寻找弹簧质量阻尼器系统的传递函数


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我一直在阅读绪方现代控制工程书,并通过一些练习来提高对基本控制原理的理解。我遇到了以下示例,正在努力解决。

我需要提出为该振动夹具建模的传递函数。问题如下:

在此示例中,您将分析振动试验台(图1)。该系统由质量表M和质量为m的线圈组成。牢固地附着在地面上的永磁体提供稳定的磁场。线圈𝑦在磁场中的运动会在线圈中感应出一个电压,该电压与其速度𝑦̇成正比,如式(6)所示。1.𝑒= 𝛼𝑦̇ [eq.1]

电流通过线圈时,使线圈承受与方程式中电流成正比的磁力。2.𝐹= 𝛽𝑖 [eq.2]

在此处输入图片说明

问题:使用输出𝑥到输入𝑉获得参数传递函数。

我发现很难回答但影响整个TF的一些问题是:

  • 如果K2和B2 压缩了一个距离Z,(当
    由于线圈与磁场相互作用而向上移动时)这是否意味着k1和b1 延伸了相同的距离Z?

  • 如果m(线圈)向上移动2cm,M(桌子)是否也向上移动2cm?


我需要做什么:

  • 拿出两个单独的自由机构图,一个用于表的质量M,另一个用于线圈的质量m。
  • 绘制一个包括反电动势的电路图。
  • 转换为s域。
  • 同时解决。

到目前为止,我所做的是:

  • 绘制以分开的自由体图并提取方程式。

  • 绘制电路图并提取方程式。

  • 转换为s域。

使用MATLAB函数,solve我设法获得了2个不同的5阶传递函数(下面我建议的每种方法中的一个),但是,我不确定哪个是正确的,以及为什么。


整体系统:

这是我认为可以建模振动测试夹具(电气部分除外)的示意图。

在此处输入图片说明


自由人体图1-表格-向上约定

弹簧k1k2减振器b1b2分别建模。由于不能将它们加在一起并视为一个,因此它们的压缩和扩展是分开的。

的向上的力是来自k2b2被附接至线圈。这些正在经历向上运动。

在此处输入图片说明

s域中的方程:

Ms^2X + b1sX + k1X = b2s(X-Y) + k2(X-Y)


自由主体图2-线圈-向上约定

线圈承受向上的力,但是弹簧和阻尼器将其保持向后,因此作用方向相反。

在此处输入图片说明

s域中的方程:

Fem = Ms^2Y + b2s(X-Y) + k2(X-Y)


对于表的FBD,上面显示了两种不同的方法,导致s域中的方程式不同以及传递函数不同。

桌子和线圈的正确的自由身图是什么?


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很好的问题,但是请在照片上张贴清晰的细节,而不必强迫我们单击它来放大。例如,这些减号很难辨认。此外,左下方的等式已被部分裁剪。工作表上有很多可用空间,可用于使事情变大。互联网上有许多免费的图像编辑程序(例如IrfanView或FastSstone ImageViewer),因此您还可以为工作表拍摄几张照片,并剪切/裁切所需的零件以发布漂亮的照片。
洛伦佐·多纳蒂

@LorenzoDonati,谢谢您的建议,将立即进行编辑。关于左下方的方程式,这无关紧要,因为我关注的是自由体图。如果那是正确的,那么方程将是正确的。但是,我将尝试进行相应的编辑。感谢您的反馈意见。
rrz0

尽量不要对做错事做任何假设。按照您的思路发布一组精​​美绘制的方程式将显示您的努力(并因此改善了您的问题-给它更多的机会被回答),并且可能还会指出可能的错误。有关您手头问题的任何相关信息都可能对预期的答复者有用。
洛伦佐·多纳蒂

顺便说一句,如果您对LaTeX语法感到满意,则问题编辑器可以理解LaTeX公式的“美元符号”(请参阅​​在线帮助)。
洛伦佐·多纳蒂

1
感谢@LorenzoDonati,我试图以一种更结构化,更清晰的方式提出问题。
rrz0

Answers:


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介绍

M和m只有一个自由度;两者都只能垂直移动。磁力直接作用在磁体m上,而不作用在质量M上。

90Øb1个b2

现在很明显,这是质量与质量之间的串联关系,因此我们开始从右到左写下运动方程,首先是m的电方程,其中包含V,y和F。
之后,我们将写出m和M的运动方程。
由于M不受磁力影响,因此最后一个方程将给我们y作为x的函数,该方程将在第一个方程中用于将x与V.

电的

Ë=αÿ˙F=β一世V-Ë=[R一世+大号一世˙
V-Ë=V-αÿ˙=[R一世+大号一世˙=[RβF+大号βF˙

ÿFV

磁铁

F+ÿ¨+b2ÿ˙-X˙+ķ2ÿ-X=0
V-αÿ˙=Vs-αsÿ=[R+大号s一世=[R+大号sF/β
F=β[R+大号sVs-αsÿ
βVs[R+大号s-αβ[R+大号ssÿ+ÿ¨+ķ2ÿ-X+b2ÿ˙-X˙=0
βVs[R+大号s-αβ[R+大号ssÿ+s2ÿ+ķ2ÿ-X+b2sÿ-X=0
s2ÿ+b2-αβ[R+大号ssÿ+ķ2ÿ-b2sX-ķ2X=-βVs[R+大号s
Xÿ
s2+b2s-αβs[R+大号s+ķ2ÿ-b2s+ķ2X=-βVs[R+大号s

移动台

中号X¨+ķ1个X+b1个X˙+ķ2X-ÿ+b2X˙-ÿ˙=0
中号s2X+ķ1个X+b1个sX+ķ2X-ÿ+b2sX-ÿ=0
-b2sÿ-ķ2ÿ+中号s2X+b1个+b2sX+ķ1个+ķ2X=0
Xÿ
-b2s+ķ2ÿ+{中号s2+b1个+b2s+ķ1个+ķ2}X=0
ÿ=中号s2+b1个+b2s+ķ1个+ķ2b2s+ķ2X

合奏

ÿ=FXXÿV

[s2+b2s-αβs[R+大号s+ķ2中号s2+b1个+b2s+ķ1个+ķ2b2s+ķ2-b2s+ķ2]X=-βVs[R+大号s

[R+大号s

[{[R+大号ss2+bs+ķ2-αβs}中号s2+b1个+b2s+ķ1个+ķ2b2s+ķ2-[R+大号sb2s+ķ2]X=-βVs

b2s+ķ2

[{[R+大号ss2+bs+ķ2-αβs}{中号s2+b1个+b2s+ķ1个+ķ2}-[R+大号sb2s+ķ22]X=-b2s+ķ2βVs

Xs/Vs


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Dave Tweed
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