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
+−VRa​M+−En = 3000 rpmT = ?

Nuolatinės srovės variklis duoda 5,5 kW mechaninės galios, sukdamasis 3000 aps./min. Raskite veleno momentą T.

P = 5,5 kWn = 3000 rpm
T = N·m
2.Nuolatinės srovės varikliaiSunkus
T (N·m)n (rpm)60 N·m750 rpm

Nuolatinės srovės variklis, kurio k = 1,5 V·s/rad, o Ra = 0,25 Ω, turi sukti 60 N·m apkrovą 750 aps./min greičiu. Raskite jam reikalingą inkaro įtampą V.

k = 1,5 V·s/radRa = 0,25 ΩT = 60 N·mn = 750 rpm
V = V
3.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavarosVidutinis
d1​ = 120 mmd2​ = 315 mm720 rpmT1​ = 600 NT2​ = 120 NP = ?

Diržas juda ant 120 mm varančiojo skriemulio, kuris sukasi 720 rpm. Įtemptosios šakos įtempimas yra 600 N, laisvosios – 120 N. Raskite perduodamą galią P kW.

d1 = 120 mmn1 = 720 rpmT1 = 600 NT2 = 120 N
P = kW
4.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavarosSunkus
A = 16B = 80C = 45D = 48

Daugiapakopėje krumpliaratinėje pavaroje krumpliaratis A (16 dantų) ant įėjimo veleno sukasi 1450 rpm greičiu ir suka krumpliaratį B (80 dantų). Krumpliaratis C (45 dantų) pritvirtintas prie to paties veleno kaip B ir suka krumpliaratį D (48 dantų) ant išėjimo veleno. Raskite išėjimo sukimosi greitį nout.

nin = 1450 rpmA = 16B = 80C = 45D = 48
nout = rpm
5.Duomenų kaupimas ir diskretizavimasVidutinis
122 ch∿01N = 1620 kHz? MB

Registratorius diskretizuoja 2 kanalus po 20 kHz 16 bitų ADC. Kiekviena atskaita saugoma sveikais baitais. Raskite atminties dydį M, reikalingą 60 min įrašui, MB (1 MB = 10⁶ baitų).

n = 2fs = 20 kHzN = 16t = 60 min
M = MB
6.Duomenų kaupimas ir diskretizavimasSunkus
f0fs​/2fs​2,8 kHz3f₁?

2,8 kHz stačiakampė banga diskretizuojama 8 kHz dažniu be antipersiklojimo filtro. Stačiakampėje bangoje yra nelyginės harmonikos 3f₁, 5f₁, 7f₁, … Kokiu dažniu fa jos harmonika 3f₁ pasirodo diskretizuotuose duomenyse? Pateikite Hz.

f₁ = 2,8 kHzfs = 8 kHzharmonika: 3f₁
fa = Hz
7.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliaiVidutinis
+−2 VR1​ = 400 ΩR2​ = 40 ΩR3​ = 120 ΩR4​ = 600 ΩabGRg​ = 20 Ω

Tarp pavaizduoto tilto taškų a ir b (Vs = 2 V) prijungtas 20 Ω varžos galvanometras. Raskite galvanometro srovę Ig iš a į b µA.

Vs = 2 VR1 = 400 ΩR2 = 40 ΩR3 = 120 ΩR4 = 600 ΩRg = 20 Ω
Ig = µA
8.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliaiSunkus
+−10 V1000 Ω − ΔR1000 Ω + ΔR1000 Ω + ΔR1000 Ω − ΔRab+−Vo​ = ?

Tiltas (keturi aktyvūs jutikliai, du tempiami ir du gniuždomi (pilnas tiltas)), kurio svirčių varža 1000 Ω, žadinamas 10 V. Tenzojautrumo koeficientas yra 2,12, o deformacija 1500 µε. Raskite tilto išėjimą Vo mV.

Vs = 10 VGF = 2,12ε = 1500 µε
Vo = mV
9.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasVidutinis
R(s)+K(s + 1)(s + 2)C(s)−

Vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre G(s) = K/((s + 1)(s + 2)). Raskite stiprinimą K, su kuriuo šuolio įėjimo nusistovėjusioji paklaida yra 10 %.

G(s) = K/((s + 1)(s + 2))ess = 10 %
K =
10.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasSunkus
r(t) = 5t+2 + 2/s4(s + 1)(s + 2)C(s)−

PI reguliatorius C(s) = 2 + 2/s valdo objektą G(s) = 4/((s + 1)(s + 2)) vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre. Raskite nusistovėjusiąją paklaidą ess, kai įėjimas yra rampa r(t) = 5t.

C(s) = 2 + 2/sG(s) = 4/((s + 1)(s + 2))r(t) = 5t
ess =
11.Šuolinė reakcijaVidutinis
t (s)y(t)0,5tp​ = ?

Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 9/(s² + 5s + 18), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite šuolinės reakcijos pikų laiką tp.

G(s) = 9/(s² + 5s + 18)
tp = s
12.Šuolinė reakcijaSunkus
k = 1000 N/mc = 19 N·s/mm = 1 kgF = 100 Nx(t)

1 kg masė kabo ant 1000 N/m spyruoklės su klampiuoju slopintuvu c = 19 N·s/m (m·x″ + c·x′ + k·x = F). Pusiausvyroje rimtyje staiga pridedama pastovi jėga F = 100 N. Raskite laiką tp, kai poslinkis didžiausias.

m = 1 kgk = 1000 N/mc = 19 N·s/mF = 100 N
tp = s

3Tirpalai

1.Nuolatinės srovės varikliai

Atsakymas: T = 17,51 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.

Greitis rad/s

ω = 2π·3000/60 = 314,2 rad/s

Sukimo momentas

T = P/ω = 5500/314,2 = 17,51 N·m

Atsakymas

T = 17,51 N·m
2.Nuolatinės srovės varikliai

Atsakymas: V = 127,8 V

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

E = 1,5·78,54 = 117,8 V

Inkaro srovė

Ia = 60/1,5 = 40 A

Inkaro įtampa

V = 117,8 + 40·0,25 = 127,8 V

Atsakymas

V = 127,8 V
3.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavaros

Atsakymas: P = 2,171 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.

Diržo greitis

v = 4,524 m/s

Galia

P = (600 − 120)·4,524 = 2171 W = 2,171 kW

Atsakymas

P = 2,171 kW
4.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavaros

Atsakymas: nout = 271,9 rpm

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.

Pirmoji pakopa

nB = 1450·16/80 = 290 rpm = nC

Antroji pakopa

nout = 290·45/48 = 271,9 rpm

Atsakymas

nout = 271,9 rpm

bendras perdavimo skaičius = 5,333 : 1

5.Duomenų kaupimas ir diskretizavimas

Atsakymas: M = 288 MB

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.

Baitai vienai atskaitai

⌈16/8⌉ = 2 B

Baitų sparta

2·20000·2 = 80000 B/s

Atmintis

M = 80000·3600 = 2,88 × 10⁸ B = 288 MB

Atsakymas

M = 288 MB
6.Duomenų kaupimas ir diskretizavimas

Atsakymas: fa = 400 Hz

Diskretizavimas: ADC signalą matuoja fs kartų per sekundę. Pagal Naikvisto ir Šenono teoremą dažnis f užfiksuojamas teisingai tik kol f < fs/2, Naikvisto (atspindžio) dažnis, todėl diskretizavimo dažnis turi viršyti dvigubą aukščiausią signalo dažnį. Aukštesnis dažnis neprarandamas: jis pasirodo kaip persiklojimo dažnis fa = |f − k·fs|, kai sveikasis k rezultatą perkelia į ruožą nuo 0 iki fs/2. Atskaitos jų atskirti negali, todėl analoginis antipersiklojimo filtras prieš ADC turi pašalinti viską, kas didesnė už fs/2.

Harmonikos dažnis

3f₁ = 3·2,8 kHz = 8,4 kHz

Artimiausias diskretizavimo dažnio kartotinis

m = round(1,05) = 1

Persiklojimo dažnis

fa = |8400 − 1·8000| = 400 Hz

Atsakymas

fa = 400 Hz

Persiklojimo dažnis patenka į signalo juostą, kur jokio skaitmeninio filtro jo pašalinti negali. Padeda tik analoginis filtras prieš ADC.

7.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliai

Atsakymas: Ig = −9496 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 = 2·(40/440 − 600/720) = −1,485 V

Tevenino varža

Rth = R₁∥R₂ + R₃∥R₄ = 136,4 Ω

Galvanometro srovė

Ig = −1,485/(136,4 + 20) = −9496 µA

Atsakymas

Ig = −9496 µA
8.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliai

Atsakymas: Vo = 31,8 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 = 2,12·1500·10⁻⁶ = 0,00318

Tilto išėjimas

Vo = Vs·GF·ε = 10·0,00318 = 31,8 mV

Atsakymas

Vo = 31,8 mV
9.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: K = 18

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 paklaidos konstanta

1/(1 + Kp) = 0,1 → Kp = 9

Stiprinimas

K/2 = 9 → K = 18

Atsakymas

K = 18

Patikrinkite ir uždarojo kontūro stabilumą: šiam antrosios eilės kontūrui stabilus bet koks K > 0.

10.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: ess = 1,25

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).

Greičio konstanta

s·C(s) = 2s + 2 → 2, kai s → 0.

Kv = 2·4/2 = 4

Rampos paklaida

ess = 5/4 = 1,25

Atsakymas

ess = 1,25

PI reguliatorius visiškai panaikina šuolio paklaidą; rampa seka su pastoviu atsilikimu.

11.Šuolinė reakcija

Atsakymas: tp = 0,9165 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 = 18 → ωₙ = 4,243 rad/s
2ζωₙ = 5 → ζ = 5/(2·4,243) = 0,5893

Rezultatas

ωd = 4,243·√(1 − 0,5893²) = 3,428 rad/s → tp = π/ωd = 0,9165 s

Atsakymas

tp = 0,9165 s
12.Šuolinė reakcija

Atsakymas: tp = 0,1042 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).

Savasis dažnis ir slopinimo koeficientas

ωₙ = √(k/m) = √(1000/1) = 31,62 rad/s
ζ = c/(2√(km)) = 19/(2·√(1000·1)) = 0,3004

Rezultatas

ωd = 30,16 rad/s
tp = π/ωd = 0,1042 s

Atsakymas

tp = 0,1042 s

ExamProblems · examproblems.com/courses/mechatronic-systems