Quelqu'un utilise-t-il des amplificateurs opérationnels pour modéliser des systèmes physiques?

J'étudie pour mon examen de modélisation et simulation système. Le manuel indique donc qu'il existe trois catégories de modèles.

Graphique - diagrammes de blocs et graphiques de flux de signaux.
Physique - modèles de similitude physique et modèles d'analogie physique.
Symbolique - modèles linguistiques et mathématiques.

Mettant de côté ma suspicion qu'un schéma fonctionnel n'est pas moins un modèle mathématique qu'un système d'équations différentielles, voici ma question.

Ils définissent le modèle de similitude physique comme une version réduite du système d'origine. D'un autre côté, le modèle d'analogie physique utilise des circuits électriques pour modéliser le système réel.

Je pensais que cela avait été fait pour la dernière fois il y a 40 ans, et actuellement rien ne peut battre la puissance de calcul des ordinateurs numériques modernes. Des circuits électriques analogiques sont-ils encore utilisés pour modéliser certains systèmes?

Smart Grid est un exemple typique où l'informatique analogique est toujours utilisée. L'ordinateur analogique peut être plus rapide pour le suivi de systèmes complexes, mais il est évidemment contrôlé par les systèmes numériques aujourd'hui et vu à travers des interfaces numériques.

Une autre application importante de l'informatique analogique concerne les réseaux de neurones artificiels. Les cartes Kohonen et divers systèmes gagnant-tout peuvent être implémentés sur puce en utilisant le calcul analogique (en utilisant des amplificateurs et des composants non linéaires).

N'oubliez pas les billes hydrauliques, pneumatiques et même roulantes!

Mais sérieusement, j'ai vu un grand modèle d'aquifère fait avec un maillage de résistances et de condensateurs. Vous pouvez simplement couper la portée à n'importe quelle jonction pour obtenir une prédiction du niveau d'eau pour le siècle prochain.

De nos jours, nous pouvons résoudre quelques milliers d'équations simultanées en quelques secondes ou moins, donc ce modèle d'aquifère est assez redondant.

D'autre part, nous utilisons tout le temps des modèles physiques dans des circuits très simples comme des filtres passe-bas, des intégrateurs. Mais ce ne sont que pour la commodité du circuit, jamais pour enquêter sur un système physique. Donc, pour la modélisation, il est plus facile de le faire numériquement.

Son toujours dans la mémoire vivante de telles machines ont été utilisées (au moins dans ma mémoire vivante). Ci-dessous, une photo de la machine Phillips utilisée par la Banque d'Angleterre pour modéliser l'économie. Il est tombé en désuétude dans les années 1970.

(Voir l'article http://www.theguardian.com/business/2008/may/08/bankofenglandgovernor.economics )

La machine Phillips. Photographie: Graham Turner Graham Turner / Guardian

Des circuits électriques analogiques sont-ils encore utilisés pour modéliser certains systèmes?

Oui - je pense que oui. Cependant, non pas comme de vrais modèles matériels (comme à l'époque des ordinateurs analogiques) mais comme des schémas fonctionnels composés d'amplificateurs, d'additionneurs, de contrôleurs, d'intégrateurs, de filtres, ...

Il s'agit d'une méthode très pratique pour trouver la fonction de transfert des systèmes et des informations connexes telles que la bande passante et les propriétés de stabilité - à la suite de la simulation informatique (calcul analogique sur un ordinateur numérique). A cet effet, des programmes de simulation orientés et / ou symboliques sont disponibles. Plus que cela, un tel modèle offre la possibilité de modifier le système dans le but d'améliorer le comportement des systèmes (réponse échelonnée, stabilité, ...).

Bien qu'il puisse être vrai que les ordinateurs sont extrêmement puissants de nos jours, vous pouvez toujours faire face à des applications où vous avez des contraintes de puissance serrées. Là, il pourrait ne pas être possible d'utiliser un microcontrôleur ou un processeur suffisamment puissant.

Dans ces cas, un circuit analogique pourrait encore être le chemin à parcourir.

Comme cela semble assez vague et probablement non seulement le demandeur se demande ce que cela a à voir avec la modélisation d'un système physique, je vais donner une courte explication de ce que j'ai à l'esprit. Je ne peux pas entrer dans trop de détails mais voici:

Le système de contrôle peut ne prendre que 5 mW de puissance. Il est nécessaire de contrôler un système avec un taux de mise à jour de 1 kHz. Il doit y avoir une sorte de mécanisme pour détecter une condition défectueuse à l'intérieur du système contrôlé de manière très opportune, au mieux en temps réel (également à 1 kHz).

Maintenant, le mécanisme de contrôle est implémenté dans un microcontrôleur qui est capable de gérer cette tâche assez bien à l'intérieur de ces limites d'énergie. Le problème était de détecter la condition défectueuse.

Pour cette tâche, le circuit analogique est entré. Le système a été modélisé comme un circuit analogique et la même entrée a été appliquée au circuit et au système. Si la sortie différait de trop, il y avait quelque chose de mal dans le système (ou le modèle pendant les étapes de développement).

Maintenant, le calcul du modèle entier à une fréquence de rafraîchissement de 1 kHz n'était pas possible pour le microcontrôleur dans ce budget de puissance.

Aujourd'hui, avec l'avènement du Cortex M4F, vous pourriez vous en approcher, ils sont assez impressionnants, mais je doute qu'il soit possible de le presser tout de suite.

Ce n'est peut-être pas la modélisation que le demandeur avait en tête, mais c'est toujours une application d'un circuit analogique pour modéliser un système physique.

Les gens n'utilisent pas beaucoup les ordinateurs analogiques parce qu'ils ne peuvent pas faire les calculs nécessaires à la configuration et à la simulation des ordinateurs analogiques, croyez-moi, il y en a beaucoup. De nombreuses personnes n'ont pas non plus les compétences électroniques nécessaires pour patcher les circuits électroniques.

C'est très triste parce que je crois qu'en ne faisant pas semblant d'informatique analogique dans les écoles / collèges / universités, nous ne produisons pas assez d'ingénieurs / physiciens de haut niveau. C'est très facile, mais pas propice à l'apprentissage «réel» de l'utilisation d'un PC. BTW, aucun conférencier dans mon département universitaire (contrôle Eng), pourrait patcher un simple circuit analogique, j'étais le seul!

J'ai un petit ordinateur analogique que j'utilise fréquemment juste pour garder la main; je l'utilise pour simuler des processus chimiques et des plantes ... Échangeurs de chaleur, CSTR, réseaux de neurones, etc. c'est très amusant! J'utilise également une planche à pain pour attacher des amplificateurs opérationnels, des capuchons et des résistances supplémentaires également très bon marché et faciles à installer sur des circuits informatiques analogiques.

Les livres analogiques (également analogiques) sont toujours disponibles et bon marché! Essayez les livres ABE. anybook.biz. BTW Je pense que la Russie expérimente toujours avec eux!