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
T (N·m)n (rpm)Tst​ = ?n0​

Nuolatinės srovės variklis, kurio k = 1,2 N·m/A, o Ra = 0,8 Ω, prijungtas prie 110 V. Raskite jo stabdymo momentą Tstall, momentą esant nuliniam greičiui.

V = 110 Vk = 1,2 N·m/ARa = 0,8 Ω
Tstall = N·m
2.Nuolatinės srovės varikliaiSunkus
+−48 VRs​ = ?Ra​ = 1,5 ΩM+−En = 1200 rpmT = 0,6 N·m

Nuolatinės srovės variklis (k = 0,3 V·s/rad, Ra = 1,5 Ω), prijungtas prie pastovios 48 V įtampos, suka 0,6 N·m apkrovą. Raskite nuosekliąją varžą Rs, kuri jį sulėtina iki 1200 aps./min.

V = 48 Vk = 0,3 V·s/radRa = 1,5 ΩT = 0,6 N·mn = 1200 rpm
Rs = Ω
3.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavarosVidutinis
N1​ = 50N2​ = 72

3 kW variklis, besisukantis 1450 rpm greičiu, suka krumpliaratį, kurio dantų skaičius 50; šis sukimba su krumpliaračiu, kurio dantų skaičius 72. Nuostolių nepaisykite. Raskite sukimo momentą T1 variklio velene.

P = 3 kWn1 = 1450 rpmN1 = 50N2 = 72η = 100%
T1 = N·m
4.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavarosSunkus
Ns​ = 15nr​ = ?Np​ = 30vedžiklis nejudamas

Planetinėje pavaroje saulės krumpliaratis turi 15 dantų, o kiekvienas satelitas – 30 dantų. Vedžiklis nejudamas, o saulės krumpliaratis sukamas 1200 rpm greičiu. Raskite vainikinio krumpliaračio sukimosi greitį nr (didumą).

Ns = 15Np = 30ns = 1200 rpm
nr = rpm
5.Duomenų kaupimas ir diskretizavimasVidutinis
Vin​N = ?2,5 V2ᴺ − 10≤ 10 mV

ADC įėjimo ruožas yra nuo 0 iki 2,5 V. Jis turi išskirti 10 mV ar mažesnius žingsnius. Raskite mažiausią bitų skaičių N.

VFSR = 2,5 Vskiriamoji geba = 10 mV
N =
6.Duomenų kaupimas ir diskretizavimasSunkus
Vin​N = ?VFSR​2ᴺ − 101 LSB

Garso matavimui reikia idealaus signalo ir kvantavimo triukšmo santykio bent 40 dB pilnos skalės sinusinei bangai. Raskite mažiausią ADC bitų skaičių N.

SQNR ≥ 40 dB
N =
7.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliaiVidutinis
+−5 V220 Ω220 Ω + ΔR220 Ω220 Ωab+−Vab​ = ?

Tilto keturių svirčių varža yra 220 Ω, Vs = 5 V. Jutiklio R₂ varža padidėja ΔR = 0,44 Ω. Taikydami mažo pokyčio artinį, raskite išėjimą Vab mV.

Vs = 5 VR = 220 ΩΔR = 0,44 Ω
Vab = mV
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 800 µε, ir ji analoginio-skaitmeninio keitiklio įėjime turi duoti 5 V. Raskite stiprintuvo stiprinimą G.

Vs = 10 VGF = 2εmax = 800 µεVFS = 5 V
G =
9.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasVidutinis
r(t) = 5 + 0,5t+4(s + 3)s(s + 5)C(s)−

Į vienetinio grįžtamojo ryšio kontūrą, kurio G(s) = 4(s + 3)/(s(s + 5)), paduodamas signalas r(t) = 5 + 0,5t (šuolis ir rampa). Raskite nusistovėjusiąją paklaidą ess.

G(s) = 4(s + 3)/(s(s + 5))r(t) = 5 + 0,5t
ess =
10.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasSunkus
R(s)+Kp​ + Ki​/s2s + 2C(s)−

PI reguliatorius C(s) = Kp + Ki/s valdo objektą G(s) = 2/(s + 2) vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre. Uždarasis kontūras turi turėti ωₙ = 3 rad/s ir ζ = 0,6. Raskite proporcinį stiprinimą Kp.

G(s) = 2/(s + 2)ωₙ = 3 rad/sζ = 0,6
Kp =
11.Šuolinė reakcijaVidutinis
t (s)y(t)3

Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 135/(s² + 11s + 45), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite savąjį dažnį ωn rad/s.

G(s) = 135/(s² + 11s + 45)
ωn = rad/s
12.Šuolinė reakcijaSunkus
R(s)+Ks(s + 6)G(s)C(s)−

Vienetinio neigiamo grįžtamojo ryšio kontūre G(s) = K/(s(s + 6)). Raskite stiprinimą K, kuriam esant šuolinė reakcija turi 2 % viršijimą.

G(s) = K/(s(s + 6))%OS = 2 %
K =

3Tirpalai

1.Nuolatinės srovės varikliai

Atsakymas: Tstall = 165 N·m

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.

Stabdymo srovė

Ia = V/Ra = 110/0,8 = 137,5 A

Stabdymo momentas

Tstall = 1,2·137,5 = 165 N·m

Atsakymas

Tstall = 165 N·m
2.Nuolatinės srovės varikliai

Atsakymas: Rs = 3,65 Ω

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.

Srovė ir priešelektrovara

Ia = 0,6/0,3 = 2 A
E = 0,3·125,7 = 37,7 V

Nuoseklioji varža

Ra + Rs = (48 − 37,7)/2 = 5,15 Ω
Rs = 3,65 Ω

Atsakymas

Rs = 3,65 Ω

Rezistorius išsklaido 14,6 W; pertraukiklis greitį valdo su gerokai mažesniais nuostoliais.

3.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavaros

Atsakymas: T1 = 19,76 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·1450/60 = 151,8 rad/s
T1 = P/ω₁ = 3000/151,8 = 19,76 N·m

Atsakymas

T1 = 19,76 N·m
4.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavaros

Atsakymas: nr = 240 rpm

Planetinės pavaros: saulės krumpliaračio, vainiko ir vedžiklio greičius sieja Viliso lygtis (ns − nc)/(nr − nc) = −Nr/Ns: žiūrint iš vedžiklio, tai paprasta krumpliaračių pavara, kurioje satelitai yra tarpiniai krumpliaračiai. Užfiksavus vieną narį, pavara tampa reduktoriumi su vienu perdavimo skaičiumi.

Vainikinio krumpliaračio dantys

Nr = Ns + 2·Np = 15 + 2·30 = 75

Viliso lygtis, kai vedžiklis nejudamas

Kai nc = 0, saulės krumpliaratis per satelitus suka vainiką, o satelitai veikia kaip tarpiniai krumpliaračiai.

nr = −ns·Ns/Nr = −1200·15/75 = −240 rpm
|nr| = 240 rpm

Atsakymas

nr = 240 rpm

Vainikas sukasi priešinga kryptimi nei saulės krumpliaratis.

5.Duomenų kaupimas ir diskretizavimas

Atsakymas: N = 8

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.

Reikalingi žingsniai

2500 mV/10 mV = 250

Bitai

log₂(250) = 7,966
27 = 128 < 250 ≤ 28 = 256
N = 8

Atsakymas

N = 8
6.Duomenų kaupimas ir diskretizavimas

Atsakymas: N = 7

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 ≥ (40 − 1,76)/6,02 = 6,352

Apvalinkite aukštyn

N = 7
patikra: 6,02·7 + 1,76 = 43,9 dB ≥ 40 dB

Atsakymas

N = 7
7.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliai

Atsakymas: Vab = 2,5 mV

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.

Santykinis pokytis

ΔR/R = 0,44/220 = 0,002

Tiesinis išėjimas

Vab ≈ 5·0,002/4 = 2,5 mV

Atsakymas

Vab = 2,5 mV

Tiksli reikšmė yra 2,498 mV; artinys geras, kol ΔR/R mažas.

8.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliai

Atsakymas: G = 1250

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 = 4 mV

Stiprinimas

G = 5/0,004 = 1250

Atsakymas

G = 1250
9.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: ess = 0,2083

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) = 2,4

Šuolio dalis

Kp = ∞ → estep = 0

Rampos paklaida

ess = 0,5/2,4 = 0,2083

Atsakymas

ess = 0,2083
10.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: Kp = 0,8

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

1 + C(s)G(s) = 0, padauginta iš s(s + 2).

s² + (2 + 2Kp)s + 2Ki

Tikslinis daugianaris

s² + 2·0,6·3s + 3² = s² + 3,6s + 9

Sulyginkite koeficientus

2 + 2Kp = 3,6 → Kp = 0,8

Atsakymas

Kp = 0,8

Integralinis narys kontūrą padaro 1 tipo, todėl šuolis seka be nusistovėjusiosios paklaidos.

11.Šuolinė reakcija

Atsakymas: ωn = 6,708 rad/s

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 = 45 → ωₙ = 6,708 rad/s
2ζωₙ = 11 → ζ = 11/(2·6,708) = 0,8199

Rezultatas

ωₙ = 6,708 rad/s

Atsakymas

ωn = 6,708 rad/s
12.Šuolinė reakcija

Atsakymas: K = 14,8

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).

Uždarosios sistemos perdavimo funkcija

T(s) = K/(s² + 6s + K)

Slopinimo koeficientas iš viršijimo

ζ = −ln(0,02)/√(π² + ln²(0,02)) = 0,7797

Stiprinimas

ωₙ = 6/(2ζ) = 3,848 rad/s
K = ωₙ² = 14,8

Atsakymas

K = 14,8

ExamProblems · examproblems.com/courses/mechatronic-systems