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22.2 : 数学方程式与框图之间的关系

在弹簧-质量-阻尼器系统中,二阶微分方程描述了系统的动态行为。当在零初始条件下变换到拉普拉斯域时,可以有效地分析和处理该方程。变换到拉普拉斯域将微分方程转换为代数方程,从而简化了隔离输出的过程。

Equation1

将拉普拉斯变换应用于弹簧-质量-阻尼器系统的标准微分方程,可得出以下输出:

Equation2

在构建框图时,可以将右侧的信号连接起来以简化表示。可以进一步细化框图以包含加速度和速度等内部变量。由于 1/s 对应于拉普拉斯域中的积分,因此加速度信号积分可获得速度,速度积分可产生位移信号。

框图简化涉及从内部反馈回路中分解项。此过程会产生另一种框图,以直观方式表示加速度、速度和位移之间的关系。

为了推导出系统的传递函数,将表示输入和反馈信号的块移至比较器的右侧,并简化内部反馈回路。由此得出的方程提供了传递函数:

Equation3

Equation4

该传递函数对于分析系统行为、预测其对各种输入的响应以及设计控制策略以实现所需的性能特征至关重要。

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Spring mass damper SystemDifferential EquationLaplace TransformBlock DiagramDynamic BehaviorAlgebraic EquationsInternal VariablesAccelerationVelocityDisplacement SignalTransfer FunctionFeedback LoopControl StrategiesSystem Analysis

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