[发明专利]双端口电路网络和孤立电路的建模方法

说明书

本发明涉及一种双端口电路网络和孤立电路的建模方法，特别是静态、稳态和动态无激双端口网络与孤立电路的建模方法，属于电路系统测算建模和验算方法。双端口电路网络的模型有单向双端口模块和双向双端口模块两种；单向双端口模块可分为理想受控源和非理想受控源，非理想受控源有半理想受控源、半实际受控源、实际受控源三种；双向双端口模块可分为耦合模块、基础模块和常规模块，耦合模块有互变器和互转器两种；再加电源模块、电表模块、有激双端口模块构成完整的传输电路和控源电路的基础。采用基本外置法、动态元件外置法或电源外置法将静态、稳态和动态孤立电路变换成结构化的电路形式，使电路的分析研究规范统一，具有很大的使用价值。

技术领域

本发明涉及一种双端口电路网络和孤立电路的建模方法，特别是静态、稳态和动态无激双端口网络与静态、稳态和动态孤立电路及孤立网络电路的建模方法，属电路系统测算建模和验算方法。

背景技术

随着社会与技术的发展，电路的应用日益普遍，但同时电路也变得日益复杂，从简单的对联电路、串并联变换电路、三岔形三角形变换电路到超级复杂的电路，从单端口电路网络、双端口电路网络到多端口电路网络，从单相电路、差分电路、两相电路到三相电路甚至多相电路，从静态电路、稳态电路到动态电路，从普联电路、耦合电路或传输电路到控源电路，从全对称电路、准对称电路到不对称电路，从线性电路、非线性电路到开关电路、数字电路，电路正在飞速地发展，但同时带来电路分析计算与设计上的巨大困难，如何分析电路、完善电路分析原理和规则及方法、构建完整的电路分析体系、简化电路并降低电路设计的难度、降低电路的复杂度、降低电路的成本其研究具有重大的意义。

电路的知识体系框架有基础层、方法层和应用层三个层面，如图1所示。

基础层包括：基本物理量及其参考方向、结点回路及基尔霍夫定律、元件支路及其伏安特性、结构拓扑及约束关系的矩阵表达。其中：参考方向、基尔霍夫定律和伏安特性这三个知识点称为电路分析求解的三个核心基础知识点。

电路基础物理量电压和电流所用的变量符号表：

其中：为虚数单位，U(t)和I(t)为和为的多项式幂函数。

常用两端元件有：理想独立源、变换元件、理想电表；理想独立源：理想独立电压源、理想独立电流源、理想独立功率源；变换元件：电阻元件、储能元件，电阻元件：正阻元件、负阻元件，储能元件：电感元件、电容元件；理想电表：理想电压表、理想电流表、万能功率表；万能功率表视为理想电压表与理想电流表的组合，除功率外，也可以测电压和电流，万能功率表可以测量任何形式的电压、电流与功率及其各种所需特征值。

构建电路网络需用到电路元件，电路两端元件的图形符号与分类如图2所示，理想直流电源、理想电表、电阻元件、恒功率源的伏安特性曲线如图3a、3b、3c、3d所示。

电路分析时常会用到实际独立电源组件：实际独立电压源、实际独立电流源、实际独立电源，实际独立电源组件形成过程如图4所示。

元件只有一个参数，如：电阻、电感和电容，其参数称为元参数。相应地将两端网络称为胞元件或包元件，其参数称为胞参数或包参数。静态元件的参数是常数，如电阻参数，其两端网络可等效为一个电阻元件，等效参数为元参数。而稳态电路动态元件的参数是频率的函数，如储能元件参数，其两端网络的参数阻抗导纳是频率的复杂函数，是胞参数，整体上是一个胞元件。胞元件是一个形式上的元件，实际上是元件的组合，但视为一个元件，只有当频率固定且确定时，稳态电路的胞元件才是一个普通元件，胞参数成为一个元参数。动态电路的算子阻抗和算子导纳与运算阻抗和运算导纳也是胞参数，其对应的元件也是胞元件。