¿Alguien usa amplificadores operacionales para modelar sistemas físicos de nuevo?

Smart Grid es un ejemplo típico donde todavía se utiliza la computación analógica. La computadora analógica puede ser más rápida para el seguimiento complejo de sistemas, pero obviamente está controlada por sistemas digitales hoy en día y se ve a través de interfaces digitales.

Otra aplicación importante de la computación analógica es para redes neuronales artificiales. Los mapas de Kohonen y varios sistemas de ganadores para llevar se pueden implementar en el chip usando computación analógica (usando amplificadores y componentes no lineales).

¡No olvide los mármoles hidráulicos, neumáticos e incluso rodantes!

Pero en serio, vi un gran modelo de acuífero hecho con una malla de resistencias y condensadores. Puede simplemente cortar el alcance a cualquier cruce para obtener una predicción del nivel de agua para el próximo siglo.

En estos días podemos resolver unos pocos miles de ecuaciones simultáneas en unos segundos o menos, por lo que este modelo de acuífero es bastante redundante.

Por otro lado, usamos modelos físicos todo el tiempo en circuitos muy simples como filtros de paso bajo, integradores. Pero estos son para la comodidad del circuito, nunca para la investigación de un sistema físico. Así que para modelar, es más fácil hacerlo digitalmente.

Es todavía dentro de la memoria viva que se usaron tales máquinas (al menos en mi memoria viva). A continuación se muestra una foto de la máquina Phillips utilizada por el Banco de Inglaterra para modelar la economía. Quedó fuera de uso en la década de 1970.

(Consulte el artículo enlace )

La máquina Phillips. Fotografía: Graham Turner Graham Turner / Guardian

¿Se siguen utilizando los circuitos eléctricos analógicos para modelar algunos sistemas?

Sí, creo que sí. Sin embargo, no como modelos de hardware reales (como en los días de las computadoras analógicas), sino como diagramas de bloques que consisten en amplificadores, sumadores, controladores, integradores, filtros, ...

Este es un método muy conveniente para encontrar la función de transferencia de sistemas y la información relacionada, como el ancho de banda y las propiedades de estabilidad, como resultado de la simulación por computadora (computación analógica en una computadora digital). Para este propósito, están disponibles programas de simulación simbólica y / o orientados a diagramas de bloques. Más que eso, dicho modelo ofrece la oportunidad de modificar el sistema con el objetivo de mejorar el comportamiento del sistema (respuesta a pasos, estabilidad, ...).

Si bien puede ser cierto, las computadoras son extremadamente poderosas en estos días, aún puede enfrentar aplicaciones donde tiene restricciones de energía muy ajustadas. Puede que no sea posible utilizar un microcontrolador o procesador lo suficientemente potente.

En esos casos, un circuito analógico podría seguir siendo el camino a seguir.

Como esto suena bastante vago y probablemente no solo la persona que pregunta se pregunta qué tiene esto que ver con modelar un sistema físico, daré una breve explicación de lo que tengo en mente. No puedo entrar en demasiados detalles, pero aquí va:

El sistema de control puede tomar solo 5 mW de potencia. Es necesario controlar un sistema con una tasa de actualización de 1 kHz. Tiene que haber algún tipo de mecanismo para detectar una condición defectuosa dentro del sistema controlado de manera muy oportuna, en el mejor de los casos en tiempo real (también a 1kHz).

Ahora el mecanismo de control se implementa en un microcontrolador que puede manejar esa tarea bastante bien dentro de estos límites de energía. El problema fue detectar la condición defectuosa.

Para esta tarea entró el circuito analógico. El sistema fue modelado como un circuito analógico, y se aplicó la misma entrada al circuito que al sistema. Si la salida difiere en una gran cantidad, hay un error en el sistema (o el modelo durante las etapas de desarrollo).

Ahora no fue posible calcular el modelo completo a una frecuencia de actualización de 1 kHz para el microcontrolador en ese presupuesto de potencia.

Hoy, con la llegada de Cortex M4F, es posible que se acerque, son bastante impresionantes, pero dudo que sea posible exprimirlo todavía.

Puede que este no sea el modelo que la persona que realizó la pregunta tenía en mente, pero sigue siendo una aplicación de un circuito analógico para modelar un sistema físico.

La gente no usa mucho las computadoras analógicas porque no pueden hacer las matemáticas necesarias que se requieren para la configuración y simulación de computadoras analógicas, créeme que hay mucho. Además, muchas personas no tienen las habilidades electrónicas necesarias para parchear los circuitos electrónicos.

Esto es muy triste porque creo que al no hacer algo parecido a la computación analógica en las escuelas / colegios / universidades no estamos obteniendo suficientes ingenieros / físicos de alto calibre. Es muy fácil, pero no es propicio para el aprendizaje "real" de usar una PC. Por cierto, no hay profesores en mi departamento universitario (control Eng), podría arreglar un circuito analógico simple, ¡yo era el único!

Tengo una pequeña computadora analógica que con frecuencia utilizo solo para mantener mi mano; la uso para simular procesos químicos y plantas ... Intercambiadores de calor, CSTR, redes neuronales, etc. ¡Es muy divertido! También utilizo el panel de pruebas para adjuntar amplificadores operacionales, gorras y amp; Las resistencias también son muy baratas y fáciles de conectar circuitos de computación analógica.

Los libros analógicos (también analógicos) todavía están disponibles & ¡barato! Prueba los libros de ABE. anybook.biz. Por cierto, creo que Rusia todavía está experimentando con ellos!