Disseny, realització i programació d’un ordinador analògic.

Autor: Xicota Sanjaume, Albert

Escola: ESCOLA D’ENGINYERIA DE TERRASSA EET.

Titulació: GRAU EN ENGINYERIA INDUSTRIAL

Especialitat: ELECTRÒNICA INDUSTRIAL I AUTOMÀTICA Director: Jordi Sellarès

1. Introducció

Necessitat històrica.

Rapidesa.

Seguretat.

Per que la necessitat de realitzar càculs?

Que és un ordinador analògic?

Dispositiu elèctronic o mecànic.

Treballa amb magnituds físiques equivalents al sistema orginal.

Operar en paral·lel i de forma continua.

2. Justificació

Observar el comportament de senyals.

Mostrar com realitzar operacions matemàtiques.

Comprovar l’existència d’analogies.

3. Antecedents

4. Objectius

Disseny i realització d’un ordinador analògic.

Solucionar equacions diferencials lineals de coeficients constants.

Programar un oscil·lador.

5. Operacions bàsiques

   

Inversor Sumador

Integrador

  

Multiplicador

6. Equacions del oscil·lador

 

 

 

 

 

1. Oscilador simple

2. Oscilador esmorteït

Tres tipus de solucions:

 

  

a) Moviment subesmorteït

b) Moviment sobreesmorteït  

 

c) Moviment crític  

 

 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

Tens

ió (

V)

Temps (s)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

Temps (s)

Volta

tge

( V )

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Temps (s)

Volta

tge

( V )

Moviment subesmorteït

Moviment sobreesmorteït

Moviment crític

3. Oscilador forçat

 

7. Disseny preliminar

8. Dissenys definitius.

2 integradors.

2 multiplicadors.

Generador senyal quadrada.

Condició inicial.

Tècnica utilitzada

Integrador

Multiplicador  

Multiplicador 

Generador senyal quadrada

Condició inicial

Cablejat del disseny

9. ResultatsOscil·lador esmorteït

0 5 10 15 20 25-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Temps (s)

Volta

tge

( V )

A = 0.36 gamma = 0.33

x experimentalx simulació

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

Temps (s)

Volta

tge

( V )

A = 0.32 gamma = 0.68

x experimentalx simulació

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Temps (s)

Volta

tge

( V )

A = 0.22 gamma = 1.95

x experimentalx simulació

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3A = 0.18 gamma = 4.93

Volta

tge

( V )

Temps (s)

x experimentalx simulació

Oscil·lador forçat

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

Temps (s)

Volta

tge

( V )

x experimentalx simulació

 

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

Temps (s)

Volta

tge

( V )

x experimentalx simulació

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Temps (s)

Volta

tge

( V )

x experimentalx simulació

 

 

11. Ambit d’utilització i aplicacions

Laboratoris docents.

Instituts.

Centres universitaris.

Exposicions en museus.

10. Pressupost

11. Conclusions

És molt fàcil fer malbé els components.

Es poden saturar els components si es treballa amb voltatges elevats.

Els amplificadors operacionals rail to rail donen un voltage més precís.

Les fonts flotants introdueixen soroll.

12. Millores futures

Realitzar la inversió en una etapa previa al multipicador

Muntar tots el dissenys en una placa.

Millorar el tema del soroll.

Utilitzar bateries recargables.

 

Circuit integrat AD633.

Treballar amb funcions no lineals.

12. Codi matlab