Mechatroninės sistemos: pasiruošimo paketas

Formulių lapai, pagrindiniai kiekvienos temos metodų žingsniai ir 12 uždavinių, o pilni sprendimai pateikti gale.

Nauji uždaviniaiAtgal į kursą

Spausdinimo lange pasirinkite „Išsaugoti kaip PDF“, kad nuosavą kopiją išsaugotumėte savo įrenginyje.

1Formulės ir metodai

Nuolatinės srovės varikliai

Inkaro grandinė
V = E + IaRa
Priešelektrovara ir momentas
E = k·ω, T = k·Ia
Greitis
ω = 2π·n/60, ω = (V − IaRa)/k
Tuščiosios eigos greitis ir stabdymo momentas
ω0 = V/k, Tstall = k·V/Ra
Galios
Pin = V·Ia, Pdev = E·Ia = T·ω, Pout = Pdev − Prot
Paleidimas
Istart = V/(Ra + Rst)
Greičio reguliavimas
SR = (n0 − nFL)/nFL
Didžiausia išvystoma galia
Pmax = V²/(4Ra)
Pertraukiklio pavara
Va = D·Vdc

Metodas

  1. Nubraižykite inkaro grandinę: maitinimas V, varža Ra ir priešelektrovara E nuosekliai.
  2. Įtampai, srovei ir priešelektrovarai susieti naudokite V = E + Ia·Ra.
  3. Greičiui naudokite E = k·ω, o momentui T = k·Ia, kai ω = 2π·n/60.
  4. Galiai ir naudingumui pradėkite nuo V·Ia, atimkite vario nuostolius Ia²·Ra, o tada sukimosi nuostolius.

Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavaros

Sukibę krumpliaračiai
n1·N1 = n2·N2
Sukimo momentas
T2 = T1·(N2/N1)·η
Galia
P = T·ω, ω = 2π·n/60
Daugiapakopė pavara
bendras perdavimo skaičius = pakopų perdavimo skaičių sandauga

Duomenų kaupimas ir diskretizavimas

Naikvisto kriterijus
fs > 2·fmax, fN = fs/2
Persiklojimo dažnis
fa = |f − k·fs|, k = round(f/fs)
Žingsnio dydis
1 LSB = VFSR/2ᴺ
Kvantavimo paklaida (apvalinimas)
±½ LSB
Nupjaunantis ADC kodas
D = ⌊Vin/LSB⌋
Bitų skaičius skiriamajai gebai r
2ᴺ ≥ span/r
Idealus SQNR, pilnos skalės sinusas
SQNR = 6,02·N + 1,76 dB
Duomenų sparta
kanalai × fs × N bit/s
Multipleksuojamas ADC
fs = 1/(n·(tc + tset))
UART
Tb = 1/baud; 8N1 = 10 bitų vienam baitui; baitai/s = baud/bitai viename kadre
Baud spartos daliklis
baud = fclk/(16·D)

Metodas

  1. Užsirašykite, kas duota: diskretizavimo dažnį, signalo dažnius, bitų skaičių, įėjimo ruožą, baud spartą.
  2. Diskretizavimo uždaviniuose kiekvieną dažnį palyginkite su fs/2; aukštesnis dažnis pasirodo ties fa = |f − k·fs|, kai imamas artimiausias fs kartotinis.
  3. Skiriamosios gebos uždaviniuose raskite 1 LSB = VFSR/2ᴺ arba mažiausią N, su kuriuo 2ᴺ ≥ ruožas/skiriamoji geba.
  4. Duomenų spartos ir UART ryšio uždaviniuose suskaičiuokite viską, kas siunčiama: kanalus, atskaitas per sekundę, bitus ar sveikus baitus vienai atskaitai ir kiekvieno kadro starto, lyginumo ir stabdos bitus.

Vitstouno tiltas ir tenzojutikliai

Daliklių įtampos
Va = VsR2/(R1 + R2), Vb = VsR4/(R3 + R4)
Išskirta
Vab = Va − Vb
Balansas
R1/R2 = R3/R4
Slankiosios vielos tiltas
R/Rx = l/(100 − l)
Tevenino varža
Rth = R1∥R2 + R3∥R4
Tenzojautrumo koeficientas
ΔR/R = GF·ε
Tilto išėjimas
ketvirtinis Vs·GF·ε/4, pusinis Vs·GF·ε/2, pilnas Vs·GF·ε
Mažas pokytis, viena svirtis
Vab ≈ Vs·ΔR/(4R)
Įtempis
σ = E·ε

Metodas

  1. Tiltą laikykite dviem įtampos dalikliais ant to paties šaltinio.
  2. Pusiausvyrai nustatykite R₁/R₂ = R₃/R₄ ir išspręskite nežinomą rezistorių.
  3. Nesubalansuotam tiltui iš daliklių raskite Va ir Vb ir atimkite; kai prietaisas apkrauna išėjimą, naudokite Tevenino ekvivalentą.
  4. Tenzojutikliams deformaciją paverskite ΔR/R = GF·ε ir naudokite Vs·GF·ε/4, /2 arba ×1 ketvirtiniam, pusiniam ar pilnam tiltui.

Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Sistemos tipas
G(s) polių ties s = 0 skaičius
Paklaidos konstantos
Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s), Ka = lim s²·G(s) (s → 0)
Šuolis A
ess = A/(1 + Kp)
Rampa A·t
ess = A/Kv
Parabolė A·t²/2
ess = A/Ka
PID reguliatorius
C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s
Antrosios eilės tikslas
s² + 2ζωns + ωn²
Viršijimas ir laiko rodikliai
%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd, ts ≈ 4/(ζωn)

Metodas

  1. Suskaičiuokite atvirojo kontūro C(s)·G(s) polius ties s = 0: tai yra sistemos tipas.
  2. Apskaičiuokite įėjimui tinkančią paklaidos konstantą: Kp šuoliui, Kv rampai, Ka parabolei.
  3. Taikykite ess = A/(1 + Kp), A/Kv arba A/Ka arba išspręskite jį reikiamam stiprinimui.
  4. Slopinimo ar greičio reikalavimui užrašykite uždarojo kontūro charakteristinį daugianarį ir sulyginkite jį su s² + 2ζω_n·s + ω_n².

2Uždaviniai

1.Nuolatinės srovės varikliaiVidutinis
+−220 VRa​ = 0,4 ΩIa​ = 20 AM+−EωT

Nuolatinės srovės variklis iš 220 V maitinimo vartoja 20 A. Jo inkaro varža yra 0,4 Ω, o sukimosi (trinties, ventiliacijos ir plieno) nuostoliai yra 339 W. Raskite jo naudingumo koeficientą η.

V = 220 VIa = 20 ARa = 0,4 ΩProt = 339 W
η = %
2.Nuolatinės srovės varikliaiSunkus
+−220 VD = ?Ra​ = 0,25 ΩM+−En = 900 rpmT = 0,72 N·m

Nuolatinės srovės pertraukiklis maitina variklį (k = 0,12 V·s/rad, Ra = 0,25 Ω) iš 220 V nuolatinės įtampos šynos. Vidutinė inkaro įtampa yra D·220 V. Raskite pildymo koeficientą D, su kuriuo variklis sukasi 900 aps./min, kai apkrova yra 0,72 N·m.

Vdc = 220 Vk = 0,12 V·s/radRa = 0,25 ΩT = 0,72 N·mn = 900 rpm
D = %
3.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavarosVidutinis
N1​ = 16N2​ = 25

11 kW variklis, besisukantis 1500 rpm greičiu, suka krumpliaratį, kurio dantų skaičius 16; šis sukimba su krumpliaračiu, kurio dantų skaičius 25. Krumpliaračių poros naudingumo koeficientas – 97 %. Raskite sukimo momentą T1 variklio velene.

P = 11 kWn1 = 1500 rpmN1 = 16N2 = 25η = 97%
T1 = N·m
4.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavarosSunkus
d1​ = 160 mmd2​ = 250 mm720 rpmC = 1200 mmT1​ = 1000 NT2​P = ?

Atviras diržas jungia 160 mm varantįjį skriemulį, sukamą 720 rpm, su 250 mm skriemuliu; ašys nutolusios 1200 mm. Trinties koeficientas yra 0,25, o įtemptosios šakos įtempimas neturi viršyti 1000 N. Raskite didžiausią galią P, kurią diržas gali perduoti neslysdamas, kW (išcentrinių jėgų neįskaitykite).

d1 = 160 mmn1 = 720 rpmd2 = 250 mmC = 1200 mmμ = 0,25T1 = 1000 N
P = kW
5.Duomenų kaupimas ir diskretizavimasVidutinis
Vin​N = 125 V2ᴺ − 101 LSB1,955 V?

12 bitų ADC, kurio įėjimo ruožas nuo 0 iki 5 V, nupjauna: jo išėjimo kodas yra ⌊Vin/LSB⌋, kai 1 LSB = VFSR/2ᴺ. Raskite dešimtainį išėjimo kodą D, kai įėjimo įtampa yra 1,955 V.

N = 12VFSR = 5 VVin = 1,955 V
D =
6.Duomenų kaupimas ir diskretizavimasSunkus
Vin​N = ?VFSR​2ᴺ − 101 LSB

Garso matavimui reikia idealaus signalo ir kvantavimo triukšmo santykio bent 55 dB pilnos skalės sinusinei bangai. Raskite mažiausią ADC bitų skaičių N.

SQNR ≥ 55 dB
N =
7.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliaiVidutinis
+−3 VR1​ = 1000 ΩR2​ = 600 ΩR3​ = 80 ΩR4​ = 40 ΩabGRg​ = 100 Ω

Tarp pavaizduoto tilto taškų a ir b (Vs = 3 V) prijungtas 100 Ω varžos galvanometras. Raskite galvanometro srovę Ig iš a į b µA.

Vs = 3 VR1 = 1000 ΩR2 = 600 ΩR3 = 80 ΩR4 = 40 ΩRg = 100 Ω
Ig = µA
8.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliaiSunkus
+−10 V1000 Ω1000 Ω + ΔR1000 Ω1000 Ωab+−Vo​

Ketvirtinis tiltas (vienas aktyvus jutiklis, GF = 2) žadinamas 10 V. Didžiausia matuojama deformacija yra 600 µε, ir ji analoginio-skaitmeninio keitiklio įėjime turi duoti 3,3 V. Raskite stiprintuvo stiprinimą G.

Vs = 10 VGF = 2εmax = 600 µεVFS = 3,3 V
G =
9.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasVidutinis
r(t) = 5t+5(s + 2)s(s + 10)C(s)−

Į vienetinio grįžtamojo ryšio kontūrą, kurio G(s) = 5(s + 2)/(s(s + 10)), paduodama rampa r(t) = 5t. Raskite nusistovėjusiąją paklaidą ess.

G(s) = 5(s + 2)/(s(s + 10))r(t) = 5t
ess =
10.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasSunkus
R(s)+K = 254s(s + 5)C(s)−

Proporcinis reguliatorius K = 25 valdo objektą G(s) = 4/(s(s + 5)) vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre. Raskite šuolinės reakcijos procentinį viršijimą %OS.

G(s) = 4/(s(s + 5))K = 25
%OS = %
11.Šuolinė reakcijaVidutinis
t (s)y(t)3

Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 249/(s² + 9s + 83), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite santykinį slopinimo koeficientą ζ.

G(s) = 249/(s² + 9s + 83)
ζ =
12.Šuolinė reakcijaSunkus
k = 400 N/mc = 89 N·s/mm = 20 kgF = 10 Nx(t)

20 kg masė kabo ant 400 N/m spyruoklės su klampiuoju slopintuvu c = 89 N·s/m (m·x″ + c·x′ + k·x = F). Pusiausvyroje rimtyje staiga pridedama pastovi jėga F = 10 N. Raskite didžiausią poslinkį xmax mm.

m = 20 kgk = 400 N/mc = 89 N·s/mF = 10 N
xmax = mm

3Tirpalai

1.Nuolatinės srovės varikliai

Atsakymas: η = 88,66 %

Nuolatinės srovės variklis: inkaras yra varža Ra, nuosekliai sujungta su priešelektrovara E, taigi V = E + Ia·Ra. Priešelektrovara didėja didėjant greičiui, E = k·ω, o sukimo momentas – didėjant srovei, T = k·Ia, su ta pačia variklio konstanta k (V·s/rad = N·m/A) SI vienetais. Greitį perskaičiuokite pagal ω = 2π·n/60. Išvystoma galia yra E·Ia = T·ω; įėjimo galia yra V·Ia, o skirtumą sudaro vario nuostoliai Ia²Ra ir sukimosi nuostoliai. Greitis mažėja tiese didėjant momentui, ω = V/k − Ra·T/k², nuo tuščiosios eigos greičio V/k iki nulio ties stabdymo momentu k·V/Ra. Stovint E = 0, todėl paleidimo srovė V/Ra yra didelė, nebent ją riboja rezistorius.

Galios

Pin = 220·20 = 4400 W
Pdev = 212·20 = 4240 W
Pout = 4240 − 339 = 3901 W

Naudingumo koeficientas

η = 3901/4400·100 = 88,66 %

Atsakymas

η = 88,66 %
2.Nuolatinės srovės varikliai

Atsakymas: D = 5,823 %

Nuolatinės srovės variklis: inkaras yra varža Ra, nuosekliai sujungta su priešelektrovara E, taigi V = E + Ia·Ra. Priešelektrovara didėja didėjant greičiui, E = k·ω, o sukimo momentas – didėjant srovei, T = k·Ia, su ta pačia variklio konstanta k (V·s/rad = N·m/A) SI vienetais. Greitį perskaičiuokite pagal ω = 2π·n/60. Išvystoma galia yra E·Ia = T·ω; įėjimo galia yra V·Ia, o skirtumą sudaro vario nuostoliai Ia²Ra ir sukimosi nuostoliai. Greitis mažėja tiese didėjant momentui, ω = V/k − Ra·T/k², nuo tuščiosios eigos greičio V/k iki nulio ties stabdymo momentu k·V/Ra. Stovint E = 0, todėl paleidimo srovė V/Ra yra didelė, nebent ją riboja rezistorius.

Reikiama inkaro įtampa

Va = 0,12·94,25 + 6·0,25 = 12,81 V

Pildymo koeficientas

D = 12,81/220 = 5,823 %

Atsakymas

D = 5,823 %
3.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavaros

Atsakymas: T1 = 70,03 N·m

Krumpliaratinės pavaros: sukibusių krumpliaračių dantų greitis vienodas, todėl n₁·N₁ = n₂·N₂: krumpliaratis su mažiau dantų sukasi greičiau. Ant vieno veleno esantys krumpliaračiai sukasi vienodu greičiu. Galia perduodama toliau (atėmus nuostolius), todėl mažėjant sukimosi greičiui sukimo momentas didėja: T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η, o P = T·ω, kur ω = 2π·n/60.

Variklio sukimo momentas

ω₁ = 2π·1500/60 = 157,1 rad/s
T1 = P/ω₁ = 11000/157,1 = 70,03 N·m

Atsakymas

T1 = 70,03 N·m
4.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavaros

Atsakymas: P = 3,23 kW

Diržinės pavaros: be slydimo abiejų skriemulių lanko greitis vienodas, v = π·d·n/60, todėl n₁·d₁ = n₂·d₂, o greičių santykis yra d₂/d₁. Slydimas s varomąjį skriemulį šiek tiek sulėtina: n₂ = n₁·(d₁/d₂)·(1 − s). Perduodama galia P = (T₁ − T₂)·v, kai T₁ yra įtemptosios, o T₂ – laisvosios šakos įtempimas. Trintis riboja įtempimų santykį: T₁/T₂ = eμθ, kai θ yra apkabos kampas radianais ant mažesniojo skriemulio; atviram diržui θ = π − 2·asin((d₂ − d₁)/(2C)), kai ašių atstumas C.

Apkabos kampas

θ = 3,067 rad

Laisvosios šakos įtempimas

eμθ = e0,7666 = 2,153, T₂ = 1000/2,153 = 464,6 N

Galia

P = (1000 − 464,6)·6,032 = 3,23 kW

Atsakymas

P = 3,23 kW
5.Duomenų kaupimas ir diskretizavimas

Atsakymas: D = 1601

ADC skiriamoji geba: N bitų keitiklis pilnos skalės ruožą VFSR padalija į 2ᴺ kodų – nuo 0 iki 2ᴺ − 1. Vienas žingsnis yra 1 LSB = VFSR/2ᴺ: mažiausias pokytis, kurį keitiklis gali parodyti. Nupjaunantis ADC duoda kodą ⌊Vin/LSB⌋; apvalinantis ADC nuo tikrosios vertės niekada nenukrypsta daugiau kaip ½ LSB – tai jo kvantavimo paklaida. Kiekvienas papildomas bitas perpus sumažina LSB ir maždaug 6 dB padidina idealų signalo ir kvantavimo triukšmo santykį SQNR = 6,02·N + 1,76 dB pilnos skalės sinusui. Norėdami pasiekti skiriamąją gebą r per ruožą, rinkitės mažiausią N, su kuriuo 2ᴺ ≥ ruožas/r.

Žingsnio dydis

1 LSB = 5/212 = 1,221 mV

Kodas

Vin/LSB = 1955/1,221 = 1602
kodas = ⌊1602⌋ = 1601

Atsakymas

D = 1601

Dvejetainiu pavidalu tai yra 011001000001.

6.Duomenų kaupimas ir diskretizavimas

Atsakymas: N = 9

ADC skiriamoji geba: N bitų keitiklis pilnos skalės ruožą VFSR padalija į 2ᴺ kodų – nuo 0 iki 2ᴺ − 1. Vienas žingsnis yra 1 LSB = VFSR/2ᴺ: mažiausias pokytis, kurį keitiklis gali parodyti. Nupjaunantis ADC duoda kodą ⌊Vin/LSB⌋; apvalinantis ADC nuo tikrosios vertės niekada nenukrypsta daugiau kaip ½ LSB – tai jo kvantavimo paklaida. Kiekvienas papildomas bitas perpus sumažina LSB ir maždaug 6 dB padidina idealų signalo ir kvantavimo triukšmo santykį SQNR = 6,02·N + 1,76 dB pilnos skalės sinusui. Norėdami pasiekti skiriamąją gebą r per ruožą, rinkitės mažiausią N, su kuriuo 2ᴺ ≥ ruožas/r.

Išspręskite N atžvilgiu

N ≥ (55 − 1,76)/6,02 = 8,844

Apvalinkite aukštyn

N = 9
patikra: 6,02·9 + 1,76 = 55,94 dB ≥ 55 dB

Atsakymas

N = 9
7.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliai

Atsakymas: Ig = 249,2 µA

Vitstouno tiltas: du įtampos dalikliai maitinami iš to paties šaltinio Vs. Kairysis daliklis R1–R2 duoda Va = Vs·R2/(R1 + R2), o dešinysis daliklis R3–R4 duoda Vb = Vs·R4/(R3 + R4); išėjimas yra Vab = Va − Vb. Tiltas yra subalansuotas (Vab = 0, prietaisu srovė neteka), kai R1/R2 = R3/R4, t. y. R1·R4 = R2·R3. Žiūrint nuo išėjimo, tiltas yra Tevenino šaltinis, kurio Rth = R1∥R2 + R3∥R4.

Tevenino įtampa

Vth = 3·(600/1600 − 40/120) = 0,125 V

Tevenino varža

Rth = R₁∥R₂ + R₃∥R₄ = 401,7 Ω

Galvanometro srovė

Ig = 0,125/(401,7 + 100) = 249,2 µA

Atsakymas

Ig = 249,2 µA
8.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliai

Atsakymas: G = 1100

Tenzojutikliai: jutiklio varža kinta kartu su deformacija: ΔR/R = GF·ε, kur tenzojautrumo koeficientas GF metalinei folijai yra apie 2. Tilte, kurio visos svirtys lygios R, vienas aktyvus jutiklis (ketvirtinis tiltas) duoda Vo ≈ Vs·GF·ε/4. Du aktyvūs jutikliai su priešingomis deformacijomis gretimose svirtyse (pustiltis) duoda Vs·GF·ε/2, o keturi (pilnas tiltas) – Vs·GF·ε. Įtempis gaunamas iš Huko dėsnio, σ = E·ε. Apkrovos jutikliai savo jautrį nurodo mV/V: išėjimas esant pilnai apkrovai vienam žadinimo voltui.

Tilto išėjimas esant pilnai skalei

Vo = 3 mV

Stiprinimas

G = 3,3/0,003 = 1100

Atsakymas

G = 1100
9.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: ess = 5

Nusistovėjusioji paklaida: vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre, kurio atvirojo kontūro perdavimo funkcija yra G(s), paklaida yra E(s) = R(s)/(1 + G(s)), o pagal galutinės reikšmės teoremą ess = lims→0 s·E(s). Sistemos tipas yra G(s) polių ties s = 0 skaičius. Paklaidos konstantos yra Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s) ir Ka = lim s²·G(s), visos kai s → 0. A dydžio šuolis duoda ess = A/(1 + Kp), rampa A·t duoda A/Kv, o parabolė A·t²/2 duoda A/Ka. 0 tipo kontūras šuolį seka su baigtine paklaida, 1 tipo kontūras seka jį tiksliai, o rampą – su baigtine paklaida.

Greičio konstanta

Kv = lim s·G(s) = 1

Rampos paklaida

ess = 5/1 = 5

Atsakymas

ess = 5
10.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: %OS = 44,43 %

P, PI ir PID valdymas: reguliatorius C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s veikia pagal paklaidą. Proporcinis stiprinimas pagreitina kontūrą ir sumažina 0 tipo objekto paklaidą, bet niekada jos nepanaikina. Integralinis narys prideda polių ties s = 0: sistemos tipas padidėja vienetu, o šuolis seka be paklaidos. Diferencialinis narys prideda slopinimo. Norėdami parinkti stiprinimus, užrašykite uždarojo kontūro charakteristinį daugianarį ir palyginkite jį su s² + 2ζωns + ωn². Tuomet %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd, kur ωd = ωn√(1 − ζ²), o ts ≈ 4/(ζωn).

Charakteristinis daugianaris

s(s + 5) + 25·4 = s² + 5s + 100

ωₙ ir ζ

ωₙ = √100 = 10 rad/s
ζ = 5/(2·10) = 0,25

Viršijimas

%OS = 100·e−0,25π/√(1 − 0,25²) = 44,43 %

Atsakymas

%OS = 44,43 %
11.Šuolinė reakcija

Atsakymas: ζ = 0,4939

Šuolinė reakcija: pirmosios eilės sistema G(s) = K/(τs + 1) į U dydžio šuolį atsako y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): po vienos laiko pastoviosios τ ji pasiekia 63,2 % galutinės vertės K·U, o po 4τ – 98 %. Antrosios eilės sistema G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) turi polius s = −ζωₙ ± jωd, kur ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Kai 0 < ζ < 1, šuolinė reakcija viršija galutinę vertę: procentinis viršijimas %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), pikų laikas tp = π/ωd, o 2 % nusistovėjimo laikas ts ≈ 4/(ζωₙ). Palyginkite vardiklį su s² + 2ζωₙs + ωₙ², kad nustatytumėte ωₙ ir ζ. Masės, spyruoklės ir slopintuvo sistemai ωₙ = √(k/m) ir ζ = c/(2√(km)); nuosekliajai RLC grandinei ωₙ = 1/√(LC) ir ζ = (R/2)·√(C/L).

Palyginkite su standartine forma

Vardiklis turi atitikti s² + 2ζωₙs + ωₙ².

ωₙ² = 83 → ωₙ = 9,11 rad/s
2ζωₙ = 9 → ζ = 9/(2·9,11) = 0,4939

Rezultatas

ζ = 0,4939

Atsakymas

ζ = 0,4939
12.Šuolinė reakcija

Atsakymas: xmax = 29,12 mm

Šuolinė reakcija: pirmosios eilės sistema G(s) = K/(τs + 1) į U dydžio šuolį atsako y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): po vienos laiko pastoviosios τ ji pasiekia 63,2 % galutinės vertės K·U, o po 4τ – 98 %. Antrosios eilės sistema G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) turi polius s = −ζωₙ ± jωd, kur ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Kai 0 < ζ < 1, šuolinė reakcija viršija galutinę vertę: procentinis viršijimas %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), pikų laikas tp = π/ωd, o 2 % nusistovėjimo laikas ts ≈ 4/(ζωₙ). Palyginkite vardiklį su s² + 2ζωₙs + ωₙ², kad nustatytumėte ωₙ ir ζ. Masės, spyruoklės ir slopintuvo sistemai ωₙ = √(k/m) ir ζ = c/(2√(km)); nuosekliajai RLC grandinei ωₙ = 1/√(LC) ir ζ = (R/2)·√(C/L).

Savasis dažnis ir slopinimo koeficientas

ωₙ = √(k/m) = √(400/20) = 4,472 rad/s
ζ = c/(2√(km)) = 89/(2·√(400·20)) = 0,4975

Rezultatas

xst = F/k = 10/400 m = 25 mm
%OS = 16,5 %
xmax = 25·(1 + 0,165) = 29,12 mm

Atsakymas

xmax = 29,12 mm

ExamProblems · examproblems.com/courses/mechatronic-systems