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)15 N·mn0​n = ?

Nuolatinės srovės variklis (k = 0,5 N·m/A, Ra = 0,25 Ω) maitinamas 110 V ir sukasi apkrovos momentu 15 N·m. Raskite jo greitį n aps./min.

V = 110 Vk = 0,5 N·m/ARa = 0,25 ΩT = 15 N·m
n = rpm
2.Nuolatinės srovės varikliaiSunkus
+−220 VRa​ = 1,2 ΩM+−En = ?T = 9,6 N·m

Nepriklausomo žadinimo nuolatinės srovės variklis (k = 0,8 V·s/rad esant pilnam laukui, Ra = 1,2 Ω, V = 220 V) sukasi pastoviu apkrovos momentu 9,6 N·m. Magnetinis srautas sumažinamas iki 90 % pilnos reikšmės. Raskite naująjį greitį n.

V = 220 Vk = 0,8 V·s/radRa = 1,2 ΩT = 9,6 N·mΦ = 90 %
n = rpm
3.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavarosVidutinis
N1​N2​ = ?

Du lygiagretūs velenai yra 54 mm atstumu vienas nuo kito. Juos reikia sujungti cilindrinių tiesiadančių krumpliaračių pora, kurios modulis 1,5 mm, o greičio sumažinimas 3,5 : 1. Kiek dantų N2 turi turėti krumpliaratis?

a = 54 mmm = 1,5 mmi = 3,5
N2 =
4.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavarosSunkus
A = 15B = 30C = 15D = 60

15 kW variklis, besisukantis 2900 rpm greičiu, suka krumpliaratį A (15 dantų), kuris sukimba su krumpliaračiu B (30 dantų). Krumpliaratis C (15 dantų), esantis ant to paties veleno kaip B, suka krumpliaratį D (60 dantų) ant išėjimo veleno. Kiekvieno sukibimo naudingumo koeficientas 96%. Raskite išėjimo sukimo momentą Tout.

P = 15 kWnin = 2900 rpmA = 15B = 30C = 15D = 60ηmesh = 96%
Tout = N·m
5.Duomenų kaupimas ir diskretizavimasVidutinis
Vin​N = 125 V2ᴺ − 101 LSB3,665 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 3,665 V.

N = 12VFSR = 5 VVin = 3,665 V
D =
6.Duomenų kaupimas ir diskretizavimasSunkus
SD0​D1​D2​D3​D4​D5​D6​D7​Tb​10·Tb​57600 Bd, 8N1

10 bitų ADC kiekvieną atskaitą siunčia per UART 57600 baud sparta, formatu 8N1 (starto bitas, 8 duomenų bitai, 1 stabdos bitas). Kiekviena atskaita siunčiama 2 sveikais baitais, o ryšys visą laiką užimtas. Raskite aukščiausią signalo dažnį fmax, kurį galima diskretizuoti be persiklojimo, Hz.

baud = 57600 BdN = 108N1
fmax = Hz
7.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliaiVidutinis
+−10 V100 Ω100 Ω + ΔR100 Ω100 Ωab+−98,04 mV

Tilto, kurio keturių svirčių varža yra 100 Ω, maitinimas 10 V. Pasikeitus jutiklio R₂ varžai, išėjimas rodo Vab = 98,04 mV. Raskite tikslų R₂ pokytį ΔR.

Vs = 10 VR = 100 ΩVab = 98,04 mV
ΔR = Ω
8.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliaiSunkus
+−3 V1000 Ω1000 Ω + ΔR1000 Ω1000 Ωab+−Vo​ = ?

Tiltas (vienas aktyvus jutiklis (ketvirtinis tiltas)), kurio svirčių varža 1000 Ω, žadinamas 3 V. Tenzojautrumo koeficientas yra 2, o deformacija 1200 µε. Raskite tilto išėjimą Vo mV.

Vs = 3 VGF = 2ε = 1200 µε
Vo = mV
9.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasVidutinis
r(t) = 1·t²/2+5(s + 3)s²(s + 4)C(s)−

Į vienetinio grįžtamojo ryšio kontūrą, kurio G(s) = 5(s + 3)/(s²(s + 4)), paduodamas parabolinis signalas r(t) = 1·t²/2. Raskite nusistovėjusiąją paklaidą ess.

G(s) = 5(s + 3)/(s²(s + 4))r(t) = 1·t²/2
ess =
10.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasSunkus
R(s)+Kp​ + Ki​/s5s + 1C(s)−

PI reguliatorius C(s) = Kp + Ki/s valdo objektą G(s) = 5/(s + 1) vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre. Uždarasis kontūras turi turėti ωₙ = 5 rad/s ir ζ = 0,7. Raskite integralinį stiprinimą Ki.

G(s) = 5/(s + 1)ωₙ = 5 rad/sζ = 0,7
Ki =
11.Šuolinė reakcijaVidutinis
t (s)y(t)3

Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 279/(s² + 3s + 93), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite savąjį dažnį ωn rad/s.

G(s) = 279/(s² + 3s + 93)
ωn = rad/s
12.Šuolinė reakcijaSunkus
+−12 VR = 39 ΩL = 200 mHC = 47 µFvC​

Nuosekli RLC grandinė, kurios R = 39 Ω, L = 200 mH ir C = 47 µF, prijungiama prie 12 V šuolio, kai t = 0. Kondensatorius neįkrautas, prieš šuolį srovė neteka. Raskite pirmojo įtampos piko laiką tp ms.

R = 39 ΩL = 200 mHC = 47 µFV = 12 V
tp = ms

3Tirpalai

1.Nuolatinės srovės varikliai

Atsakymas: n = 1958 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.

Inkaro srovė

Ia = T/k = 15/0,5 = 30 A

Priešelektrovara ir greitis

E = 110 − 30·0,25 = 102,5 V
ω = E/k = 205 rad/s → n = 1958 rpm

Atsakymas

n = 1958 rpm
2.Nuolatinės srovės varikliai

Atsakymas: n = 2706 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.

Susilpnintoji variklio konstanta

k₂ = 0,9·0,8 = 0,72 V·s/rad

Naujoji inkaro srovė

Ia = 9,6/0,72 = 13,33 A

Naujasis greitis

ω = (220 − 13,33·1,2)/0,72 = 283,3 rad/s → n = 2706 rpm

Atsakymas

n = 2706 rpm

Lauko silpninimas yra būdas, kuriuo nuolatinės srovės pavara veikia didesniu nei bazinis greičiu.

3.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavaros

Atsakymas: N2 = 56

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.

Bendras dantų skaičius

N1 + N2 = 2a/m = 2·54/1,5 = 72

Padalykite pagal perdavimo skaičių

N1 = 72/(1 + 3,5) = 16
N2 = 3,5·16 = 56

Atsakymas

N2 = 56
4.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavaros

Atsakymas: Tout = 364,2 N·m

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.

Išėjimo sukimosi dažnis

nout = 2900·(15/30)·(15/60) = 362,5 rpm
ωout = 2π·362,5/60 = 37,96 rad/s

Išėjimo galia ir sukimo momentas

Pout = 15000·0,96² = 13824 W
Tout = Pout/ωout = 13824/37,96 = 364,2 N·m

Atsakymas

Tout = 364,2 N·m
5.Duomenų kaupimas ir diskretizavimas

Atsakymas: D = 3002

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 = 3665/1,221 = 3002
kodas = ⌊3002⌋ = 3002

Atsakymas

D = 3002

Dvejetainiu pavidalu tai yra 101110111010.

6.Duomenų kaupimas ir diskretizavimas

Atsakymas: fmax = 1440 Hz

UART: asinchroninis nuoseklusis ryšys kiekvieną baitą siunčia kaip kadrą: vienas starto bitas (žemas lygis), duomenų bitai, nebūtinas lyginumo bitas ir vienas ar du stabdos bitai (aukštas lygis). Baud sparta yra bitų skaičius per sekundę, todėl vienas bitas trunka Tb = 1/baud, o n bitų kadras – n/baud. Įprastas 8N1 formatas turi 10 bitų baitui. Baud generatorius dalija taktinį dažnį: baud = fclk/(16·D) su sveikuoju D, todėl tikroji baud sparta nuo norimos šiek tiek skiriasi; paklaida iki maždaug 2 % paprastai priimtina.

Bitai linijoje vienai atskaitai

2·10 = 20 bit

Aukščiausias diskretizavimo dažnis

fs,max = 57600/20 = 2880 Hz

Naikvisto riba

fmax = 2880/2 = 1440 Hz

Atsakymas

fmax = 1440 Hz
7.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliai

Atsakymas: ΔR = 4 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 = 100·5,098/(10 − 5,098) = 104 Ω
ΔR = 104 − 100 = 4 Ω

Atsakymas

ΔR = 4 Ω
8.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliai

Atsakymas: Vo = 1,8 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 = 2·1200·10⁻⁶ = 0,0024

Tilto išėjimas

Vo ≈ Vs·GF·ε/4 = 3·0,0024/4 = 1,8 mV

Atsakymas

Vo = 1,8 mV
9.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: ess = 0,2667

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.

Pagreičio konstanta

Ka = 5·3/4 = 3,75

Parabolės paklaida

ess = 1/3,75 = 0,2667

Atsakymas

ess = 0,2667
10.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: Ki = 5

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 + 1).

s² + (1 + 5Kp)s + 5Ki

Tikslinis daugianaris

s² + 2·0,7·5s + 5² = s² + 7s + 25

Sulyginkite koeficientus

5Ki = 25 → Ki = 5

Atsakymas

Ki = 5

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

11.Šuolinė reakcija

Atsakymas: ωn = 9,644 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 = 93 → ωₙ = 9,644 rad/s
2ζωₙ = 3 → ζ = 3/(2·9,644) = 0,1555

Rezultatas

ωₙ = 9,644 rad/s

Atsakymas

ωn = 9,644 rad/s
12.Šuolinė reakcija

Atsakymas: tp = 10,09 ms

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 = 1/√(LC) = 1/√(0,2·4,7 × 10⁻⁵) = 326,2 rad/s
ζ = (R/2)·√(C/L) = (39/2)·√(4,7 × 10⁻⁵/0,2) = 0,2989

Rezultatas

ωd = 311,3 rad/s
tp = π/ωd = 10,09 ms

Atsakymas

tp = 10,09 ms

ExamProblems · examproblems.com/courses/mechatronic-systems