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
+−240 VRa​ = 1,2 ΩIa​ = 20 AM+−EωT

Nuolatinės srovės variklis iš 240 V maitinimo vartoja 20 A. Jo inkaro varža yra 1,2 Ω, o sukimosi (trinties, ventiliacijos ir plieno) nuostoliai yra 173 W. Raskite jo naudingumo koeficientą η.

V = 240 VIa = 20 ARa = 1,2 ΩProt = 173 W
η = %
2.Nuolatinės srovės varikliaiSunkus
+−48 VRa​ = 0,8 ΩIa​: 4 → 6 AM+−En = ?T

Nepriklausomo žadinimo nuolatinės srovės variklis, maitinamas 48 V (Ra = 0,8 Ω), sukasi 900 aps./min, kai inkaro srovė yra 4 A. Apkrova pasikeičia ir srovė tampa 6 A, o magnetinis laukas nekinta. Raskite naująjį greitį n2.

V = 48 VRa = 0,8 Ωn1 = 900 rpmIa1 = 4 AIa2 = 6 A
n2 = rpm
3.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavarosVidutinis
N1​ = 20, m = 4 mm

7,5 kW variklis, besisukantis 1440 rpm greičiu, suka krumpliaratuką su 20 dantų, kurio modulis 4 mm. Raskite tangentinę jėgą Ft, veikiančią krumpliaratuko dantis.

P = 7,5 kWn = 1440 rpmN1 = 20m = 4 mm
Ft = N
4.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavarosSunkus
A = 15B = 25C = 16D = ?

Sudėtinėje krumpliaračių pavaroje krumpliaratis A (15 dantų) ant įėjimo veleno sukasi 1500 rpm greičiu ir suka krumpliaratį B (25 dantų). Krumpliaratis C (16 dantų) pritvirtintas prie to paties veleno kaip B ir suka krumpliaratį D ant išėjimo veleno. Išėjimo velenas turi suktis 600 rpm greičiu. Kiek dantų ND turi turėti krumpliaratis D?

nin = 1500 rpmA = 15B = 25C = 16nout = 600 rpm
ND =
5.Duomenų kaupimas ir diskretizavimasVidutinis
Vin​N = ?1 V2ᴺ − 10≤ 0,5 mV

ADC įėjimo ruožas yra nuo 0 iki 1 V. Jis turi išskirti 0,5 mV ar mažesnius žingsnius. Raskite mažiausią bitų skaičių N.

VFSR = 1 Vskiriamoji geba = 0,5 mV
N =
6.Duomenų kaupimas ir diskretizavimasSunkus
122 ch∿01tc​ = 5 µstset​ = 5 µsfs​ = ?

2 kanalų multiplekseris maitina vieną ADC. Kiekvienas keitimas trunka 5 µs, o po kiekvieno kanalo perjungimo įėjimui reikia 5 µs nusistovėti. Kanalai skenuojami paeiliui be pauzių. Raskite kiekvieno kanalo diskretizavimo dažnį fs kHz.

n = 2tc = 5 µstset = 5 µs
fs = kHz
7.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliaiVidutinis
+−10 V220 Ω220 Ω + ΔR220 Ω220 Ωab+−98,04 mV

Tilto, kurio keturių svirčių varža yra 220 Ω, maitinimas 10 V. Pasikeitus jutiklio R₂ varžai, išėjimas rodo Vab = 98,04 mV. Raskite tikslų R₂ pokytį ΔR.

Vs = 10 VR = 220 ΩVab = 98,04 mV
ΔR = Ω
8.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliaiSunkus
+−2,5 V350 Ω − ΔR350 Ω + ΔR350 Ω350 Ωab+−Vo​ = ?

Tiltas (du aktyvūs jutikliai gretimose svirtyse, vienas tempiamas, kitas gniuždomas (pustiltis)), kurio svirčių varža 350 Ω, žadinamas 2,5 V. Tenzojautrumo koeficientas yra 2,1, o deformacija 800 µε. Raskite tilto išėjimą Vo mV.

Vs = 2,5 VGF = 2,1ε = 800 µε
Vo = mV
9.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasVidutinis
r(t) = 2t+Ks(s + 2)C(s)−

Vienetinio grįžtamojo ryšio kontūras, kurio G(s) = K/(s(s + 2)), turi sekti rampą r(t) = 2t su 0,01 nusistovėjusiąja paklaida. Raskite stiprinimą K.

G(s) = K/(s(s + 2))r(t) = 2tess = 0,01
K =
10.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasSunkus
R(s)+8 + Kd​s1s(s + 2)C(s)−

PD reguliatorius C(s) = 8 + Kd·s valdo objektą G(s) = 1/(s(s + 2)) vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre. Raskite diferencialinį stiprinimą Kd, kuriam esant uždarojo kontūro slopinimo koeficientas yra ζ = 0,5.

G(s) = 1/(s(s + 2))Kp = 8ζ = 0,5
Kd = s
11.Šuolinė reakcijaVidutinis
t (s)y(t)3tp​ = ?

Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 66/(s² + 5s + 22), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite šuolinės reakcijos pikų laiką tp.

G(s) = 66/(s² + 5s + 22)
tp = s
12.Šuolinė reakcijaSunkus
R(s)+Ks(s + 20)G(s)C(s)−

Vienetinio neigiamo grįžtamojo ryšio kontūre G(s) = K/(s(s + 20)). Raskite stiprinimą K, kuriam esant šuolinė reakcija turi 2 % viršijimą.

G(s) = K/(s(s + 20))%OS = 2 %
K =

3Tirpalai

1.Nuolatinės srovės varikliai

Atsakymas: η = 86,4 %

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 = 240·20 = 4800 W
Pdev = 216·20 = 4320 W
Pout = 4320 − 173 = 4147 W

Naudingumo koeficientas

η = 4147/4800·100 = 86,4 %

Atsakymas

η = 86,4 %
2.Nuolatinės srovės varikliai

Atsakymas: n2 = 867,9 rpm

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.

Priešelektrovara prieš ir po

E1 = 48 − 4·0,8 = 44,8 V
E2 = 48 − 6·0,8 = 43,2 V

Naujasis greitis

n2 = 900·43,2/44,8 = 867,9 rpm

Atsakymas

n2 = 867,9 rpm
3.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavaros

Atsakymas: Ft = 1243 N

Gear geometry: the module m sets the tooth size. A gear with N teeth has a pitch diameter d = m·N, two meshing gears have the same module, and their centre distance is a = (d₁ + d₂)/2 = m·(N₁ + N₂)/2. The pitch-line speed is v = π·d·n/60, and the tangential tooth force follows from the torque: Ft = 2T/d.

Krumpliaratuko sukimo momentas

ω = 2π·1440/60 = 150,8 rad/s
T = P/ω = 7500/150,8 = 49,74 N·m

Dalijamasis skersmuo

d = m·N = 4·20 = 80 mm

Tangentinė jėga

Ft = 2T/d = 2·49,74/0,08 = 1243 N

Atsakymas

Ft = 1243 N
4.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavaros

Atsakymas: ND = 24

Gear trains: meshing gears have the same speed at the teeth, so n₁·N₁ = n₂·N₂: the gear with fewer teeth turns faster. Gears on one shaft turn at the same speed. Power is passed on (minus losses), so torque goes up when speed goes down: T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η, and P = T·ω with ω = 2π·n/60.

Tarpinio veleno greitis

nB = nC = 1500·15/25 = 900 rpm

Krumpliaračio D dantys

ND = C·nC/nout = 16·900/600 = 24

Atsakymas

ND = 24
5.Duomenų kaupimas ir diskretizavimas

Atsakymas: N = 11

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

1000 mV/0,5 mV = 2000

Bitai

log₂(2000) = 10,97
210 = 1024 < 2000 ≤ 211 = 2048
N = 11

Atsakymas

N = 11
6.Duomenų kaupimas ir diskretizavimas

Atsakymas: fs = 50 kHz

Duomenų spartos: kiekvienas kanalas per sekundę pateikia fs atskaitų po N bitų, todėl žalioji sparta yra kanalai × fs × N bit/s. Atmintyje atskaita užima sveikus baitus (12 bitų atskaita saugoma 2 baituose), todėl įrašo atmintis yra kanalai × fs × baitai vienai atskaitai × laikas. Multipleksuojamas ADC kanalus keičia vieną po kito: kiekvienas keitimas (su nusistovėjimu) trunka t, todėl n kanalų ratas trunka n·t, o kiekvienas kanalas diskretizuojamas 1/(n·t) dažniu.

Laikas vienam kanalui

5 + 5 = 10 µs

Skenavimo laikas

2·10 = 20 µs

Vieno kanalo diskretizavimo dažnis

fs = 1/20 µs = 50 kHz

Atsakymas

fs = 50 kHz
7.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliai

Atsakymas: ΔR = 8,8 Ω

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.

Mazgo įtampa

Va = 5 + 0,09804 = 5,098 V

Išspręskite daliklį

R₂ = 220·5,098/(10 − 5,098) = 228,8 Ω
ΔR = 228,8 − 220 = 8,8 Ω

Atsakymas

ΔR = 8,8 Ω
8.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliai

Atsakymas: Vo = 2,1 mV

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.

Santykinis varžos pokytis

ΔR/R = 2,1·800·10⁻⁶ = 0,00168

Tilto išėjimas

Vo = Vs·GF·ε/2 = 2,5·0,00168/2 = 2,1 mV

Atsakymas

Vo = 2,1 mV
9.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: K = 400

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.

Reikiama greičio konstanta

Kv = A/ess = 2/0,01 = 200

Stiprinimas

K = 2·Kv = 400

Atsakymas

K = 400

Didelis stiprinimas šį kontūrą padaro labai silpnai slopinamą: ζ = 0,05. Dėl šios prieštaros naudojami kompensatoriai.

10.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: Kd = 0,8284 s

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 + 2) + 1(8 + Kds) = s² + (2 + 1Kd)s + 8

Savasis dažnis

ωₙ = √8 = 2,828 rad/s

Diferencialinis stiprinimas

2 + 1Kd = 2·0,5·2,828 = 2,828
Kd = 0,8284 s

Atsakymas

Kd = 0,8284 s

Diferencialinis narys prideda slopinimo nekeisdamas ωₙ.

11.Šuolinė reakcija

Atsakymas: tp = 0,7916 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 = 22 → ωₙ = 4,69 rad/s
2ζωₙ = 5 → ζ = 5/(2·4,69) = 0,533

Rezultatas

ωd = 4,69·√(1 − 0,533²) = 3,969 rad/s → tp = π/ωd = 0,7916 s

Atsakymas

tp = 0,7916 s
12.Šuolinė reakcija

Atsakymas: K = 164,5

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 + 20s + K)

Slopinimo koeficientas iš viršijimo

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

Stiprinimas

ωₙ = 20/(2ζ) = 12,83 rad/s
K = ωₙ² = 164,5

Atsakymas

K = 164,5

ExamProblems · examproblems.com/courses/mechatronic-systems