机械系统类似于电气网络,其中弹簧和质量分别起到与电感器和电容器类似的作用。机械系统中的粘性阻尼器的功能类似于电气网络中的电阻器,会耗散能量。在此类系统中,作用于质量上的力包括沿运动方向施加的力,该力由弹簧、粘性阻尼器和质量的加速度抵消。这种力的相互作用在数学上用牛顿第二定律描述,该定律指出作用于质量上的所有力的总和必须为零。
在平移机械系统中,行为由从牛顿定律得出的独特微分方程捕获。该方程考虑了作用于质量上的所有力。为了以分析方式求解系统,在零初始条件下对该微分方程应用拉普拉斯变换。拉普拉斯变换是一种强大的数学工具,可将时域微分方程转换为拉普拉斯域中的代数方程。简化该方程可得出系统的传递函数,这是一个关键概念,它将输出响应与频域中的输入力联系起来。传递函数对于分析系统稳定性和动态至关重要。
旋转机械系统与平移系统平行,但涉及旋转运动。在这些系统中,扭矩代替力,角位移代替平移位移,转动惯量代替质量。旋转系统的类似微分方程(类似地使用牛顿第二旋转定律推导)描述了旋转运动的动力学。通过将拉普拉斯变换应用于该二阶微分方程并进行简化,可获得旋转系统的传递函数。该函数提供了对旋转系统行为的洞察,类似于平移系统中的传递函数如何帮助理解线性运动动力学。
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