Простая электрическая цепь
Рассмотрим электрическую цепь с источниками тока, подключенными к узлам цепи, и источниками напряжения, включенным в ветви цепи. Такая электрическая цепь описывается следующей системой уравнений:
, (1)
, (2)
где
H - вектор токов, создаваемых источниками тока;
I - вектор токов в ветвях цепи;
E - вектор напряжений в ветвях цепи;
- вектор узловых потенциалов;
N - матрица инциденций с элементами 1,0,-1;
R - диагональная матрица сопротивлений в ветвях цепи.
В этой системе уравнение (2) описывает первый закон Кирхгофа, уравнениe (1) - второй закон Кирхгофа.
Рассмотрим функцию
. (3)
Необходимые условия оптимума этой функции при ограничениях вида (2) имеют вид уравнения (1), где является вектором неопределенных множителей Лагранжа для условия (2), которые появляются, когда оптимизируемая функция дополняется слагаемым
. Далее имеем:
(4)
Отсюда следует, что функция (3), имеет глобальный минимум. Итак, минимизация функции (3) при ограничении в виде уранений первого закона Кирхгофа (2) приводит к уравнениям второго закона Кирхгофа (1). Следовательно, расчет электрической цепи постоянного тока эквивалентен поиску минимума функции (3) при ограничении (2). Другими словами электрическая цепь моделирует задачу квадратичного программирования.
Деннис в [1] показал, что все эти выводы справедливы и в том случае, когда электрическая цепь содержит диоды и так называемые трансформаторы постоянного тока, которые мы далее будем называть трансформаторами Денниса - ТД.
Диоды описываются неравенствами и равенством вида
(5)
(6)
. 
(7)
Необходимые условия оптимума функции (3) при ограничениях вида (5) имеют вид (6, 7).
Трансформатор Денниса ТД содержит две ветви - первичную с током 
и напряжением 
и вторичную с током 
и напряжением .Он описываются уравнениями
(8)
(9)
где h - коэффициент трансформации. Из этих уравнений следует, что
(10)
т.е. мощности, отдаваемые первичной и вторичной ветвями ТД в электрическую цепь, в сумме равны нулю. Необходимые условия оптимума функции (3) при ограничениях вида (8) имеют вид (9).
Немного больше о технологиях >>>
Обзор биологических наномоторов
Многие
молекулярные наномашины, давно работающие в живых организмах, могут послужить
первыми строительными кирпичиками будущих нанороботов. Причем таких
"моторов" в природе достаточно много. В этой статье мы расскажем об
основных биомоторах и их возможном применении в ...
О побочном событии в лабораторном эксперименте
В
исследовании частных приложений теории относительности экспериментальная физика
значительно опережает теоретическую, которой все чаще приходится объяснять
причины расхождения своих предсказаний с результатами практического опыта.
Такое
взаимоотношение теории и эксперимента ...
