyringsområde (typisk) Rørforstærkere: +/- 100V Halvlederstærkere: +/- 10V - Forstærkning f = 0 Hz (DC) A > 100dB ( > 100.000 x ) f > 100 khz A < 0 db ( < 1 x ) - DC-drift (korttids) Rørforstærkere < 3 mv/time Halvledere < 1 uv

Operationsforstærkerens karakteristika: Vi Vni _ + V+ (+forsyningsspænding) Vout V- (-forsyningsspænding) - Differensforstærker Indgangssignaler Vni og Vi Udgangssignal Vout = A * ( Vni Vi ) - Udstyringsområde (typisk) Rørforstærkere: +/- 100V Halvlederstærkere: +/- 10V - Forstærkning f = 0 Hz (DC) A > 100dB ( > 100.000 x ) f > 100 khz A < 0 db ( < 1 x ) - Dc-drift (korttids) Rørforstærkere < 3 mv / time Halvledere < 1 uv / Kelvin - Indgangsimpedanser: >> 100 megohm

Operationsforstærkerens karakteristika: Vi Vni _ + V+ (+forsyningsspænding) Vout V- (-forsyningsspænding) - Differensforstærker Indgangssignaler Vni og Vi Udgangssignal Vout = A * ( Vni Vi ) - Udstyringsområde (typisk) Rørforstærkere: +/- 100V Halvlederstærkere: +/- 10V - Forstærkning f = 0 Hz (DC) A > 100dB ( > 100.000 x ) f > 100 khz A < 0 db ( < 1 x ) - Dc-drift (korttids) Rørforstærkere < 3 mv/time Halvledere < 1 uv/ grad C - Indgangsimpedanser: >> 100 megohm - Udgangsimpedans: << 100 ohm

Passive komponenter Indgangsnetværk Feedbacknetværk Vin Spændingskilde Høj-impedanset voltmeter _ 0 +. Spændingskilde Vout

Anvendelse af operationsforstærkere i analogregnemaskiner Simpel forstærkning Rf V+ V+ V1 Vin R1 2 3 - + 8 V+ V- OUT 1 Vout V2 0 0 4 V- V-

Anvendelse af operationsforstærkere i analogregnemaskiner Simpel forstærkning Rf V+ V+ V1 Vin R1 2 3 - + 8 V+ V- OUT 1 Vout V2 0 0 4 V- V- Vout = - Vin * ( Rf / R1)

Fortegnsvending uden forstærkning Rf V+ V+ V1 Vin R1 2 3 - + 8 V+ V- OUT 1 Vout V2 0 0 4 V- V- R1 = Rf Vout = -Vin

Kontinuert variabel forstærkning Rf Vin V+ V+ V1 Potentiometer Deleforhold k 0 < k < 1 k * Vin R1 2 3 - + 8 V+ V- OUT 1 Vout V2 0 0 0 4 V- V- Vout = Vin Rf k R1

Vægtet summation Rf Vin1 R1 V+ V+ V1 Vin2 Vin2 R2 R3 2 3 - + 8 V+ V- OUT 1 Vout V2 0 0 4 V- V- Vout = Vin1 Rf R1 + Vin2 Rf + Vin3 Rf R2 R3

Integrator C V+ V+ V1 Vin R 2 3 - + 8 V+ V- OUT 1 Vout V2 0 0 4 V- V-

Integrator C V+ V+ V1 Vin R 2 3 - + 8 V+ V- OUT 1 Vout V2 0 0 4 V- V- Vout = 1 R C t 0 Vin dt

DIAGRAM SYMBOLER Blokdiagram Koblingsskema Vægtet addition Forstærker nummer x y 1 2 + + X + 2y + 10z x y z 1 2 10 # - (X + 2y + 10z) z 10 + Integration 2 x 2 s t x t d 0 x 2 # 2 t 0 x dt Multiplikation med konstant < 1 Potentiometer nummer x 0,57 0,57 x x # 0,57 x 0,57

Eksempel: Svingende masse (x og y betegner positionsændringer ud fra den stationære tilstand) x Lodret styret ophæng k Fjeder y m Masse c Dæmper

Eksempel: Svingende masse (x og y betegner positionsændringer ud fra den stationære tilstand) x Lodret styret ophæng k Fjeder Kraftændringer virkende på massen, regnet positiv opad : Fjeder: K f = k (x y) y m Masse. Dæmper: K d = - c * dy / dt = - c * y.. Masse: K m = - m * d 2 y / dt 2 = - m * y c Dæmper

Eksempel: Svingende masse (x og y betegner positionsændringer ud fra den stationære tilstand) x Lodret styret ophæng k Fjeder Kraftændringer virkende på massen, regnet positiv opad : Fjeder: K f = k (x y) y m Masse. Dæmper: K d = - c * dy / dt = - c * y.. Masse: K m = - m * d 2 y / dt 2 = - m * y Kræfternes sum = 0, dvs. c Dæmper... k (x y) - c y - m y = 0 Ordnet:.. k c. y = * ( x - y - y ) m k

Eksempel: Svingende masse (x og y betegner positionsændringer ud fra den stationære tilstand) x Lodret styret ophæng k Fjeder Kraftændringer virkende på massen, regnet positiv opad : Fjeder: K f = k (x y) y m Masse. Dæmper: K d = - c * dy / dt = - c * y.. Masse: K m = - m * d 2 y / dt 2 = - m * y Kræfternes sum = 0, dvs. c Dæmper... k (x y) - c y - m y = 0 Ordnet:.. k c. y = * ( x - y - y ) m k

. y = t 0 t... y dt y = y dt 0 Blokdiagram.. y ẏ y Koblingsskema... - y 1 y 1 - y

Differentialligning.. k c. y = * ( x - y - y ) m k For m = 10 kg, c = 2 N sek / m, k = 10 N / m fås... y = x - y - 0,2 y Koblingsskema x 1 - y 1 1... - y 1 y 1 - y 1-0,2 y. -ẏ 1 0,2 y Signalgenerator Oscilloskop

Simulering af den svingende masse med Mathlab Simulink Blokkene -1/s simulerer analogregnemaskinens integratorer x(t) Step y(t) Scope -1 Gain -1 s Transfer Fcn -1 s Transfer Fcn1-1 Gain2-0.2 Gain1

Anvendelse af Laplace-operatoren s Tidsdomænet Laplace-domænet x( t) X( s) d dt x( t) x dt.... a 2 y(t) + a 1 y(t) + a 0 y(t) = b 0 x(t) sx( s) X( s) s a 2 s 2 Y(s) + a 1 sy(s) + a 0 Y(s) = b 0 X(s) Heraf (a 2 s 2 + a 1 s + a 0 ) Y(s) = b 0 X(s) Overføringsfunktion Y(s) X(s) = b o a 2 s 2 + a 1 s + a 0

En noget enklere simulering med Mathlab Simulink Differentialligningen for den svingende masse:... y = x - y - 0,2 y Laplace-transformation: s 2 Y(s) = X(s) - Y(s) - 0,2 sy(s) Ordnet: (s 2 + 0,2 s + 1) Y(s) = X(s) Overføringsfunktion: Y X 1 (s) = s2 + 0,2 s + 1 Simulering med Mathlab Simulink: Step 1 s 2+0.2s+1 Transfer Fcn Scope

Eksempler på større analogsimuleringer udført af undertegnede Temperaturforløbet i en gammeldags kølevogn, kølet af smeltende is-barrer

Eksempler på større analogsimuleringer udført af undertegnede Temperaturforløbet i en gammeldags kølevogn, kølet af smeltende is. Styring af hejseværker i portalkran (for B&W)

Eksempler på større analogsimuleringer udført af undertegnede Temperaturforløbet i en gammeldags kølevogn, kølet af smeltende is. Styring af hejseværker i portalkran (for B&W) Styring af et missil (for norsk forsvarsindustri)

Eksempler på større analogsimuleringer udført af undertegnede Temperaturforløbet i en gammeldags kølevogn, kølet af smeltende is. Styring af hejseværker i portalkran (for B&W) Styring af et missil (for norsk forsvarsindustri) Beregning af trykstød i en pipeline af plast (for Dansk Salt) Styring af pumperne til omtalte pipeline

Eksempler på større analogsimuleringer udført af undertegnede Temperaturforløbet i en gammeldags kølevogn, kølet af smeltende is. Styring af hejseværker i portalkran (for B&W) Styring af et missil (for norsk forsvarsindustri) Beregning af trykstød i en pipeline af plast (for Dansk Salt) Styring af pumperne til omtalte pipeline Synkronisering af skibsdieselmotorer

Eksempler på større analogsimuleringer udført af undertegnede Temperaturforløbet i en gammeldags kølevogn, kølet af smeltende is. Styring af hejseværker i portalkran (for B&W) Styring af et missil (for norsk forsvarsindustri) Beregning af trykstød i en pipeline af plast (for Dansk Salt) Styring af pumperne til omtalte pipeline Synkronisering af skibsdieselmotorer Beregning af temperatursvingningerne i Ørsted-satellitten

Det omvendte pendul

Magnetisk vekselfelt 0 x-akse Pendul Trækstang Detektor 1 Oscillator 40kHz Detektor 2

U1 U2 Detektor 2 U2-U1 U2 - U1 Udnyttet område 0 x Pendulhovedets position 0 x Pendulhovedets position

Joystick Setpunkt Forstærkning i ydre sløjfe (intern indstilling) Forstærkning i servosløjfe (intern indstilling) Detektor 2 Forstærker, filter og ensretter Detektor 1 Forstærker, filter og ensretter + _ + _ PD-regulator Position af magn. sender Extern omskifter Kør + Centrum _ PD-regulator Position af motoraksel Effektforstærker Magnetisk vekselfelt, 40 khz Modtagerspole Sender Modtagerspole Servopotentiometer Senderspænding extern indstilling Forstærkning Spændingsregulator Motor + gear "Det omvendte pendul" Principdiagram for én kanal

Matematikken i det omvendte pendul y Tyngdepunkt F Masse m L m G ~ Masseløs stang bevægelse 0 x L = 0,5 m, G = 9,8 m/sek 2

Matematikken i det omvendte pendul Pendulets vinkel v i forhold til lodret fås af: y sin(v) = (y x) / L Tyngdepunkt F Masse m Vandret kraft i tyngdepunktet for små vinkler : F = m G tg(v) ~ m G (y x) / L L m G ~ Masseløs stang bevægelse 0 x L = 0,5 m, G = 9,8 m/sek 2

Matematikken i det omvendte pendul Pendulets vinkel v i forhold til lodret fås af: y sin(v) = (y x) / L Tyngdepunkt F Masse m Vandret kraft i tyngdepunktet for små vinkler :.. Newtons 2. lov: F = m y F = m G tg(v) ~ m G (y x) / L L m G.. Heraf fås: m y = m G (y x) / L.. y = (G/L) (y x) ~ Masseløs stang bevægelse 0 x L = 0,5 m, G = 9,8 m/sek 2

Matematikken i det omvendte pendul Pendulets vinkel v i forhold til lodret fås af: y sin(v) = (y x) / L Tyngdepunkt F Masse m Vandret kraft i tyngdepunktet for små vinkler :.. Newtons 2. lov: F = m y F = m G tg(v) ~ m G (y x) / L L m G.. Heraf fås: m y = m G (y x) / L Laplacetransformeret:.. y = (G/L) (y x) ~ Masseløs stang bevægelse s 2 Y(s) = (G/L) (Y(s) X(s)) [s 2 (G/L)] Y(s) = (G/L) X(s) 0 x L = 0,5 m, G = 9,8 m/sek 2

Matematikken i det omvendte pendul Pendulets vinkel v i forhold til lodret fås af: y sin(v) = (y x) / L Tyngdepunkt F Masse m Vandret kraft i tyngdepunktet for små vinkler :.. Newtons 2. lov: F = m y F = m G tg(v) ~ m G (y x) / L L m G.. Heraf fås: m y = m G (y x) / L Laplacetransformeret:.. y = (G/L) (y x) ~ Masseløs stang bevægelse s 2 Y(s) = (G/L) (Y(s) X(s)) [s 2 (G/L)] Y(s) = (G/L) X(s) Overføringsfunktion: 0 x L = 0,5 m, G = 9,8 m/sek 2 Y(s) X(s) (G/L) = = s 2 (G/L) 20 s 2 20 = 20 (s 4,5)(s + 4,5)

Pendulet uden regulering Step x(t) -20 s 2+-20 Transfer Fcn y(t) Scope Pendulets bund x(t) Pendulets top y(t)

Detaljeret simulering Step 0.05 1 0.2s+1 Indgangsfilter -4.0 Gain 0.2s+1 0.04s+1 D-led 0.13e4 s 2+100s+1e4 Servo w = 100rad/s dæmpning = 0.5 Begrænsning +/-0.06m -20 s 2+-20 Pendul Scope 4.6 1e-12s 3+3e-8s 2+3e-4s+1 Detektorfilter wn = 1e4 rad/s 3. orden, kritisk

Pendulets bevægelser Indgangssignal Pendulbund Pendultop

Analogregnemaskinen kontra datamaten Ulemper ved analogregnemaskinen Pladskrav Mange ledninger Begrænset talområde Begrænset regnenøjagtighed Fordele ved analognemaskinen Fremragende interaktivitet med brugeren Fremragende programmering af simuleringsopgaver, med såvel lineære og ulineære elementer Simulering af dynamiske systemer uden sampling-fejl Umiddelbar respons Konklusion Analogregneteknikken overlever som form, men emuleret på datamater